DE68913117T2

DE68913117T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Pulver und Flüssigkeit.

Info

Publication number: DE68913117T2
Application number: DE68913117T
Authority: DE
Inventors: Nemo Ivarson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1989-08-21
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: SE8803219L; US5085513A; SE8803219D0; EP0362168B1; SE462018B; EP0362168A1; ATE101540T1; JPH02115032A; DE68913117D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermischen von Flüssigkeit und Pulver zwecks Bildung eines zumindest im wesentlichen homogenen Gemisches, bei welchem Verfahren der Flüssigkeit eine Rotationsbewegung zur Ausbildung einer Flüssigkeitsringmasse (annulus) an einer konischen Wand erteilt und das Pulver radial auswärts aus einem Bereich radial innerhalb der Flüssigkeitsringmasse in Richtung auf den Flüssigkeitsfilm und in Berührung mit diesem geschleudert und dabei vom Flüssigkeitsfilm erfaßt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, umfassend: ein Gehäuse, einen mit Leitmitteln versehenen und im Gehäuse für Drehung um eine lotrechte Achse gelagerten Rotor, Mittel zum Liefern von Pulver zum Rotor und Mittel zum Liefern von Flüssigkeit zum Gehäuse und zum Verteilen der Flüssigkeit derart, daß sie darin eine Flüssigkeitsringmasse bildet, wobei die am Rotor vorgesehenen Leitmittel so ausgebildet sind, daß sie bei der Drehung des Rotors das Pulver radial auswärts und in die Flüssigkeitsringmasse schleudern.
Ein Verfahren der oben angegebenen Art ist z.B. aus der schwedischen Patentschrift SE-C-421 047 bekannt, gemäß welcher die Flüssigkeitsmasse durch eine Rotorvorrichtung zu einem Vorhang einer nebelartigen Konsistenz "geschlagen" wird. Das Pulver wird durch den Rotor in diesen Nebelvorhang hineingeschleudert, und das Flüssigkeits/Pulvergemisch wird unter dem Einfluß der erzeugten Zentrifugal- oder Fliehkraft auf vom Rotor getragenen Schaufeln radial nach außen getrieben. Das fertige Flüssigkeits-Pulvergemisch wird mit Hilfe der Rotorschaufeln zu einem Auslaß gefördert. Dieses Verfahren ermöglicht das Vermischen mehrerer, voneinander verschiedener pulverförmiger Materialien mit Flüssigkeit unter Einhaltung eines genauen Mischungsverhältnisses in einem kontinuierlichen Mischvorgang.
Aus der US-A-3 163 402, die eine Vorrichtung zum Mischen eines Pulvers mit einer Flüssigkeit beschreibt, ist es bekannt, auf der Oberfläche eines Konusrings einen Flüssigkeitsfilm aufzubauen, der unter Fliehkrafteinwirkung zu dem den größeren Durchmesser aufweisenden Ende strömt. Das Pulver wird vom Zentrum auswärts in den Flüssigkeitsfilm hineingescheudert. Dabei ist der Konus oder Kegel mit abwärts weisendem größerem Durchmesser angeordnet. Aus der FR-A-2 249 713 ist ein Mischverfahren unter Verwendung einer umgekehrt kegelförmigen oder konischen Wand bekannt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bestimmte pulverförmige Materialien, welche flüssigkeit sehr schnell absorbieren, z.B. Stoffe wie Milchzucker und Mikrozellulosesubstanzen, mit Hilfe dieser bekannten Verfahren nicht erfolgreich mit Wasser vermischbar sind, weil diese Stoffe die Neigung besitzen, an den Schaufeln anzuhaften, und anschließend die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzte Mischvorrichtung blockieren oder zusetzen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs angegebenen Art, bei dem auch feuchtes Pulver, das Flüssigkeit sehr schnell absorbiert, ohne Gefahr für ein Zusetzen der Mischvorrichtung mit einer Flüssigkeit vermischt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man die Flüssigkeitsmasse gegen eine kreisförmige, konische Wand rotieren läßt, um dabei an dieser Wand einen Flüssigkeitsfilm zu bilden, das Pulver aus einem radial einwärts der konischen Wand gelegenen Bereich radial auswärts in Berührung mit dem Flüssigkeitsfilm schleudert und ein axiales Strömen des Gemisches in der Richtung, in welcher sich die konische Wand erweitert, unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft zuläßt.
Indem man erfindungsgemäß das Pulver auf einen von einer kegelförmigen oder konischen Fläche getragenen Flüssigkeitsfilm auftreffen läßt, anstatt auf frei in einem Nebelvorhang suspendierte Flüssigkeitströpfchen auftreffen zu lassen, wie dies beim bekannten Verfahren der Fall ist, kann man den Mischprozeß genauer als bisher möglich führen und steuern, so daß damit das Problem eines Zusetzens des Mischers vollständig ausgeschaltet werden kann.
Eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die für die Durchführung des Verfahrens einsetzbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rotor mit einer umgekehrt kegelförmigen oder konischen Umfangsfläche und ein Gehäuse mit einer kegelförmigen bzw. konischen Fläche, welche die Außenfläche des Rotors umschließt und sich über die Umfangsfläche des Rotors hinaus aufwärts erstreckt, aufweist. Die Flüssigkeitszuspeisevorrichtung trägt dabei in einen Spalt zwischen den konischen Flächen von Gehäuse und Rotor aus, wobei die konische Rotorfläche so gestaltet ist, daß sie bei ihrer Drehung die Flüssigkeit mitreißt und ein rotierender Flüssigkeitsfilm auf der konischen Wandfläche des Gehäuses gebildet wird. Die Führungs- oder Leitvorrichtungen am Rotor sind dabei so konfiguriert, daß das Pulver oberhalb der Umfangsfläche des Rotors in Berührung mit dem Flüssigkeitsfilm an der konischen Wandfläche des Gehäuses geschleudert wird. An einer Stelle oberhalb der konischen Gehäusefläche ist dabei ein Gemischauslaß vorgesehen.
Eine Vorrichtung dieser Ausgestaltung ist nicht ausschließlich auf die Herstellung von Gemischen einer brei- oder teigartigen Konsistenz oder von Gemischen in "Aufschlämmungs"-Form beschränkt, sondern kann durch einfache Änderung oder Abwandlung auch für die unmittelbare Herstellung von Enderzeugnissen wie Granulaten und Extrudaten ausgelegt werden. Dies wird durch Vorsehen eines abnehmbar an der Vorrichtung angebrachten Ringelements ermöglicht, wobei das Gemisch unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft und unter dem Einfluß der Neigung der konischen Wand zum axialen Fließen in den oberhalb der konischen Wand befindlichen Raum gebracht, in diesem Raum durch vom Rotor getragene flügelartige Elemente bearbeitet und durch die flügelartigen Elemente in Richtung auf das Ringelement getrieben wird. Durch Ausstattung der Mischvorrichtung mit mehreren Ringelementen, die jeweils Auslässe voneinander verschiedener Konfiguration aufweisen, ist es möglich, durch einfaches Auswechseln eines Ringelements gegen ein anderes eine Umstellung zwischen verschiedenen Enderzeugnissen vorzunehmen.
Im folgenden ist die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 eine im Teilschnitt gehaltene Seitenansicht einer Mischvorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Rotors,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Rotors,
Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht des in Fig. 2 von einem Ring umrahmten Bereichs,
Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht im Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 1,
Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung einer ersten abgewandelten Ausführungsform und
Fig. 7 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung einer zweiten abgewandelten Ausführungsform.
Die in Fig. 1 dargestellte Mischvorrichtung umfaßt ein allgemein mit 1 bezeichnetes Gehäuse, das seinerseits einen Basisteil 2, einen mittleren Teil bzw. Zwischenteil 3 und eine(n) Deckel oder Haube 4 umfaßt, wobei diese Gehäuseteile mit Hilfe nicht dargestellter Schrauben zusammengesetzt sind. Im Basisteil 2 ist eine Welle 5 mit einer Antriebsscheibe 6 drehbar gelagert. Die Welle 5 trägt einen allgemein mit 7 bezeichneten Rotor mit einer Scheibe 8, die eine kegelförmige bzw. konische Umfangsfläche 9 aufweist. Die Oberseite 8a der Scheibe 8 ist mit Leitplatten oder Schaufeln 10 versehen, die von einem mittleren Bereich des Rotors aus schräg rückwärts (in Richtung der Rotordrehung gesehen) und auswärts zum Umfangsrand der Scheibe 8 verlaufen. Die Schaufeln 10 sind unter einem rechten Winkel zur Oberseite der Scheibe 8 ausgerichtet, und die in Radialrichtung äußeren Enden der Schaufeln sind nach oben verlängert (hochgezogen) und bilden flügelartige Elemente 11, die in bezug auf die eigentlichen Schaufeln 10 (in Drehrichtung gesehen) in Rückwärtsrichtung geneigt oder schräggestellt sind.
Die Haube 4 weist einen zentral angeordneten Pulvereinlaß 12 auf und ist so konfiguriert, daß nur ein schmaler Spalt 13 zwischen der Haube 4 und den oberen Begrenzungsflächen der Schaufeln 10 und der flügelartigen Elemente 11 festgelegt ist. Der den Rotor 7 umgebende Raum ist durch eine zylindrische Wand 14 eines Ringelements 15 und eine konische Wand 16 am mittleren Gehäuseteil 3 festgelegt. Die konische Wand 16 weist ein Teil 16a auf, das über die Oberseite 8a des Rotors hinaus vorsteht. In der Rotorfläche 9 sind Nuten oder Rillen 17 (vgl. Fig. 3) ausgebildet, die sich in Aufwärtsrichtung verengen. Die Neigung der konischen Wand 16 stimmt mit der Neigung (oder Schrägstellung) der zwischen den Nuten 17 befindlichen Rotorflächenteile 18 überein, wobei diese Flächenteile so angeordnet sind, daß in der Praxis ein Spalt 19 (Fig. 5) in der Größenordnung von 1/10 mm dazwischen gebildet ist.
Der mittlere Gehäuseteil 3 enthält einen Flüssigkeitseinlaß 20, der in einen Ringkanal 21 austrägt bzw. mündet, aus welchem auf Umfangsabstände verteilte Bohrungen 22 die Flüssigkeit in den Spalt 19 leiten. Die in den Spalt 19 geleitete Flüssigkeit wird bei der Drehung des Rotors durch diesen herumgetrieben bzw. umlaufend mitgerissen, wobei aufgrund der speziellen Oberflächengestalt des Rotors, d.h. der Nuten 17, eine besonders wirksame Mitreiß- oder Einschnürwirkung (dogging action) erzielt wird. Die Flüssigkeit wird unter der Wirkung der Zentrifugalkraft durch den Spalt 19 und auf die konische Fläche 16a getrieben, um auf letzterer einen dünnen, rotierenden (umlaufenden) Flüssigkeitsfilm zu bilden. Das Pulver wird über den Einlaß 12 von einem nicht dargestellten Förderer her zugeführt, und es erreicht einen zentralen oder mittleren Bereich der Scheibe 8, von wo es durch die Schaufeln 10 nach außen und in Berührung mit dem Flüssigkeitsfilm auf der konischen Fläche 16a geschleudert wird. Unter dem Einfluß der lotrecht wirkenden Komponente der erzeugten Zentrifugalkraft, die sich aus der Neigung der Fläche 16a ergibt, wird das Flüssigkeits/Pulvergemisch aufwärts in Richtung auf die zylindrische Wand 14 getrieben.
Das Gemisch wird unter der Wirkung der schräggestellten flügelartigen Elemente 11 weiter aufwärts getrieben, während es gleichzeitig geknetet und gegen die zylindrische Wand des Ringelements 15 "ausgebreitet" oder verteilt wird.
Je nach der Art des gewünschten Enderzeugnisses kann das Ringelement mit voneinander verschiedenen Auslässen ausgestaltet sein. Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 5 ist das Ringelement mit einem dreieckigen Schlitz 30 versehen, dessen Unterkantenfläche zu einer feinen oder scharfen Kante 31 zurechtgeschliffen worden ist. Wenn das Gemisch durch die flügelartigen Elemente 11 herumgetrieben und gegen die Wand 14 gepreßt wird, bildet sich eine "Heckwelle" stromab oder hinter den Elementen 11; wenn diese "Welle" gegen die bzw. an der Kante 31 aufgebrochen wird, entsteht ein Granulat aus vergleichsweise kleinen, aber unregelmäßigen Teilchen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 weist das Ringelement 15 einen Auslaß 40 in Form zylindrischer Perforationen eines vergleichsweise großen Durchmessers auf. In diesem Fall ist das Enderzeugnis ein Extrudat. Schließlich veranschaulicht Fig. 7 eine Ausführungsform, bei welcher der Auslaß 40 des Ringelements 15 in Form von konischen Perforationen 50 vorliegt, die ein Granulat liefern, dessen Körnchen größer und von einer regelmäßigeren Form als bei dem mit der Ausführungsform nach Fig. 5 erhaltenen Granulat sind. Wenn das Enderzeugnis in Form eines Teigs (Breis) oder einer Aufschlämmung gewünscht wird, kann das Ringelement mit einer großen zylindrischen Öffnung, ggf. mit einer (einem) angesetzten Düse oder Stutzen, versehen sein.
Das Ringelement ist oder wird fest, z.B. mittels Reibsitz oder Kraftschluß, am mittleren Gehäuseteil 3 und/ oder an der Haube 4 derart plaziert, daß es einfach auswechselbar ist; auf diese Weise kann ein und derselbe Mischer für die Herstellung unterschiedlicher Enderzeugnisse eingesetzt werden, indem einfach ein Wechsel von Ringelementen mit voneinander verschiedenen Auslaßkonfigurationen vorgenommen wird. Außerdem kann das Ringelement 15 auf verschiedene Höhenlagen relativ zur konischen Fläche 16a einstellbar sein, so daß der Abstand zwischen der konischen Fläche 16a und dem Auslaß änderbar ist; auf diese Weise können die Strecke und die Zeit, über bzw. während welche(r) das Gemisch durch die flügelartigen Elemente 11 mechanisch bearbeitet wird, variiert werden.
Obgleich mit einem Rotor 7, dessen Umfangsfläche sich in Aufwärtsrichtung verjüngende Nuten 17 aufweist, außerordentlich gute Ergebnisse erzielt worden sind, kann innerhalb des Rahmens dieser Erfindung auch eine wirksam arbeitende Vorrichtung, bei welcher die Rotorumfangsfläche eine andere als die beschriebene Konfiguration aufweist, bereitgestellt werden. Das wesentlichste diesbezügliche Merkmal besteht darin, daß die Umfangsfläche dem Rotors eine Reibung oder Friktion induzierende (Ober-)Fläche ist, welche die Flüssigkeit mitreißt, um ihr eine Rotationsbewegung zu erteilen.

Claims

1. Verfahren zum Vermischen von Flüssigkeit und Pulver zwecks Bildung eines zumindest im wesentlichen homogenen Gemisches, bei welchem Verfahren der Flüssigkeit eine Rotationsbewegung zur Ausbildung einer Flüssigkeitsringmasse (annulus) an einer konischen Wand erteilt und das Pulver radial auswärts aus einem Bereich radial innerhalb der Flüssigkeitsringmasse in Richtung auf den Flüssigkeitsfilm und in Berührung mit diesem geschleudert und dabei vom Flüssigkeitsfilm erfaßt wird, gekennzeichnet durch Rotieren der Flüssigkeitsmasse gegen die Wand (16) in Form eines umgedrehten Kegels mit aufwärts gerichteter Grundfläche, die feststehend ist und ein Aufwärtsströmen des Gemisches in Axialrichtung unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft zuläßt.

2. Vorrichtung zum kontinuierlichen Vermischen von Flüssigkeit und Pulver zwecks Bildung eines zumindest im wesentlichen homogenen Gemisches, umfassend ein Gehäuse (1), einen mit Leitmitteln (10) versehenen und im Gehäuse für Drehung um eine lotrechte Achse gelagerten Rotor (7), einen Einlaß (12) zum Liefern von Pulver zum Rotor und einen Einlaß (20) zum Liefern von Flüssigkeit zum Gehäuse und zum Verteilen der Flüssigkeit derart, daß sie darin eine Flüssigkeitsringmasse bildet, wobei die am Rotor vorgesehenen Leitmittel so ausgebildet sind, daß sie bei der Drehung des Rotors das Pulver auswärts und in die Flüssigkeitsringmasse schleudern, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) eine umgekehrt kegelförmige bzw. konische Umfangsfläche (9) aufweist, daß das Gehäuse (1) eine feststehende kegelförmige bzw. konische Fläche (16) aufweist, welche die Umfangsfläche des Rotors umschließt und sich über die Umfangsfläche des Rotors hinaus aufwärts erstreckt, daß die (eine) Flüssigkeitszuspeisung (22) in einen zwischen den konischen Gehäuseflächen (16) und den konischen Rotorflächen (9) festgelegten Spalt (19) austrägt bzw. ausgetragen wird, wobei die Rotorflächen (9) ausgestaltet sind, um der Flüssigkeit eine Rotationsbewegung zur Ausbildung eines rotierenden Flüssigkeitsfilms an der konischen Wand des Gehäuses zu erteilen, daß die Führungen (10) am Rotor ausgestaltet sind, um Pulver in Richtung auf den Flüssigkeitsfilm an der Verlängerung (16a) der konischen Gehäusewand (16) über der konischen Fläche des Rotors und in Berührung mit dem Flüssigkeitsfilm zu schleudern, und daß ein Gemischauslaß oberhalb der konischen Gehäusewand vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) die Form eines Kegelstumpfes mit nach oben weisender Grundfläche (8a) aufweist, daß die konische Wand (16) des Gehäuses eine im wesentlichen komplementäre Konizität aufweist, daß sich die konische Gehäusewand (16) über die Grundfläche hinaus erstreckt und sich an eine zylindrische Wand (14), die Gemischauslässe (30; 40; 50) enthält, anschließt und daß an der Oberseite des Rotors angeordnete Leitschaufeln (10) sich von einem zentralen Bereich des Rotors auswärts in Richtung auf den Rotorumfang erstrecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Umfangsfläche des Rotors (7) flügelartige Elemente (11) angebracht oder angeformt sind, die sich aufwärts erstrecken und bei der Drehung des Rotors über die den Auslaß aufweisende Wand (14) hinwegstreichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (10) im wesentlichen senkrecht zur Oberseite (8a) des Rotors angeordnet sind, während die flügelartigen Elemente (11), in der Rotationsrichtung gesehen, rückwärts geneigt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Auslaß enthaltende Wand (14) durch die in Radialrichtung innere Fläche eines Ringelements (annulus) (15) gebildet ist, das relativ zur konischen Wand (16) des Gehäuses (1) axial verschiebbar ist um den Axialabstand zwischen der konischen Wand und dem Auslaß (30; 40; 50) zu variieren.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Auslaß enthaltende Wand (14) durch die in Radialrichtung innere Fläche eines Ringelements gebildet ist, das vom restlichen Gehäuse (1) abnehmbar ist, um damit eine Änderung bzw. Umstellung zwischen Ringelementen (annuli) mit voneinander verschiedenen Auslässen (30; 40; 50) zu erlauben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der konischen Rotorfläche (9) axial verlaufende und auf Umfangsabstände verteilte Nuten (17) geformt sind, deren jeweilige Tiefen vom schmäleren Ende der konischen Fläche zum weiteren Ende derselben hin fortlaufend abnehmen.