EP0082908A1 - Verfahren zur Herstellung einer Dispersion oder Suspension und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Dispersion oder Suspension und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0082908A1
EP0082908A1 EP81810521A EP81810521A EP0082908A1 EP 0082908 A1 EP0082908 A1 EP 0082908A1 EP 81810521 A EP81810521 A EP 81810521A EP 81810521 A EP81810521 A EP 81810521A EP 0082908 A1 EP0082908 A1 EP 0082908A1
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disc
dispersion
container
suspension
axis
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EP81810521A
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Martin Schieritz
Albert Leuthold
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Willy A Bachofen AG
Original Assignee
Willy A Bachofen AG
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/43—Mixing liquids with liquids; Emulsifying using driven stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F23/53—Mixing liquids with solids using driven stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/115—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers comprising discs or disc-like elements essentially perpendicular to the stirrer shaft axis
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    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/73—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with rotary discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders

Definitions

  • dispersions and suspensions are usually produced in cylindrical or conical, vertically standing containers, which can be open or closed at the top, by filling in the required liquid at once or successively, then with constant stirring using a stirrer (the so-called Dissolvers) slowly and continuously adds the substance to be dispersed or suspended.
  • the agitator is driven with a small number of revolutions.
  • the actual deaglomeration and dispersion are carried out at an increased speed of the dissolver.
  • the viscosity of the liquid and the demands placed on the quality of the dispersion or suspension it takes around 10 times more time to enter the solids than for the actual dispersion process at high speed.
  • this method has the major disadvantage that to feed a mill with a passage of, for example, 1000 lt / h, not only two correspondingly large dissolver tubs, in which one works alternately and the output of which is connected to the mill inlet one after the other by means of a pump, but also the space to set up these vats and the time to clean them when changing products.
  • the aim of the present invention is now to avoid all of these disadvantages due to the batchwise operation by providing a continuously operating device and a method for producing a dispersion or suspension.
  • the device according to the invention has a closed, here horizontal-axis cylindrical container, designated as a whole by 1, although it is not absolutely necessary. that its axis la runs horizontally, it can also be slightly inclined. However, the container must not be arranged so that an axis la is perpendicular or forms an angle with the vertical that is less than 45 °.
  • the two end covers of the container are labeled lb and lc. In the vicinity of the cover 1b, the outlet connection le, to which the outlet line lf is connected, is located in the cylindrical jacket ld.
  • a is only very schematic in the drawing indicated and designated 2 bearing for the tube mill shaft 3, which is sealed to the outside by a stuffing box 4 or another seal.
  • the shaft 4 is provided with a drive wheel 5 at its outer short end. In the container, it extends to the vicinity of the lid lb. Several stirring elements 6 are attached to it. One exemplary embodiment of such a stirring element is shown in FIGS. 2 and 3. In the S tirndeckel 1c the feed line 7 opens, whereby it is readily possible to place several feed lines.
  • the stirring element shown in FIG. 2 and designated as a whole by 8 essentially consists of a toothed disk, the toothing being sawtooth-shaped and being formed by twelve teeth 8a.
  • the edge of the longer surface of each tooth is bent laterally, namely with one tooth on one side and with the adjacent tooth on the other side.
  • the second exemplary embodiment of a stirrer shown in FIG. 3, which is designated as a whole by 9, is formed by a circular disk.
  • This is provided with quadrangular holes 9a, which are arranged such that the disc center of gravity is in the axis of rotation.
  • the holes are formed by bending individual tabs 9b out of the plane of the disk, alternately to one side and the other. These lobes form flat wings that are perpendicular to the plane of the disk and whose plane forms an obtuse angle with the radius line leading from it to the center.
  • the direction of rotation of the disk is indicated by arrow 9c.
  • the disc should therefore be rotated in the direction that results in a radial movement of the liquid outwards.
  • the embodiment of a stirrer shown in FIG. 4, which is designated as a whole by 10, has the shape of a disk with an essentially circular circumferential line.
  • the outer part of the disk is divided by slots 10b opening into the circumferential line 10a into tapered tines 10c which extend in the tangential direction. If, as in the exemplary embodiment shown, there is an even number of tines, these tines can alternately be bent on one side and the other, or also interlaced.
  • the direction of rotation of the disc is designated 10d.
  • the device described above is first filled with the liquid in which the solid is to be dispersed or suspended. Then liquid and at the same time the solid to be dispersed or suspended are continuously fed through the feed pipe 7 or through several separate feed pipes with a rapidly rotating shaft, it being of course also possible to feed several solids, either separately or as a mixture.
  • the resulting dispersion or suspension leaves the device through the outlet line 1f connected to the outlet connection le as a continuous liquid flow and can be fed to a continuous further processing stage.
  • annular diaphragms within the cylinder jacket ld between the individual stirring elements, the passage opening of which can be larger or smaller than the largest diameter of the stirring elements.

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
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Abstract

Zur kontinuierlichen Herstellung einer Dispersion oder Suspension wird eine Vorrichtung mit einem zylindrischen, geschlossenen, nicht vertikal stehenden Behälter (1) verwendet, der am einen der beiden einander gegenüberliegenden Enden mindestens einen Anschluss für den Zulauf der zu verarbeitenden Substanzen und am anderen Ende einen Anschluss für den Auslauf der erhaltenen Dispersion oder Suspension aufweist. Im Behälterinneren befindet sich eine von aussen antreibbare koaxiale Welle (3), die mit Rührorganen (6) versehen ist. Als Rührorgane können Scheiben dienen, die gezahnt sein können, wobei die Zähne auch aus der Scheibenebene herausgebogen sein können. Im übrigen ist das Behälterinnere frei von anderen beweglichen Teilen.

Description

  • Dispersionen und Suspensionen werden bis heute üblicherweise in zylindrischen oder konischen, vertikal stehenden, Behältern, die oben offen oder geschlossen sein können, dadurch hergestellt, dass man die benötigte Flüssigkeit auf einmal oder sukzessive einfüllt, dann unter andauerendem Umrühren mittels eines Rührwerkes, (des sogenannten Dissolvers) den zu dispergierenden oder suspendierenden Stoff langsam und kontinuierlich beigibt. Das Rührwerk wird dabei mit kleiner Tourenzahl angetrieben. Nach Erreichung des gewünschten Mischungsverhältnisses wird bei erhöhter Drehzahl des Dissolvers die eigentliche Deaglomeration und Dispergierung durchgeführt. Je nach Beschaffenheit der Feststoffe, der Viskosität der Flüssigkeit und den Ansprüchen, die an die Qualität der Dispersion bzw. Suspension gestellt werden, wird für die Eingabe der Feststoffe etwa 10 Mal mehr Zeit benötigt als für den eigentlichen Dispersionsvorgang bei hoher Drehzahl . So benötigt man beispielsweise bei der Herstellung von 6000 Litern einer Suspension für das Einleiten der Feststoffe gegen 4 Stunden, für das eigentliche Dispergieren aber nur noch 20 - 25 Minuten. Erst dann wird man die Suspension oder Dispersion der Weiterverwendung zuführen. Wenn, was öfters der Fall ist, als weitere Bearbeitung beispielsweise ein Mahlprozess in einer Rührwerks-Kugelmühle vorgesehen ist, wird man die chargenweise hergestellte Dispersion oder Suspension kontinuierlich durch ihre eigene Schwerkraft oder mittels einer Dosierpumpe durch die Rührwerks-Kugelmühle hindurchfliessen lassen. Dieses Verfahren hat allerdings den wesentlichen Nachteil, dass man zur Beschickung einer Mühle mit einem Durchlass von beispielsweise 1000 lt/h nicht nur zwei entsprechend grosse Dissolver-Bottiche, in denen man abwechslungsweise arbeitet und deren Ausgang man nacheinander über eine Pumpe mit dem Mühleneingang verbindet, sondern dazu auch noch den Platz zum Aufstellen dieser Bottiche und die Zeit zum Reinigen derselben beim Produktewechsel benötigt. Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun die Vermeidung all dieser durch das chargenweise Arbeiten bedingten Nachteile dadurch, dass man eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion oder Suspension zur Verfügung stellt.
  • Diese Vorrichtung weist ebenfalls einen zylindrischen oder konischen Behälter auf, der jedoch nicht vertikal sondern vorzugsweise horizontal angeordnet ist, aber auch schief angeordnet sein kann, wobei die Vorrichtung des weitern dadurch gekennzeichnet ist, dass der Behälter geschlossen ist sowie am einen der beiden einander gegenüberliegenden Enden einen Anschluss oder Anschlüsse für den Zulauf der zu verarbeitenden Substanzen und am andern Ende einen Anschluss für den Auslauf der erhaltenen Dispersion oder Suspension aufweist und dass er eine drehbar gelagerte, zur Behälterachse koaxiale von aussen antreibbare, mit Rührorganen versehene Welle enthält, im übrigen aber frei von beweglichen Teilen ist. Unter nicht vertikal wird in diesem Zusammenhang eine Lage verstanden, bei welcher der Winkel, den die Behälterachse mit der Vertikalen bildet, grösser als 45° ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man eine Flüssigkeit und die in ihr zu dispergierenden bzw. zu suspendierenden Feststoffe kontinuierlich durch einen zylindrischen Behälter, der ein sich drehendes koaxiales Rührwerk aber keine weitern beweglichen Gegenstände enthält, hindurchleitet, wobei der Behälter so angeordnet ist, dass seine Achse mit der Vertikalen einen Winkel von mindestens 45° bildet. Nachfolgend wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel mit einigen Varianten beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
    • die Figur 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung in stark schematisierter Darstellung,
    • die Figur 2 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rührorgans und
    • die Figuren 3 und 4 eine Draufsicht auf ein zweites bzw. ein drittes Ausführungbeispiel eines Rühror-
  • Wie man aus der Figur 1 ersehen kann, weist die erfindungsgemässe Vorrichtung einen geschlossenen, hier horizontalachsigen, als Ganzes mit 1 bezeichneten zylindrischen Behälter auf, wobei es nicht unbedingt nötig ist,. dass seine Achse la horizontal verläuft, sie kann auch etwas geneigt sein. Der Behälter darf aber nicht so angeordnet sein, dass eine Achse la senkrecht steht oder mit der Senkrechten einen Winkel bildet, der kleiner ist als 45°. Die beiden Stirndeckel des Behälters sind mit lb bzw lc bezeichnet. In der Nähe des Deckels 1b befindet sich im zylindrischen Mantel ld der Auslaufstutzen le, an den die Auslaufleitung lf angeschlossen. Am Dekkel lc ist ein ein in der Zeichnung nur ganz schematisch angedeutetes und mit 2 bezeichnetes Lager für die Rohrwerkswelle 3, das durch eine Stopfbuchse 4 oder eine andere Dichtung nach aussen abgedichtet ist. Die Welle 4 ist an ihrem äussern kurzen Ende mit einem Antriebsrad 5 versehen. Im Behälter erstreckt sie sich bis in die Nähe des Deckels lb. Auf ihr sind mehrere Rührorgane 6 befestigt. Je ein Ausführungsbeispiels eines solchen Rührorganes ist in der Figur 2 und 3 dargestellt. In den Stirndeckel 1c mündet die Zulaufleitung 7, wobei es ohne weiteres möglich ist, mehrere Zulaufleitungen anzuordnen.
  • Das in der Figur 2 dargestellte und als ganzes mit 8 bezeichnete Rührorgan besteht im wesentlichen aus einer gezahnten Scheibe, wobei die Verzahnung sägezahnförmig ist und durch zwölf Zähne 8a gebildet wird. Der Rand der längern Fläche jeden Zahns ist seitlich umgebogen und zwar beim einen Zahn auf die eine und beim benachbarten Zahn auf die andere Seite.
  • Das in der Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines Rührers, der als ganzes mit 9 bezeichnet ist, wird durch eine Kreisscheibe gebildet. Diese ist mit 4-eckigen Löchern 9a versehen, die derart angeordnet sind, dass sich der Scheiben- Schwerpunkt in der Drehachse befindet. Wie man aus der Zeichnung ersehen kann, werden die Löcher dadurch gebildet, dass einzelne Lappen 9b aus der Scheibenebene'herausgebogen werden, und zwar abwechselnd nach der einen und der anderen Seite. Diese Lappen bilden ebene Flügel, die senkrecht auf der Scheibenebene stehen und deren Ebene mit der von ihr zum Zentrum führenden Radiuslinie einen stumpfen Winkel bilden. Die Drehrichtung der Scheibe ist mit dem Pfeil 9c bezeichnet. Die Scheibe soll also in der Richtung gedreht werden, die eine radiale Bewegung der Flüssigkeit nach aussen zur Folge hat.
  • Das in der Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Rührers, der als ganzes mit 10 bezeichnet ist, besitzt die Form einer Scheibe mit einer im wesentlichen kreisförmigen Umfangslinie. Dabei ist der äussere Teil der Scheibe durch in die Umlaufslinie 10a mündende Schlitze 10b in spitz zulaufende, sich in tangentialer Richtung erstreckende Zinken 10c unterteilt. Falls, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel, eine geradzahlige Zinkenzahl vorhanden ist, können diese Zinken abwechslungsweise nach der einen und der andern Seite gebogen oder auch verschränkt sein. Die Drehrichtung der Scheib ist mit 10d bezeichnet.
  • Für die Herstellung einer Dispersion oder einer Suspension wird die vorstehend beschriebene Vorrichtung zuerst mit der Flüssigkeit gefüllt, in welcher der Feststoff zu dispergieren bzw. zu suspendieren ist. Alsdann wird durch das Zuleitungsrohr 7 oder durch mehrere voneinander getrennte Zuleitungsrohre bei rasch drehender Welle kontinuierlich Flüssigkeit und zugleich der zu dispergierende bzw. zu suspendierende Feststoff zugeführt, wobei es natürlich ohne weiteres möglich ist, auch mehrere Feststoffe, sei es getrennt oder als Mischung zuzuführen. Die sich bildende Dispersion bzw. Suspension verlässt die Vorrichtung durch die am Auslaufstutzen le angeschlossene Auslaufleitung 1f als kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom und kann einer kontinuierlichen Weiterverarbeitungsstufe zugeführt werden.
  • Selbstverständlich ist es möglich, an der vorstehend beschriebenen vorrichtung weitere Abänderungen vorzunehmen. So könnte man z.B. innerhalb des Zylindermantels ld zwischen den einzelen Rührorganen ringförmige Blenden anorden, deren Durchgangsöffnung grösser oder kleiner sein kann als der grösste Durchmesser der Rührorgane.
  • Man könnte des weitern den Zylindermantel doppelschalig ausgestalten und gewünschtenfalls auch die vorgenannten Blenden mit Hohlräumen versehen, um das zu bearbeitende Gut während des Herstellungsvorganges zu heizen oder zu kühlen. Ferner wäre es möglich die Welle 3 auch an der Stirnwand lb zu lagern..Im übrigen ist es nicht nötig, dass der Behälter einen kreisrunden Querschnitt aufweist, er könnte auch vieleckig, beispielsweise quadratisch, 5-oder 6-eckig oder anderswie ausgestaltet sein, wobei nur darauf zu achten ist, dass der Abstand zwischen den Rührorganen und der Behälterwand nicht so gross ist, dass tote Zonen entstehen.

Claims (10)

1. Vorrichtung mit einem zylindrischen oder konischen Behälter zur Herstellung einer Dispersion oder einer Suspension dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter nicht-vertikal angeordnet und an beiden Stirnseiten geschlossen ist sowie am einen der beiden einander gegenüberliegenden Enden einen Anschluss oder Anschlüsse für den Zustrom der zu verarbeitenden Substanzen, und am andern Ende einen Anschluss für den Auslauf der erhaltenen Dispersion oder Suspension aufweist und dass er eine drehbar gelagerte zur Behälterachse koaxiale, von aussen antreibbare, mit Rührorganen versehene Welle enthält im übrigen aber frei von beweglichen Teilen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rührorgan eine gezahnte Scheibe ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gezahnte Scheibe eine sägezahnartige Verzahnung , aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 mit einer geradzahligen Zähnezahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne oder mindestens deren äussere Ränder abwechslungsweise nach der einen und der andern Seite ausgebogen oder verschränkt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rührorgan durch eine ebene, mit Flügeln versehene Scheibe gebildet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichet, dass die Flügel eben sind und senkrecht auf der Scheibenebene stehen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene jedes Flügels mit der von ihm zur Achse führenden Radiuslinie einen stumpfen Winkel bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rührorgan aus einer Scheibe mit einer mit im wesentlichen kreisförmigen Umfangslinie gebildet wird, wobei der äussere Teil der Scheibe durch in die Umfangslinie mündende Schlitze in spitz zulaufende sich in tangertialer Richtung erstrechende Zinken unterteilt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe eine gerade Anzahl von Zinken aufweist und dass diese Zinken abwechslungsweise nach der einen und der anderen Seite ausgebogen sind.
10. Verfahren zur Herstellung einer Dispersion oder einer Suspension dadurch gekennzeichnet, dass man eine Flüssigkeit und die in ihr zu dispergierenden oder zu suspendierenden Feststoffe kontinuierlich durch einen zylindrischen Behälter, der ein sich drehendes koaxiales Rührwerk aber keine weitern beweglichen Gegenstände enthält, hindurchleitet, wobei der Behälter so angeordnet ist, dass seine Achse mit der Vertikalen einen Winkel von mindestens 45° bildet.
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