EP0201927B1 - Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Medien - Google Patents
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- EP0201927B1 EP0201927B1 EP86106666A EP86106666A EP0201927B1 EP 0201927 B1 EP0201927 B1 EP 0201927B1 EP 86106666 A EP86106666 A EP 86106666A EP 86106666 A EP86106666 A EP 86106666A EP 0201927 B1 EP0201927 B1 EP 0201927B1
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Classifications
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- B01F27/81—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
- B01F27/812—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow the stirrers co-operating with surrounding stators, or with intermeshing stators, e.g. comprising slits, orifices or screens
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- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/86—Mixing heads comprising a driven stirrer
- B01F33/862—Mixing heads comprising a driven stirrer the stirrer being provided with a surrounding stator
Definitions
- the invention relates to a device for mixing and dispersing at least two media according to the preamble of claim 1.
- a device known from DE-OS 27 02 183 has a mixing head and a dispersing device connected in series in the axial direction in order to combine the mixing action of the mixing head designed as a guide jet mixer and the dispersing action of the shear ring of the dispersing device.
- the dispersing device consists of a separate stator tube in the extension of the stator tube of the mixing head, a special rotor, the rotor tube of which is an extension of the rotor tube of the rotor of the mixing head, and a continuous bottom section on the rotor.
- a beacon mixer is also used, in which the media are mixed with one another by rotating the rotor and by virtue of the circulation also brought about by the rotation of the rotor.
- this device however, essentially only mixing is achieved.
- dispersing is possible due to the presence of individual dispersing elements, the dispersal affects the circulation of the material or the circulation speed, since the dispersion takes place in the main stream. The dispersing effect is consequently imperfect.
- Fine device of the generic type is described in DE-OS 26 30 200.
- This known device serves to prepare a cement slurry consisting of a water / cement mixture in a high-shear force mixing process and then to mix fiberglass strands into this cement slurry in a low-shear force mixing process. The preparation and mixing takes place when the slurry is conveyed upward in the device from bottom to top, the high-shear mixing process and the low-shear mixing process being brought about by different speeds of the rotor.
- This known device has at its lower end a fixed tube with an upright axis, in the jacket of which a plurality of round radial holes are arranged. A rotatably mounted rotor with rotor blades is arranged in the tube.
- Extending radially outward from the upper end of the tube is an annular flange, to which a plurality of guide rods are fastened and evenly distributed on the circumference, and which protrude upwards and serve to guide a deflection plate with guide holes which are penetrated by the guide rods and which are arranged at a distance above the annular flange and is adjustable in height.
- a deflection plate with guide holes which are penetrated by the guide rods and which are arranged at a distance above the annular flange and is adjustable in height.
- the invention has for its object to develop a device of the type mentioned in such a way that a larger part of the at least premixed media can be safely dispersed.
- the main advantage of the embodiment according to the invention is that it enables simultaneous mixing and dispersion without mutual hindrance. These two processes are not integrated into one another within one stream, but rather each take place in a partial stream, the dispersion stream being directed radially on account of the centrifugal force of the mixture parts rotated by the rotor.
- the radial acceleration of the at least premixed components is thus used for the more intensive operation of the device, namely the dispersing, in which the media present in the partial flow are disrupted and finely distributed by supporting the radial acceleration.
- the proportion of dispersing and mixing work can also be determined by dimensioning the size of the outlet opening. This depends on the degree of dispersion and the type of media to be treated.
- the size can both be immutable for certain media can also be determined continuously or in stages (claim 7) for different media and / or different mixing or dispersion results.
- the size of the outlet opening for the mixed partial flow can assume relatively small amounts, the outlet opening can even be completely closed under certain circumstances, so that only the dispersed partial flow exits the stator exclusively through the openings for this partial flow.
- the configuration according to the invention is of particular importance for all processes which begin with the use of powder and require a lump-free and agglomerate-free disruption of the materials to be treated in the further treatment.
- Conventional dispersion systems have the disadvantage that, although they emulsify satisfactorily, they do not provide the circulating power for drawing in powder or other light materials. This means that especially in the critical phase, namely towards the end of the wetting process, lumps of powder float on the surface with an already increased viscosity that can no longer be pulled down and dispersed.
- the entire process for powder wetting and subsequent homogenization of the powder or emulsification proceeds without problems and without difficult procedural measures. Compared to conventional systems, this means a significant saving of time or an increase in quality and an increase in production reliability. This applies especially to emulsions, the stability of which can often not be predetermined.
- An advantageous further development of the invention consists in that the openings for the dispersed partial stream are formed by axially extending slots.
- This configuration enables a large number of slots lying in the direction of rotation of the rotor, as a result of which the dispersion capacity and the dispersion effect are increased.
- the latter is also improved by the known configuration according to claim 5, created by the sheared edges at the opening edges and on the rotor blades, which enable a fine disintegration of the materials to be dispersed.
- the embodiment according to claim 8 is recommended, in which annular outlet cross sections can be realized.
- the formation of the adjustable closure member as a baffle plate according to claim 9 is recommended for structural reasons.
- An alternative measure for changing the size of the outlet opening is according to Claim 13 in changing the distance between the device and the bottom of the container in which the device is in operation with the media to be treated. As this distance decreases, the size of the outlet for the mixed partial flow also decreases. When the device rests on the underside on the bottom of the container, the outlet is completely closed, so that full flow dispersion takes place. With increasing distance from the bottom of the container, the proportion of dispersion can be reduced again. For the dependency of these measures, reference is made to the description of claim 7.
- a device for the measure described above can be of simple construction within the scope of the invention. It includes a container or other abutment, for. B. the container supporting base supportable frame which has a holding device for the device according to the invention, the holding device being axially adjustable to the device according to the invention and being fixable in the respective position on or in the frame.
- the device generally designated 1 in the figures, consists of a rotor, generally designated 2, which is mounted in a tubular stator 4 so as to be rotatable about an axis of rotation 3.
- the rotor 2 has a plurality of radially extending rotor blades 5 and is fastened to a vertically extending drive shaft 6 which is arranged within a protective tube 7 which carries the stator 4 and is connected to the latter by means of radially extending struts 8.
- the stator 4 consists of a vertically arranged tube 9 which is expanded in the shape of a trumpet on the upper side and with these edges 11 delimits an inlet, generally designated 12, for the materials to be treated.
- the struts 8 pass through this inlet 12 and connect the tube 9 to a sleeve 13 which is fastened on the protective tube 7.
- the tube 9 of the stator 4 is drawn in in the form of a radially extending annular wall 14 which encloses an outlet 15.
- the hollow cylindrical Wall section of the tube 9 and the annular wall 14 form a corner or inner shoulder of the stator 4, in which the rotor 2 is arranged.
- baffle plate 19 is axially adjustable in a manner not shown and can be locked in the respective position.
- the adjustability of the baffle plate 19 is shown by a double arrow 21.
- the diameter d of the rotor 2 is dimensioned so large that there is only a small gap s between the inner wall 22 of the tube 9 and the lateral surfaces 23 of the rotor 2. This gap s also extends between the side 24 of the rotor facing the outlet 15 and the inside 25 of the ring wall 14. Between the inside wall 22 and the inside 25 of the stator 4 and the lateral surface 23 and the side 24 of the rotor 2, a generally arises with 26 designated shear field, its stator side Shear edges 27 are formed by the inner edges 28 and its rotor-side shear edges 29 by the outer edges 31 and the lateral edges 32 of the rotor 2.
- the rotor blades 5 are set. This can be seen on the inclined side surfaces, which are designated by 33 in FIG. 2. Due to the setting of the rotor blades 5 of the rotor 2 rotating during operation in the direction of the arrow 34, the material to be treated, which consists of at least two different substances or media, is sucked into the stator 4 in the direction of the arrows 35 through the inlet 12. In the area of the rotor 2, the material is intimately mixed with one another, and it divides into an axial, generally 36 and a radial, generally 37 partial flow due to two feed forces. The partial flows are identified by radial and axial arrows.
- the axial partial flow 36 is a ring flow, and it is based on axial feed or acceleration forces which are caused by the setting of the rotor blades 5.
- the radial partial flow 37 spreads from the entire circumference of the stator 4 and is based on feed or acceleration forces which are caused by the centrifugal force of the material parts rotating with the rotor 2.
- Those located in the axial partial flow 36 Materials are mainly mixed intensively with one another, while the materials located in the radial partial flow 37 are subject to strong shear and impact effects in the shear field 26, as a result of which the desired dispersion and emulsification is effected.
- the proportion of the dispersion work in the radial partial flow 37 can be controlled by appropriate dimensioning of the distance a between the baffle plate 19 and the ring wall 14.
- the distance a determining the cross section of the outlet 15 should be selected to be relatively large. This is e.g. B. the case when light substances are to be incorporated, for. B. powders, which require a relatively large suction to pull them down from the surface of the material to be treated in the area of the stator.
- the baffle plate 19 differs from the one described above only in that the baffle plate 19 is not present.
- the device 1 for controlling the desired amount of dispersion or mixing work is axially adjusted relative to the bottom 43 of the container 42.
- the proportion of the dispersion work is also determined by the size or length 1 of the slots 16. In the present exemplary embodiments, the length 1 corresponds to the width f of the rotor 2.
- the axial adjustment of the device 1 is expediently carried out by means of a holding device 45 which supports it and which can be displaced vertically (double arrow 46) in a guide 47 by an actuator (not shown).
- the actuator can e.g. B. be a pneumatically or hydraulically expandable actuating cylinder.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Medien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine aus der DE-OS 27 02 183 bekannte Vorrichtung weist in axialer Richtung hintereinander geschaltet einen Mischkopf und eine Dispergiervorrichtung auf, um die Mischwirkung des als Leitstrahlmischers ausgebildeten Mischkopfes und Dispergierwirkung des Scherkranzes der Dispergiervorrichtung zu kombinieren. Die Dispergiervorrichtung besteht aus einem gesonderten Statorrohr in Verlängerung des Statorrohrs des Mischkopfes, einem besonderen Rotor, dessen Rotorrohr in Verlängerung des Rotorrohrs des Rotors des Mischkopfes ist, und einem durchgehenden Bodenabschnitt am Rotor. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß der Volumenstrom, den der Mischkopf fördern sollte, durch die nachgeschaltete Dispergiervorrichtung tatsächlich blockiert wird, weshalb der Zweck hoher Volumenstrom bei gleichzeitiger Dispergierung zu erhalten, nicht erreicht werden konnte.
- Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren (US-PS 44 37 765) wird ebenfalls ein Leitstrahlmischer verwendet, bei dem die Medien durch das Rotieren des Rotors und aufgrund der ebenfalls durch die Rotation des Rotors bewirkte Umwälzung miteinander vermischt werden. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch im wesentlichen lediglich ein Mischen erreicht. Ein Dispergieren ist zwar aufgrund des Vorhandenseins einzelner Dispergierelemente möglich, jedoch wird durch das Dispergieren die Umwälzung des Materials bzw. die Umwälzgeschwindigkeit beeinträchtigt, da das Dispergieren im Hauptstrom erfolgt. Die Dispergierwirkung ist folglich unvollkommen.
- Fine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist in der DE-OS 26 30 200 beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung dient dazu, eine aus einem Wasser/Zement-Gemisch bestehende Zementschlemme in einem Hochscherkraft-Mischprozeß aufzubereiten und anschließend in diese Zementschlemme Glasfaserlitzen in einem Niedrigscherkraft-Mischprozeß einzumischen. Die Aufbereitung und die Einmischung erfolgt bei einer Hochförderung der Aufschlemmung in der Vorrichtung von unten nach oben, wobei der Hochscherkraft-Mischprozeß und der Niedrigscherkraft-Mischprozeß durch unterschiedliche Drehzahlen des Rotors herbeigeführt werden. Diese bekannte Vorrichtung weist an ihrem unteren Ende ein feststehendes Rohr mit aufrechter Achse auf, in dessen Mantel eine Vielzahl runder radialer Löcher angeordnet sind. In dem Rohr ist ein drehbar gelagerter Rotor mit Rotorblättern angeordnet. Vom oberen Ende des Rohr erstreckt sich radial nach außen ein Ringflansch, an dem auf dem Unfang gleichmäßig verteilt mehrere Führungsstangen befestigt sind und nach oben ragen, die der Führung eine Ablenkplatte mit von den Führungsstangen durchfaßten Führungslöchern dienen, die in einem Abstand oberhalb des Ringflansches angeordnet und höhenverstellbar ist. Im Betrieb dieser bekannten Vorrichtung wird ein Teil der vom Rotor durch das untere Ende des Rohres hochgezogenen Aufschlemmung durch die radialen Löcher im Rohr ausgetrieben. Der Rest der hochgezogenen Aufschlemmung tritt oben aus dem Rohr aus und wird dann seitlich durch die Ablenkplatte abgelenkt.
- Bei dieser bekannten Vorrichtung ergibt sich im Betrieb ein großer vertikaler Hauptstrom, der am oberen Ende des Rohrs austritt und ein kleiner, radialer Teilstrom, der durch die Löcher im feststehenden Rohr austritt. Dies ist durch die Konstruktion der Vorrichtung vorgegeben. Die verhältnismäßig geringe Teilstrommenge ist darauf zurückzuführen, daß die vertikale bzw. axiale Strömung einen geringeren Widerstand findet, wodurch sich die große axiale Strömungsmenge einstellt. Um einen größeren radialen Teilstrom zu erhalten, ist es bei dieser bekannten Vorrichtung erforderlich, die Rotorblätter speziell so zu formen, daß die radiale Beaufschlagung des zu behandelnden Gutes vergrößert wird. Dies führt jedoch zu erheblichen Leistungsverlusten der Vorrichtung.
- Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß im Übergangsbereich zwischen der radialen und der axialen Strömung sich Turbulenzen einstellen, die eine ungleichmäßige Strömung bewirken und somit nicht nur die Strömung selbst sondern auch deren Aufteilung beeinträchtigen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß ein größerer Teilstrom der zumindest vorvermischten Medien einer sicheren Dispergierung zugeführt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß sie ohne gegenseitige Behinderung ein gleichzeitiges Mischen und Dispergieren ermöglicht. Diese beiden Prozesse sind nicht innerhalb eines Stromes ineinander integriert, sondern sie erfolgen jeweils in einem Teilstrom, wobei der Dispergierstrom aufgrund der Fliehkraft der durch den Rotor in Rotation Versetzten Gemischteile radial gerichtet ist. Es wird somit die radiale Beschleunigung der zumindest vorvermischten Komponenten für den intensiveren Arbeitsgang der Vorrichtung, nämlich das Dispergieren, ausgenutzt, bei dem die im Teilstrom vorhandenen Medien durch Unterstützung der radialen Beschleunigung aufgeschlossen und fein verteilt werden.
- D.h. im Betrieb der Vorrichtung verlassen zwei Gemischströme kontinuierlich die Vorrichtung, nämlich der dispergierte Teilstrom und der in herkömmlicher Weise vermischte Teilstrom. Auf diese Weise läßt sich durch die Bestimmung der Mischzeit der Anteil an Dispergier- und Mischarbeit variieren und anpassen.
- Der Anteil der Dispergier- und Mischarbeit läßt sich auch durch die Bemessung der Größe der Auslaßöffnung bestimmen. Diese richtet sich nach dem Dispergierungsgrad und nach der Art der zu behandelnden Medien. Die Größe kann sowohl unveränderlich für bestimmte Medien als auch kontinuierlich oder in Stufen variierbar (Anspruch 7) für unterschiedliche Medien und/oder unterschiedliche Mischungs- bzw. Dispergierergebnisse bestimmt werden.
- Dabei kann im Rahmen der Erfindung die Größe der Auslaßöffnung für den gemischten Teilstrom verhältnismäßig kleine Beträge annehmen, die Auslaßöffnung kann unter Umständen sogar vollständig verschlossen werden, so daß nur der dispergierte Teilstrom ausschließlich durch die Öffnungen für diesen Teilstrom aus dem Stator austritt. Dies gilt insbesondere beim Vorhandensein von Öffnungen für den dispergierten Teilstrom, die in einem Eckbereich des Stators angeordnet sind (Anspruch 3) und sich deshalb teilweise radial und axial erstrecken.
- Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat eine besondere Bedeutung für alle Prozesse, die mit der Benutzung von Pulver beginnen und in der Weiterbehandlung eine klumpen- und aglomeratfreie Aufschließung der zu behandelnden Materialien verlangen. Dasselbe gilt für Emulgierprozesse, bei denen zuerst eine grobe Emulsion gebildet wird und diese Emulsion durch die Untermischung der dispersen Phase und durch die Dauer der Bearbeitung so verfeinert wird, daß sie stabil bleibt. Herkömmliche Dispergiersysteme haben den Nachteil, daß sie zwar zufriedenstellend emulgieren, aber nicht die Umwälzleistung zum Einziehen von Pulver oder anderen leichten Materialien erbringen. Das bedeutet, daß insbesondere in der kritischen Phase, nämlich gegen Ende des Benetzungsprozesses, mit bereits erhöhter Viskosität Pulverklumpen an der Oberfläche schwimmen, die nicht mehr nach unten gezogen und dispergiert werden können. Hier muß dann sehr oft ein zusätzliches Rührelement eingebracht werden, damit der Prozess überhaupt zu Ende geführt werden kann. In einem solchen Fall, nämlich einer verhältnismäßig große Einzugswirkung auf das zu behandelnde Material, sind verhältnismäßig große axiale Auslaßöffnungen notwendig, z. B. im Bereich des gemischten Teilstroms oder im Bereich des dispergierten Teilstroms.
- Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung verläuft das ganze Verfahren zur Pulverbenetzung und anschließenden Homogenisierung des Pulvers bzw. der Emulgierung problemlos und ohne schwierige verfahrenstechnische Maßnahmen. Das bedeutet gegenüber herkömmlichen Systemen einen erheblichen Zeitgewinn bzw. eine Steigerung der Qualität und eine Steigerung der Produktionssicherheit. Dies gilt vor allem für Emulsionen, deren Stabilität oft nicht vorbestimmt werden kann.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht gemäß Anspruch 2 darin, daß die Öffnungen für den dispergierten Teilstrom durch sich axial erstreckende Schlitze gebildet sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Vielzahl von in Drehrichtung des Rotors liegenden Schlitzen, wodurch die Dispergierungskapazität und der Dispergierungseffekt vergrößert werden. Letzterer wird auch durch die an sich bekannte Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 verbessert, durch die Scherkanten an den Öffnungsrändern und an den Rotorblättern geschaffen werden, die eine feine Aufschließung der zu dispergierenden Materialien ermöglichen.
- In dem Fall, in dem der Auslaß für den gemischten Teilstrom veränderlich gestaltet werden soll, empfiehlt sich die Ausgestaltung nach Anspruch 8, bei der sich ringförmige Auslaßquerschnitte verwirklichen lassen. Dabei empfiehlt sich die Ausbildung des verstellbaren Verschlußgliedes als Stauscheibe gemäß Anspruch 9 aus baulichen Gründen.
- Anstelle oder zusätzlich zu den Maßnahmen zur Beeinflussung des Anteils an Dispergier- und Mischarbeit (Größe der Auslaßöffnungen, Mischzeit) ist es auch möglich, die Schränkung im inneren und im äußeren Bereich des Rotors zu variieren. Es ist dabei jeweils nach Vorhandensein der zu behandelnden Materialien auch möglich, die Schränkungswinkel von innen nach außen zu vergrößern oder zu verkleinern (Ansprüche 10 bis 12). Welche Maßnahme zur Anwendung gelangt, bestimmt sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall.
- Im Gegensatz zur bekannten Ausgestaltung, bei der eine Schließung des Auslasses im Stator eine Abnahme der Motorstromaufnahme bewirkt, wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Förderstrom umgelenkt, und die Motorstromaufnahme steigt aufgrund höheren Leistungsbedarfs an. Bei vollständig geschlossenem Auslaß für den gemischten Teilstrom, was im Rahmen der Erfindung wie schon erklärt möglich ist, ist die Motorstromaufnahme am größten, weil die größte Leistung zu erbringen ist.
- Die vorbeschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wie die Möglichkeit der Dispergierung bei Wahrung einer verhältnismäßig großen Umwälzung der zu behandelnden Medien, gelten auch für Emulsionen, insbesondere Wasser--in-Öl-Emulsionen die zum Ende des Prozesses sehr viskos werden und eine starke Umwälzleistung des Systems erfordern. Diese Umwälzleistung besitzt ein reines Dispergiersystem nicht. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es bei entsprechender Dimensionierung ohne weiteres möglich, Dispergiergeschwindigkeiten von 21 m/s zu erreichen. Dieser Wert gilt allgemein als Minimalwert zur Erstellung stabiler Emulsionen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt daher auch in der einfachen Handhabung durch den Betreiber. Er kann durch Variierung der Arbeitszeit den Dispersionsgrad bzw. die Stabilität der Emulsion wesentlich beeinflussen, ohne dabei die maschinenbautechnischen Komponenten zu verändern.
- Eine alternative Maßnahme zur Veränderung der Größe der Auslaßöffnung besteht gemäß Anspruch 13 darin, den Abstand zwischen der Vorrichtung und dem Boden des Behälters, in dem sich die Vorrichtung im Betrieb mit den zu behandelnden Medien befindet, zu verändern. Mit zunehmender Verringerung dieses Abstandes verringert sich auch die Größe des Auslasses für den gemischten Teilstrom. Wenn die Vorrichtung unterseitig auf dem Boden des Behälters aufliegt, ist der Auslaß vollständig geschlossen, so daß eine Vollstrom-Dispergierung erfolgt. Mit zunehmenden Abstand vom Boden des Behälters kann der Anteil der Dispergierung wieder verringert werden. Zur Abhängigkeit dieser Maßnahmen wird auf die Beschreibung zum Anspruch 7 verwiesen.
- Eine Vorrichtung zur vorbeschriebenen Maßnahme kann im Rahmen der Erfindung von einfacher Bauart sein. Sie umfaßt ein am Behälter oder an einem sonstigen Widerlager, z. B. dem den Behälter tragenden Grund abstützbares Gestell, das eine Haltevorrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, wobei die Haltevorrichtung axial zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verstellbar und in der jeweiligen Stellung festlegbar am oder im Gestell angeordnet ist.
- Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer vereinfachten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Medien im Vertikalschnitt als erstes Ausführungsbeispiel;
- Fig. 2
- den Teilschnitt II-II in Fig. 1;
- Fig. 3
- ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit einer Haltevorrichtung zur axialen Verstellung der Vorrichtung in einem Behälter.
- Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung besteht aus einem allgemein mit 2 bezeichneten Rotor, der um eine Drehachse 3 drehbar in einem rohrförmigen Stator 4 gelagert ist. Der Rotor 2 weist eine Mehrzahl sich radial erstreckender Rotorblätter 5 auf und ist an einer senkrecht verlaufenden Antriebswelle 6 befestigt, die innerhalb eines Schutzrohres 7 angeordnet ist, das den Stator 4 trägt und mittels sich radial erstreckender Streben 8 mit diesem verbunden ist.
- Der Stator 4 besteht aus einem senkrecht angeordneten Rohr 9, das oberseitig trompetenförmig erweitert ist und mit diesen Rändern 11 einen allgemein mit 12 bezeichneten Einlaß für die zu behandelnden Materialien begrenzt. Die Streben 8 durchqueren diesen Einlaß 12 und verbinden das Rohr 9 mit einer Hülse 13, die auf dem Schutzrohr 7 befestigt ist.
- Auf der dem Einlaß 12 abgewandten Seite ist das Rohr 9 des Stators 4 in Form einer sich radial erstreckenden Ringwand 14 eingezogen, die einen Auslaß 15 umschließt. Der hohlzylindrische Wandabschnitt des Rohres 9 und die Ringwand 14 bilden eine Ecke oder Innenschulter des Stators 4, in der der Rotor 2 angeordnet ist.
- Im Bereich des Rotors 2 befinden sich im Rohr 9 radiale, sich längs der Drehachse 3 erstreckende Schlitze 16, die sich um einen mit b bezeichneten Betrag bis in die Ringwand 14 hinein erstrecken. Die Schlitze 16 weisen somit einen radialen und einen axialen Abschnitt 17, 18 auf.
- Unterhalb des Auslasses 15 ist eine Stauscheibe 19 in nicht dargestellter Weise axial verstellbar und in der jeweiligen Stellung feststellbar angeordnet. Die Verstellbarkeit der Stauscheibe 19 ist durch einen Doppelpfeil 21 dargestellt. Durch Verstellung der Stauscheibe 19 kann deren Abstand a von der Ringwand 14 eingestellt werden und zwar zwischen einem nicht dargestellten maximalen Wert und der Anlage an der Ringwand 14, in der kein Ringspalt mehr vorhanden ist, d.h. der Auslaß 15 geschlossen ist.
- Der Durchmesser d des Rotors 2 ist so groß bemessen, daß zwischen der Innenwand 22 des Rohres 9 und den Mantelflächen 23 des Rotors 2 nur ein kleiner Spalt s besteht. Dieser Spalt s erstreckt sich auch zwischen der dem Auslaß 15 zugewandten Seite 24 des Rotors und der Innenseite 25 der Ringwand 14. Zwischen der Innenwand 22 sowie der Innenseite 25 des Stators 4 und der Mantelfläche 23 sowie der Seite 24 des Rotors 2 entsteht somit ein allgemein mit 26 bezeichnetes Scherfeld, dessen statorseitige Scherkanten 27 durch die Innenkanten 28 und dessen rotorseitige Scherkanten 29 durch die Außenkanten 31 und die seitlichen Kanten 32 des Rotors 2 gebildet sind.
- Die Rotorblätter 5 sind geschränkt. Dies ist an den geneigten Seitenflächen erkennbar, die in Fig. 2 mit 33 bezeichnet sind. Aufgrund der Schränkung der Rotorblätter 5 des im Betrieb in Richtung des Pfeiles 34 drehenden Rotors 2 wird das aus wenigstens zwei unterschiedlichen Substanzen bzw. Medien bestehende und zu behandelnde Material in Richtung der Pfeile 35 durch den Einlaß 12 in den Stator 4 eingesaugt. Im Bereich des Rotors 2 wird das Material innig miteinander vermischt, und es teilt sich aufgrund von zwei Vorschubkräften in einen axialen, allgemein mit 36 und einen radialen, allgemein mit 37 bezeichneten Teilstrom. Die Teilströme sind durch radiale und axiale Pfeile gekennzeichnet.
- Der axiale Teilstrom 36 ist ein Ringstrom, und er beruht auf axialen Vorschub- bzw. Beschleunigungskräften, die aufgrund der Schränkung der Rotorblätter 5 hervorgerufen werden.
- Der radiale Teilstrom 37 breitet sich vom gesamten Umfang des Stators 4 aus und beruht auf Vorschub- bzw. Beschleunigungskräften, die durch die Fliehkraft der sich mit dem Rotor 2 drehenden Materialteile hervorgerufen werden.
- Die sich im axialen Teilstrom 36 befindlichen Materialien werden hauptsächlich intensiv miteinander vermischt, während die sich im radialen Teilstrom 37 befindlichen Materialien im Scherfeld 26 starken Scher- und Prallwirkungen unterliegen, wodurch die angestrebte Dispergierung und Emulgierung bewirkt wird. Der Anteil der Dispergierarbeit im radialen Teilstrom 37 kann durch eine entsprechende Bemessung des Abstands a zwischen der Stauscheibe 19 und der Ringwand 14 gesteuert werden. In Fällen, in denen eine verhältnismäßig große Umwälzleistung im Einlaßstrom (Pfeile 35) erwünscht ist, ist der den Querschnitt des Auslasses 15 bestimmende Abstand a verhältnismäßig groß zu wählen. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn leichte Substanzen einzuarbeiten sind, z. B. Pulver, bei denen es einer verhältnismäßig großen Saugwirkung bedarf, um sie von der Oberfläche des zu behandelnden Materials nach unten in den Bereich des Stators ziehen zu können.
- In der vollständig geschlossenen Position der Stauscheibe 19 erfolgt eine Vollstrom-Dispergierung. Der gesamte Materialstrom tritt radial durch die Schlitze 16 aus, wobei er im Scherfeld 26 den vorgenannten Scher- und Prallwirkungen unterzogen wird. Da der Durchmesser der Stauscheibe 19 in etwa dem radialen Abstand c der axialen Schlitz-Abschnitte 18 voneinander entspricht, entsteht insbesondere in der vollständig geschlossenen Position der Stauscheibe 19 eine schräg nach unten gerichtete Komponente des radialen Teilstroms 37, die durch mit 38 bezeichneten Pfeilen verdeutlicht ist. Hierdurch wird die Verteilung des radialen dispergierten Teilstroms 37 bedeutend verbessert. Außerdem wird durch die radialen Abschnitte 17 der Schlitze 16 das Scherfeld 26 erheblich vergrößert, was im Sinne einer leistungsfähigen Aufschließung der zu dispergierenden Substanzen angestrebt wird.
- Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen lediglich dadurch, daß die Stauscheibe 19 nicht vorhanden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorrichtung 1 in einem aus zwei unterschiedlichen Medien, z. B. Wasser und Öl, bestehenden Behandlungsmaterial 41 eingetaucht ist, das sich in einem Behälter 42 befindet, wird die Vorrichtung 1 zur Steuerung des erwünschten Anteils an Dispergier- bzw. Mischarbeit gegenüber dem Boden 43 des Behälters 42 axial verstellt. Je größer der Abstand e zwischen der Unterseite der Vorrichtung 1 und dem Boden 43 eingestellt wird, desto geringer ist der radiale Teilstrom 37 bzw. der Anteil der Dispergierarbeit. Oberhalb eines bestimmten Abstandes e ändern sich die Anteile der Dispergier- und Mischarbeit jedoch nicht mehr. Der Anteil der Dispergierarbeit wird auch durch die Größe bzw. Länge 1 der Schlitze 16 bestimmt. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen entspricht die Länge 1 der Breite f des Rotors 2.
- Wird die Vorrichtung 1 vollends gegen den Boden 43 geschoben, so daß der Abstand e gleich Null ist, dann ist der Auslaß 15 vollends geschlossen und es erfolgt eine Vollstrom-Dispergierung wie beim ersten Ausführungsbeispiel, wenn die Stauscheibe 19 den Auslaß 15 vollständig verschließt.
- Das axiale Verstellen der Vorrichtung 1 erfolgt zweckmäßig mittels einer sie tragenden Haltevorrichtung 45, die durch ein nicht dargestelltes Stellglied vertikal (Doppelpfeil 46) in einer Führung 47 verschiebbar ist. Das Stellglied kann z. B. ein pneumatisch oder hydraulisch baufschlagbarer Stellzylinder sein.
Claims (13)
- Vorrichtung (1) zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Medien,
mit einem feststehenden Stator-Rohr (9),
mit einem im wesentlichen axialen Einlaß (12) für die Medien in das Rohr (9) an einem Ende des Rohres (9),
mit einem radial angeordneten Auslaß für die Medien aus dem Rohr (9), der mehrere Öffnungen (16) aufweist,
mit einem in dem Rohr (9) koaxial angeordneten Rotor (2) mit mehreren Rotorblättern (5),
wobei die Rotorblätter (5) und der die Öffnungen (16) aufweisende Auslaß nach dem Rotor/Stator-Prinzip zum Dispergieren der Medien zusammenwirken und die Medien aus dem radial angeordneten Auslaß durch Zentrifugalwirkung austreten,
und mit einem zweiten Auslaß (15) für die Medien an dem anderen Ende des Rohres (9), der axial angeordnet ist,
wobei sich die Rotorblätter (5) radial erstrecken und derart geschränkt sind, daß sie zumindest einen Teilstrom des Gutes durch den zweiten Auslaß (15) fördern,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (9) eine radial innenliegende Schulter (14) im Bereich des zweiten Auslasses (15) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen durch sich axial erstreckende Schlitze (16) gebildet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radialen Öffnungen (16) sich in die Schulter (14) fortsetzen (17). - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schulter (14) durch eine radiale Ringwand gebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die entgegen der Drehrichtung (34) des Rotors (2) gerichteten Kanten (27) der Öffnungen (16) und die in die Drehrichtung (34) gerichteten Kanten (29) der Rotorblätter (5) ein Scherfeld (26) bilden. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in ihrer Gebrauchsstellung das Rohr (9) vertikal angeordnet ist und der Einlaß (12) sich am oberen Ende des Rohrs (9) befindet. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem zweiten Auslaß (15) ein verstellbares Verschlußglied (19) zugeordnet ist, dessen Abstand (a) zum zweiten Auslaß (15) schrittweise oder kontinuierlich axial verstellbar (21) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verschlußglied (19) längs der Drehachse (3) des Rotors (2) verstellbar (21) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verschlußglied durch eine Stauscheibe (19) gebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schränkwinkel im radial inneren und radial äußeren Bereich des Rotors (2) unterschiedlich sind. - Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schränkwinkel mit zunehmendem Abstand von der Mitte des Rotors (2) zunehmen. - Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schränkwinkel mit zunehmendem Abstand von der Mitte des Rotors (2) abnehmen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einem der Ansprüche 10-12 soweit nicht auf Anspruch 7 rückbezogen,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie in einer Haltevorrichtung (45) axial verstellbar angeordnet ist zum schrittweisen oder kontinuierlichen Ändern des Abstandes (e) des zweiten Auslasses (15) gegenüber einem Behälterboden (43), auf dem die Haltevorrichtung (45) angeordnet werden kann.
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