EP0301151A1 - Device for homogenizing a fluid mixture - Google Patents

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    • B02C18/16—Details

Abstract

The device has an external comminuting element ring (1) constructed as a stator, in the form of a cylinder, on the outer surface (3) of which slots (5) aligned approximately perpendicularly with respect to the central axis (M) are arranged, whilst the inner comminuting element (2) constructed as a rotor has two vanes (18) whose end faces are constructed as knife blades. In order to increase the performance of the device without requiring a relatively large rotor speed, an outer ring (5) with slots (6) is attached around the stator (1) by means of screws in such a way that it can be moved up and down and possibly also in a rotating manner, by which means principally the width of the slots can be adjusted or narrowed. As a result, a higher output speed of the liquid and thus a higher degree of efficiency is obtained with the same rotor performance. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich­tung zum Homogenisieren eines Flüssigkeitsgemisches, in Form einer zylindrischen Anordnung mindestens zweier auf Haltern sitzender, rotierbarer Zerkleinerungsorgane, wobei das äussere Zerkleinerungsorgan ein Ring mit Schlitzen und das innere Zerkleinerungsorgan mindestens zwei Flügel aufweist. Solche Vorrichtungen werden seit Jahrzehnten unter verschiedenen Handelsnamen hergestellt und vertrieben sowie in einer Anzahl von Patentschriften beschrieben, so unter anderem in der CH-A-466 010, CH-A-604 894 und insbesondere auch im deutschen Ge­brauchsmuster Nr. 84 28 851, in dem ein Leitstrahl-Homo­genisator beschrieben wird, der eine hohe Förderleistung aufweist und insbesondere für das Homogenisieren, Zerschlagen von Agglomeraten in viskosen Medien oder Schnelllösen von Salzen, Harzen und dergleichen geeignet ist.The present invention relates to a device for homogenizing a liquid mixture, in the form of a cylindrical arrangement of at least two rotatable comminution members seated on holders, the outer comminution member having a ring with slots and the inner comminution member having at least two vanes. Such devices have been manufactured and sold under various trade names for decades and are described in a number of patents, including CH-A-466 010, CH-A-604 894 and in particular also in German Utility Model No. 84 28 851, in a guide beam homogenizer is described which has a high delivery rate and is particularly suitable for homogenizing, breaking up agglomerates in viscous media or rapid dissolving of salts, resins and the like.

Es ist ausgehend von dem vorbekannten Homogenisator Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen einerseits mit einer höheren Emulgierwirkung zu versehen ohne die Drehgeschwindigkeit des Rotors zu erhöhen, und anderer­seits diesen besser verschiedenen Anwendungsbereichen anpassbar zu gestalten. Diese Aufgabe wird mit einer in den Ansprüchen definierten Vorrichtung gelöst.Starting from the previously known homogenizer, it is the object of the present invention to provide it with a higher emulsifying effect on the one hand without increasing the speed of rotation of the rotor, and on the other hand to make it better adaptable to different areas of application. This object is achieved with a device defined in the claims.

Die Erfindung wird im einzelnen anhand einer Zeichnung von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei

  • Figur 1 im Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel, und
  • Figur 2 im Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel dar­stellt.
The invention is explained in more detail with reference to a drawing of two exemplary embodiments, wherein
  • Figure 1 in section a first embodiment, and
  • Figure 2 shows in section a second embodiment.

Man erkennt in Figur 1 den auf einem Halter 11 angeord­neten Stator 1 und den auf einer Welle 12 befestigten Rotor 2, wobei sich im allgemeinen nur der Rotor dreht und der Stator, wie sein Name besagt, fest ist. Es ist jedoch auch möglich, den Stator gegensinnig zum Rotor drehen zu lassen. Der Rotor, bzw. die Welle 12, ist für solche Anordnungen bekannterweise am Stator drehbar befestigt, wobei zu einer solchen Anordnung auch eine oder mehrere, nicht eingezeichnete Wellendichtungen gehören. Am Mantel 3 des zylindrischen Stators sind Schlitze 4 angeordnet, die etwa senkrecht zu der Mit­telachse M angeordnet sind.1 shows the stator 1 arranged on a holder 11 and the rotor 2 fastened on a shaft 12, wherein generally only the rotor rotates and the stator, as its name implies, is fixed. However, it is also possible to have the stator turn in the opposite direction to the rotor. The rotor or the shaft 12 is known to be rotatably attached to the stator for such arrangements, such an arrangement also including one or more shaft seals (not shown). Slits 4 are arranged on the jacket 3 of the cylindrical stator and are arranged approximately perpendicular to the central axis M.

Der Rotor 2 besteht, wie im Eingangs erwähnten deutschen Gebrauchsmuster ausführlich beschrieben, aus zwei oder mehr Flügeln 18, deren Stirnfläche, bzw. eine Kante davon, als Messerschneide ausgebildet ist. Die Schmal­seiten der Schlitze 4, die in das Innere des Stators münden, sind als Schneidkanten ausgebildet und arbeiten mit den Kanten der Rotorflügel zusammen, um als Scheren zu wirken, die beispielsweise auch lange Fasern wirksam zerschneiden können. Um die Abscherwirkung zu erhöhen, bilden die Stirnflächen des Rotors in bekannter Weise mit den parallel zueinander stehenden Seitenflächen einen von 90° abweichenden Winkel, wobei die Neigung dieser Fläche derart ausgebildet ist, dass die Schneiden gleichsinnig bezüglich einer Drehrichtung sind. Falls jedoch keinerlei Feststoffe verarbeitet werden sollen, brauchen die Rotorflügel und die Schlitzbreitseiten keine Schneidwirkungen zu zeigen.The rotor 2, as described in detail in the German utility model mentioned at the beginning, consists of two or more blades 18, the end face or an edge thereof of which is designed as a knife edge. The narrow sides of the slots 4, which open into the interior of the stator, are designed as cutting edges and work together with the edges of the rotor blades in order to act as scissors, which can also effectively cut long fibers, for example. In order to increase the shearing effect, the end faces of the rotor form an angle deviating from 90 ° in a known manner with the side faces which are parallel to one another, the inclination of this face being designed such that the cutting edges are in the same direction with respect to a direction of rotation. However, if no solids are to be processed, the rotor blades and the slot broad sides do not need to show any cutting effects.

Versuche haben nun gezeigt, dass für ein wirkungsvolles Emulgieren eines Flüssig-Flüssig-Gemisches eine hohe Strömungsgeschwindigkeit notwendig ist. Diese kann man selbstverständlich durch Erhöhung der Umfangsgeschwin­digkeit des Rotors, bzw. Relativgeschwindigkeit Rotor-­Stator, steigern, doch resultiert daraus nur eine mässige Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Gerätes. So ist beispielsweise bei einer Umfangsge­schwindigkeit des Rotors von 20 m/s die Strömungsge­schwindigkeit nur etwa 3 m/s. Eine Erhöhung der Strö­mungsgeschwindigkeit könnte auch durch Druckerhöhung erzielt werden, doch ist dies mit den eingangs erwähnten Rotor-Stator-Systemen nicht durchführbar, da durch die parallel zu den Rotorflügeln stehenden Zähne der Strom zu stark gebrochen wird.Experiments have now shown that a high flow rate is necessary for an effective emulsification of a liquid-liquid mixture. This can of course be increased by increasing the peripheral speed of the rotor or relative speed of the rotor-stator, but this results in only one moderate increase in flow velocity within the device. For example, at a peripheral speed of the rotor of 20 m / s, the flow speed is only about 3 m / s. An increase in the flow velocity could also be achieved by increasing the pressure, but this cannot be carried out with the rotor-stator systems mentioned at the beginning, since the current is broken too strongly by the teeth which are parallel to the rotor blades.

Von obigen Erkenntnissen ausgehend wird erfindungsgemäss die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Scherung und somit die Emulgierwirkung bei gleich bleibender Pumplei­stung der Rotorflügel dadurch erhöht, dass die Breite der Schlitze 4 verengt wird.Based on the above findings, the flow velocity and thus the shear and thus the emulsifying effect are increased while the pumping power of the rotor blades remains the same in that the width of the slots 4 is narrowed.

Diese Verengung der Schlitze wird dadurch erzielt, dass über dem Mantel 3 des Stators ein Ring 5 angeordnet wird, der im Prinzip die gleichen Schlitze 6 aufweist wie die Schlitze 4, wobei dies jedoch nicht unbedingt notwendig ist. Gemäss der Ausführungsform von Figur 1 wird der äussere Ring mittels einer Schraube 7 am Stator 1, bzw. Halter 11 befestigt. Zur Erzielung einer höheren Austrittsgeschwindigkeit ist im wesentlichen nur die axiale Verschiebung erforderlich, d.h. die Verschiebung in Richtung der Mittelachse M. Falls nur die Verschie­bung in der Längsrichtung erwünscht ist, kann eine Drehsicherung in Form einer Längsnut 19, in der ein gefederter Stift 20 stösst, vorgesehen werden, um eine genaue Längsführung zu gewährleisten. In gewissen Fällen und für bestimmte Anwendungsbereiche könnte es auch vorteilhaft sein, nicht nur die Schlitzbreite sondern auch die Schlitzlänge zu verändern, so dass nach Lösen der Schraube 7 der äussere Ring nicht nur axial sondern auch radial verschoben werden kann, falls keine Drehsi­cherung vorhanden ist oder diese überwunden wird. Für die lösbare Befestigung des äusseren Ringes kommen auch weitere Mittel und Halter in Frage, die auch mechanisch oder elektronisch steuerbar sein können.This narrowing of the slots is achieved by arranging a ring 5 above the jacket 3 of the stator, which ring has in principle the same slots 6 as the slots 4, although this is not absolutely necessary. According to the embodiment in FIG. 1, the outer ring is fastened to the stator 1 or holder 11 by means of a screw 7. To achieve a higher exit speed, essentially only the axial displacement is required, ie the displacement in the direction of the central axis M. If only the displacement in the longitudinal direction is desired, a rotation lock in the form of a longitudinal groove 19, in which a spring-loaded pin 20 abuts, be provided to ensure accurate longitudinal guidance. In certain cases and for certain areas of application, it could also be advantageous to change not only the slot width but also the slot length, so that after loosening the screw 7 the outer ring can be moved not only axially but also radially if there is no rotation lock or this is overcome. Also come for the releasable attachment of the outer ring further means and holders in question, which can also be mechanically or electronically controllable.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2 ist die erfin­dungsgemässe Vorrichtung Teil einer Anlage und in einem Gefäss 8 angeordnet. Das Gefäss hat unten einen Einlass 9 und einen gegebenenfalls ventilgesteuerten Auslass 10, aus welchem die homogenisierte Flüssigkeit entnommen werden kann. Der Halter 13 ist in einer entsprechenden Ausnehmung 14 im Gefäss in dieser auf und ab bewegbar angeordnet, wie dies aus dem Pfeil 15 hervorgeht. Nicht eingezeichnet kann gegebenenfalls der Halter über eine Wellendichtung gegenüber dem Gefässinneren abgedichtet sein. Der äussere Statorring 16 ist fest über dem Einlass 9 mit dem Gefäss verbunden, während der innere mit dem Halter verbundene Statorring 17 über den ge­gebenenfalls motorbetriebenen Halter 13 gegenüber dem äusseren Ring auf und ab bewegbar ist, so dass dadurch die Breite der Schlitze 6 und 4 am äusseren, bzw. inneren Statorring verändert, bzw. genau eingestellt werden kann. Die übrigen Merkmale, d.h. der Rotor 2 sowie die Rotorwelle 12 und die Ausgestaltung der Schlitze sind die gleichen wie in dem Ausführungsbei­spiel gemäss Figur 1. Ausserdem kann der Halter 13 gegebenenfalls auch noch drehbar angetrieben sein.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the device according to the invention is part of a system and is arranged in a vessel 8. The bottom of the vessel has an inlet 9 and an optionally valve-controlled outlet 10, from which the homogenized liquid can be removed. The holder 13 is arranged in a corresponding recess 14 in the vessel so that it can move up and down, as can be seen from the arrow 15. If not shown, the holder can optionally be sealed off from the interior of the vessel via a shaft seal. The outer stator ring 16 is fixedly connected to the vessel via the inlet 9, while the inner stator ring 17 connected to the holder can be moved up and down relative to the outer ring via the optionally motor-driven holder 13, so that the width of the slots 6 and 4 is thereby on the outer or inner stator ring can be changed or precisely adjusted. The remaining features, i.e. the rotor 2 and the rotor shaft 12 and the configuration of the slots are the same as in the exemplary embodiment according to FIG. 1. In addition, the holder 13 can also be rotatably driven, if necessary.

Durch die Verengung der Schlitze kann eine bessere Homogenisierung erzielt werden, da die Austrittsge­schwindigkeit dadurch wesentlich erhöht wird und dies ohne die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors zu erhö­hen. Weitere, vorbekannte Eigenschaften können selbst­verständlich auch für diese Vorrichtung übernommen werden, beispielsweise die Anordnung von Durchbrüchen in Form von kreisrunden oder anders gestalteten Oeffnungen in den Rotorflügeln sowie das Kalthärten oder das Versehen mit einer Hartstoffbeschichtung derselben, wobei beispielsweise die Abscheidung aus der Gasphase vorgesehen ist. Wichtig ist eine hohe Pumpleistung des Rotors.By narrowing the slots, better homogenization can be achieved, since the exit speed is thereby increased considerably and this without increasing the speed of rotation of the rotor. Further, previously known properties can of course also be adopted for this device, for example the arrangement of openings in the form of circular or differently shaped openings in the rotor blades and the cold hardening or the provision of a hard material coating thereof, for example the deposition from the gas phase is provided. A high pump output of the rotor is important.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Homogenisieren eines Flüssigkeitsge­misches, in Form einer zylindrischen Anordnung minde­stens zweier auf Haltern (11, 13; 12) sitzender, rotier­barer Zerkleinerungsorgane, wobei das äussere Zerkleine­rungsorgan (1) ein Ring (3, 17) mit Schlitzen (4) und das innere Zerkleinerungsorgan (2) mindestens zwei Flügel (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass um den Ring (3, 17) des äusseren Zerkleinerungsorgans (1) ein zweiter Ring (5, 16) mit Schlitzen (6) angeordnet ist, und die beiden Ringe (3, 5; 17, 16) gegeneinander mindestens längs ihrer gemeinsamen Mittelachse (M) verschiebbar sind.1.Device for homogenizing a liquid mixture, in the form of a cylindrical arrangement of at least two rotatable comminution members seated on holders (11, 13; 12), the outer comminution member (1) being a ring (3, 17) with slots (4) and the inner comminution member (2) has at least two wings (18), characterized in that a second ring (5, 16) with slots (6) is arranged around the ring (3, 17) of the outer comminution member (1), and the two Rings (3, 5; 17, 16) can be moved against each other at least along their common central axis (M). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4, 6) des inneren (3, 17) und des äusseren Ringes (5, 16) etwa senkrecht zur Mittelachse (M) angeordnet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the slots (4, 6) of the inner (3, 17) and the outer ring (5, 16) are arranged approximately perpendicular to the central axis (M). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass der äussere Ring (5) mittels einer Schraube (7) am Halter (11) des äusseren Zerkleinerungs­organs (1) befestigbar ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the outer ring (5) by means of a screw (7) on the holder (11) of the outer comminution member (1) can be fastened. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Ring (5) durch eine Drehsicherung (19, 20) gegen Verdrehen beim Verschieben geschützt ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the outer ring (5) by a rotation lock (19, 20) is protected against rotation when moving. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass sie als Teil einer Anlage in einem Gefäss (8) mit einem Einlass (9) und einem Auslass (10) ange­ordnet ist, wobei der äussere Ring (16) über dem Einlass (9) angeordnet und mit dem Gefäss (8) verbunden ist und der mit dem Halter (13) verbundene innere Ring (17) in einem Durchlass (14) im Gefäss (8) gegenüber diesem bewegbar angeordnet ist.5. The device according to claim 1 or 2, characterized in that it is arranged as part of a system in a vessel (8) with an inlet (9) and an outlet (10), the outer ring (16) above the inlet ( 9) and is connected to the vessel (8) and the inner ring (17) connected to the holder (13) is movably arranged in a passage (14) in the vessel (8). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der Flügel (18) als Messerschneiden ausgebildet sind, wobei die Stirn­flächen in Bezug auf die Seitenflächen einen von 90° abweichenden Winkel aufweisen.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the end faces of the wings (18) are designed as knife edges, the end faces having an angle deviating from 90 ° with respect to the side faces. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel Durchbrüche aufweisen.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the wings have openings. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (18), insbesondere ihre Schneiden, kaltgehärtet sind oder eine Hartstoffschicht aufweisen.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the wings (18), in particular their cutting edges, are cold-hardened or have a hard material layer. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Schneiden der Flügel zugewandten Schmalseiten der Schlitze (5, 6) als Schneidkanten ausgebildet sind.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the narrow sides of the slots (5, 6) facing the cutting edges of the slots are designed as cutting edges. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Zerkleinerungs­organring (1) ausgebildet ist, gegenläufig zum inneren Zerkleinerungsorgan (2) zu drehen.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the outer comminution member ring (1) is designed to rotate in opposite directions to the inner comminution member (2).
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