DE3853352T2

DE3853352T2 - Dispersions- und Zerkleinerungsapparat.

Info

Publication number: DE3853352T2
Application number: DE3853352T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Inoue; Mitsuo Kamiwano
Original assignee: Inoue Mfg Inc
Current assignee: Inoue Mfg Inc
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2008-12-13
Also published as: EP0322623B1; JPH01171627A; EP0322623A3; DE3853352D1; EP0322623A2; US4919347A; JPH0470050B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus der EP-A-0 206 207 bekannt. Führungsteile sind am Rotor und an der Innenwand des Behälters zur Führung des Stroms der Mischung des Materials und des Zerkleinerungsmediums vorgesehen, welche Führungsteile in der Form von Reihen einzelner Vorsprünge in der Form von zylindrischen Stiften vorgesehen sind, die sich radial am Außenumfang des Rotors und am Innenumfang des Behälters erstrecken.
FR-A-2 293 979 offenbart eine Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung, die mit Vorsprüngen in der Form einer Spirale an der Außenfläche des Rotors und an der Innenwand des Behälters ausgestattet ist. Beide Spiralen sind in einem gewissen Abstand voneinander vorgesehen, um eine ringförmige Strömungsbahn zwischen sich zu schaffen. Die Spirale besitzt eine vordere und eine hintere Führungsfläche für die Mischung des zu behandelnden Materials und des Zerkleinerungsmediums.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung der obenangegebenen Gattung zu schaffen, die das Strömen der aus dem Material und dem Zerkleinerungsmedium bestehenden Mischung in einer überwiegend umfangseitigen Richtung entlang der Innenwand des Behälters möglich macht und die für eine ausreichende Bewegung der Mischung sorgen kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Die Vorsprünge schaffen eine Strömung der Mischung in einer solchen Weise, daß die Strömung keine Erzeugung eines Hochgeschwindigkeitsgradienten bewirkt und die sich ergebende Mischung wie eine ideale Pfropfenströmung strömen läßt, daß die Mischung hauptsächlich in einer Umfangsrichtung strömen kann und daß dadurch für eine ausreichende Bewegung für das Zerkleinerungsmedium gesorgt werden kann. Des weiteren wird, wenn die obengenannte Strömung in dem engen Raum hervorgerufen wird, eine gleichmäßige Bewegung für das Zerkleinerungsmedium durch den gesamten Behälter hindurch geschaffen, und kann entsprechend die Dispergierwirkung erhöht werden.
Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 ist ein Querschnitt in einer Axialrichtung durch eine Ausführungsform einer Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung dieser Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die einen Teil der äußeren Umfangsfläche eines Rotors der Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung gemäß Darstellung in Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht, die die Arbeitsweise eines Führungsteils der Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung dieses Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung mit zwei Rotoren; und
Fig. 5 ist ein Querschnitt in einer axialen Richtung durch eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung.
Die vorliegende Erfindung ist auch bei einem vertikalen Typ einer Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung anwendbar, jedoch ist in der Zeichnung ein horizontaler Typ einer Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung dargestellt. Ein Zerkleinerungsbehälter 1 besitzt einen Einlaß 2 zur Material zuführung an seinem einen Ende und einen Auslaß 3 zur Abführung des behandelten Materials an seinem anderen Ende. In Richtung auf den Abführungsauslaß 3 ist eine eigentliche Abscheidereinheit für das Zerkleinerungsmedium vorgesehen, um ein Zerkleinerungsmedium 4 aus der Mischung abzuscheiden. In der Zeichnung wird ein siebartiger Abscheider 5 verwendet, jedoch kann auch ein Abscheider mit einem Spalt verwendet werden. Am Außenumfang des Behälters 1 ist ein Mantel 6 vorgesehen, und Wasser oder ein anderes Medium zur Temperatursteuerung wird an einem Einlaß 7 eingeführt und durch einen Auslaß 8 abgeführt. Der Mantel kann innerhalb des Behälters angeordnet sein.
Ein Rotor 10 ist innerhalb des Behälters 1 angeordnet, und bildet einen schmalen Raum zwischen sich selbst und der Innenwand 9. Der Rotor 10 ist an einer Welle 11 befestigt, die mit einem eigentlichen Antriebsmittel (nicht dargestellt) in Verbindung steht, und dreht sich mit der Drehung der Welle. In diesem Fall ist der Rotor in Hinblick darauf gestaltet, daß er direkt durch die Welle angetrieben wird, die sich zum Äußeren des Behälters hin erstreckt. Es ist jedoch möglich, den Rotor indirekt mittels einer elektromagnetischen Induktionswirkung in Umdrehung zu versetzen, die mittels eines sich drehenden Magnetfeldes erzeugt wird, das am Außenumfang des Behälters oder am Innenumfang des Rotors vorgesehen ist.
In diesem Fall ist es möglich, ein Übertragungs-Magnetfeld zu schaffen, indem entweder der Reihe nach die elektromagnetischen Spulen, die rund um den Behälter angeordnet sind, mit Energie versorgt werden, oder der Permanentmagnet, der innerhalb des Rotors oder außerhalb des Behälters angeordnet ist, in Umdrehung versetzt wird, während der andere Permanentmagnet, der am Rotor angeordnet ist, elektromagnetisch mit dem sich drehenden Magnet in Verbindung steht.
An der Umfangsfläche des Rotors 10 sind viele Führungsteile 12 ausgebildet, die Mischung des Zerkleinerungsmediums und des Materials in der Axialrichtung in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotors zu bewirken. Jedes der Führungsteile 12 besitzt ein paar parallelogrammförmiger, vorderer Führungsflächen 13, die der Mischung eine nach vorn gerichtete Bewegung in Richtung auf den Auslaß 3 verleihen, und ein paar parallelogrammförmiger, hinterer Führungsflächen 14, die der Mischung eine nach hinten gerichtete Bewegung in Richtung auf den Zuführungseinlaß 2 verleihen. Das Führungsteil 12 kann in zahlreichen Konfigurationen hergestellt sein. In den Zeichnungen sind fast parallelogrammförmige Vorsprünge oder vorzugsweise nahezu rautenförmige Vorsprünge durch Schneiden einer rechts gängigen und einer linksgängigen Schraube zur gegenseitigen Überlappung am Außenumfang des Rotors ausgebildet. Auf diese Weise sind die vorderen Führungsflächen 13 und die hinteren Führungsflächen 14 an jeder Seite des parallelogrammförmigen Vorsprungs ausgebildet, und des weiteren sind die vorderen Führungsflächen in einer spiralförmigen Gestalt und die hinteren Führungstlächen in einer spiralförmigen Gestalt entgegengesetzt zu den vorderen Führungsflächen am Außenumfang des Rotors ausgerichtet. Die vorderen Führungsflächen 13 und die hinteren Führungsflächen 14 sind separat in dem entgegengesetzten Zustand angeordnet, so daß sie das Strömen des Zerkleinerungsmediums 4, das sich rund um den Abführungsauslaß oder den Zuführungseinlaß nach dem Auftreffen auf jede der Flächen und Berühren derselben sammelt, zu der entgegengesetzten Richtung durch die Bewegung derjenigen gegenüberliegenden Fläche bewirken können.
Die obengenannten Vorsprünge können auch an der Behälterwand ausgebildet sein, die einstückig durch mechanische Bearbeitung hergestellt ist. Im Wege eines Präzisionsgieß- oder eines anderweitigen Gießverfahrens einstückig ausgebildet sein. Somit ist es durch ordnungsgemäßes Anordnen der Vorsprünge mit geringen Steigungen möglich, die Mischung aus Material und Zerkleinerungsmedium in einer solchen Weise strömen zu lassen, daß kein hoher Geschwindigkeitsgradient in der Axialrichtung auftritt, genau wie bei einer Pfropfenströmung.
Das Zerkleinerungsmedium 4, beispielsweise Glas, Keramik, Aluminiumoxid, Zirkonium, Stahlperlen und anderweitiges Zerkleinerungsgut ausgewählt entsprechend der Art des zu behandelnden Materials und entsprechend den Zwecken der Behandlung etc. wird in den Zuführungseinlaß für das Medium, dessen Erläuterung weggelassen ist, eingeführt und fast gleich längs der Axialrichtung des Rotors 10 eingestellt. Wenn sich der Rotor 10 dreht, wird die Mischung aus Zerkleinerungsmedium 4 und Material in Richtung auf den Abführungsauslaß 3 geführt, indem an den vorderen Führungsflächen 13 der Führungsteile 12 auftrifft, und bewegt es sich als nächstes in Richtung auf den Zuführungseinlaß 2 zurück, indem sie auf die hinteren Führungsflächen 14 auftrifft. Die aus Zerkleinerungsmedium 4 und Material bestehende Mischung, die auf die hinteren Führungsflächen 14 auftrifft, wird wieder in Richtung auf den Auslaß 3 geführt, indem sie auf die vorderen Führungsflächen 13 auftrifft. Folglich wird das Material einschließlich des Zerkleinerungsmediums 4 gerührt und in den verschiedenen Richtungen innerhalb derselben Grenzen in der Axialrichtung des Rotors zirkulieren gelassen und nahezu in einem gleichförmigen Zustand gehalten, und ist ihre Strömung ähnlich dem Strömungszustand bei einer Pfropfenströmung. Daher wird das vom Einlaß 2 aus in den Behälter 1 mit einem geeigneten nach vorn gerichteten Druck mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) eintretende Material einer gleichmäßigen Scherkraft durch die Führungsperle und das Medium ausgesetzt, wenn es sich entlang des Umfangs des Rotors 10 bewegt, und wird es entsprechend wirkungsvoll dispergiert und vom Auslaß 3 aus abgegeben.
Es hat sich bestätigt, daß die Mischung in einem Strömungszustand der Pfropfenströmung strömt, was durch Versuche bewiesen worden ist, bei denen die Höhe des obenangesprochenen Führungsteils 12 bei etwa 4 mm lag, der Raum zwischen der Innenwand des Behälters und den Vorsprüngen mit etwa 4 mm bemessen war, welcher Abstand der Größe von etwas mehr als 4 Partikeln des Zerkleinerungsmediums entspricht.
Bei den obenangegebenen Ausführungsformen ist der Rotor als Zylinder gestaltet. Die Konfiguration des Rotors ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Andere Konfigurationen können Verwendung finden. Des weiteren kann gemäß Darstellung in Fig. 4 eine größere Anzahl von Rotoren parallel zueinander innerhalb des Behälters angeordnet sein. Wenn mehrere Rotoren vorgesehen sind, umgibt die Behälterwand des Zerkleinerungsbehälters die Rotoren 10, 10 zur Bildung des durchgehenden Zerkleinerungsraums rund um die Rotoren (s Fig. 4).
Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform, bei der ein Mantel innerhalb des Rotors vorgesehen ist. In der Zeichnung ist eine zur Aufrechterhaltung der Temperatursteuerung mit Flüssigkeit, beispielsweise in der Form von Kühlwasser etc., verwendete Zuführungsleitung 17 durch eine Welle 16 eines Rotors 15 hindurchgeführt. Die Enden der Zuführungsleitung 17 sind mit einem Kanal 18 verbunden, der entlang der Zylinderwand des Rotors 15 vorgesehen ist, und der Kanal 18 ist auch mit einer Überlauföffnung 19 verbunden, die am Außenumfang der Zuführungsleitung 17 vorgesehen ist. Infolge dieser Ausbildung tritt Flüssigkeit, beispielsweise Kühlwasser etc., in den Kanal 18 durch die Zuführungsleitung 17 hindurch ein, wobei ein Wärmeaustauschvorgang in der Zylinderwand durchgeführt wird, und wird die Flüssigkeit durch die Überlauföffnung 19 abgeführt. Die Flächen an beiden Enden des Rotors 15 sind vorzugsweise mit konischen Flächen 20 ausgebildet, um die aus dem Material und dem Zerkleinerungsmedium bestehende Mischung dem Behandlungsraum zuzuführen.
Gemäß der erfindungsgemäßen Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung strömt die Mischung des Zerkleinerungsmediums und des Materials genau wie im Strömungszustand der Pfropfenströmung in dem engen Spalt, der zwischen der Innenwand des Behälters und dem Rotor vorgesehen ist, infolge der Drehung des Rotors, und wird während dieses Strömens eine ausreichende Scherkraft auf das Material mittels des Zerkleinerungsmediums zur Einwirkung gebracht. Folglich erfährt die Mischung eine gleichmäßige Dispergierung über dem Gesamtbereich des Behälters, und wird die Partikelgröße des fertig zerkleinerten Materials gleichmäßig.
Unter dem Ausdruck "spiralförmig" ist "schraubenförmig" zu verstehen.

Claims

1. Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung mit:

einem Behälter (1) zur Aufnahme eines zu behandelnden Materials und eines Zerkleinerungsmediums, wobei der Behälter (1) einen Einlaß (2) an einem stromaufwärtigen Ende zur Zuführung des Materials in den Behälter und einen Auslaß (3) an einem stromabwärtigen Ende zur Abführung des behandelnden Materials aus dem Behälter aufweist,

einem Rotor (10), der innerhalb des Behälters (1) drehbar angebracht ist und der hinsichtlich des Behälters angeordnet ist, eine ringförmige Strömungsbahn zwischen der Innenwand (9) des Behälters (1) und der äußeren Umfangsfläche (des Rotors) (10) zu bilden, und

Führungsteilen (12), die an der äußeren Oberfläche des Rotors (10) oder an der Innenwand des Behälters (1) zur Führung des Stroms der Mischung des Materials und des Zerkleinerungsmedium angeordnet sind, wobei die Führungsteile (12) in der Form von Reihen einzelner Vorsprünge vorgesehen sind, deren Seitenflächen, gesehen in Axialrichtung des Rotors, vordere bzw. hintere Führungsflächen (13, 14) bilden, um der Mischung in Abhängigkeit von der Drehung des Rotors eine nach vorn gerichtete und nach hinten gerichtete Bewegung zu erteilen, dadurch gekennzeichnet,

daß jede der vorderen und hinteren Führungsflächen (13, 14) durch flache Flächen gebildet ist, die unter einem Winkel zur Axialrichtung angeordnet sind.

2. Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorderen Führungsflächen (13) an der Außenfläche des Rotors (10) in spiralförmiger Gestalt angeordnet sind und die hinteren Führungsflächen (14) in der Nähe der vorderen Führungsflächen (13) in einer entgegengesetzten Spiralform angeordnet sind.

3. Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Führungsteile (12) Vorsprünge mit einem parallelogrammförmigen Querschnitt sind, wobei jede Seitenfläche des Vorsprungs die vordere bzw. die hintere Führungsfläche (13, 14) bildet.

4. Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor (10) einen Kanal (18) aufweist, in dem eine Temperatursteuerungsflüssigkeit entlang der Wand des Rotors fließt.

5. Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei viele Rotoren (10) parallel zueinander in dem Behälter (1) angeordnet sind und die Wand des Behälters die Rotoren umgibt, um den durchgehenden Zerkleinerungsraum rund um die Rotoren zu bilden.

6. Dispergier- und Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor (10) eine zylindrische Konfiguration aufweist und beide Stirnflächen (20) des Rotors eine konische Gestalt aufweisen, um das Material und das Medium in Richtung auf den Zerkleinerungsraum zu führen.