EP0572610B1 - Verfahren zum dispergieren, vermischen bzw. homogenisieren von mischungen sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum dispergieren, vermischen bzw. homogenisieren von mischungen sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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EP0572610B1
EP0572610B1 EP93900118A EP93900118A EP0572610B1 EP 0572610 B1 EP0572610 B1 EP 0572610B1 EP 93900118 A EP93900118 A EP 93900118A EP 93900118 A EP93900118 A EP 93900118A EP 0572610 B1 EP0572610 B1 EP 0572610B1
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EP
European Patent Office
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grinding
rotation
wall elements
axis
mixing
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EP93900118A
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Wolf-Dieter Kreuziger
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KREUZIGER WOLF DIETER
Original Assignee
KREUZIGER WOLF DIETER
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01F27/40—Mixers with rotor-rotor system, e.g. with intermeshing teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F29/00—Mixers with rotating receptacles
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/25—Mixers with loose mixing elements, e.g. loose balls in a receptacle
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    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous dispersing, mixing or homogenizing of solid / liquid and / or liquid / liquid mixtures and to an apparatus for carrying out this process with a disk-shaped or annular space-shaped grinding chamber in which grinding media are arranged.
  • the invention now aims to improve a device of the type mentioned at the outset such that the mixing zone can be substantially enlarged with small structural dimensions and furthermore the possibility is created of homogenization even when substances which are difficult to mix with one another, in particular with solid / liquid mixtures and liquid / liquid mixtures, to achieve a dispersion or an emulsion.
  • the method according to the invention is intended to provide the possibility of effectively counteracting the formation of lumps which may occur in the production of such dispersions and of reliably dividing the smallest size of agglomerations.
  • wet grinding and intensive dispersion are also to be achieved if liquids of relatively high viscosity are used and, in conventional wet grinding processes, the separability of the grinding media from the liquid components is difficult due to the high viscosity.
  • a reliable and simple separation of grinding media should thus succeed at the same time, despite high viscosity, even when grinding media with an extremely small diameter and extremely low density differences are used for the dispersion to be produced.
  • the use of starting materials with a higher viscosity should also make it possible to process concentrates, as a result of which the throughput, for example in the production of dilutable dyes based on synthetic resin pigments, can be significantly reduced.
  • the method according to the invention essentially consists in introducing the dispersion or emulsion to be homogenized into a rotating, disk-shaped or annular space-shaped grinding space, which is at least partially filled with grinding media and is separated by two separately rotatable wall elements which are axially opposed to one another by their inner sides is that the wall elements are driven so that a resulting centrifugal force to the radial
  • the grinding media are separated within the grinding chamber and the dispersion or emulsion to be homogenized is moved or passed through the grinding chamber transversely to the axes of rotation of the wall elements against the direction of movement of the grinding media caused by centrifugal force.
  • a mixing zone is formed between the rotating wall elements by introducing the dispersion or emulsion to be homogenized into a rotating, ring-shaped grinding chamber, which is at least partially filled with grinding media and delimited by two separately rotatable, axially opposite wall elements with their insides axially opposite one another. which overall ensures a relatively large partial area of intensive mixing with small dimensions.
  • the at least partial filling of the grinding chamber with grinding media ensures intensive wet grinding, with an intensive acceleration of the grinding media and mixing taking place at the interface between the rotating areas of the grinding chamber.
  • the separation of the grinding media from the dispersion or the emulsion can thus be substantially improved by the process according to the invention, this improvement being among other things therein lies in the fact that the use of sieves or filters when removing the mixture can be dispensed with, for which purpose the process according to the invention is carried out in such a way that the dispersion or emulsion to be homogenized moves transversely to the axis of rotation (s) of the wall elements through the grinding chamber or is passed through.
  • the partial area of intensive mixing between the rotating partial areas of the grinding chamber or mixing chamber is formed by an annular surface which is essentially normal to the axes of rotation.
  • the division plane and thus the zone of the most intensive mixing can also lie in a surface which corresponds to the lateral surface of a cone.
  • the mixing or swirling depends on the relative speed that exists between adjacent areas of the mixing or grinding room. If the wall surfaces rotate in opposite directions, this relative speed and thus the dispersing action become particularly high, with a total of a resulting centrifugal force in the grinding chamber to separate the grinding media.
  • the method can therefore advantageously be carried out in such a way that the mixing operation is carried out between wall elements rotating relative to one another at different speeds and / or directions of rotation.
  • the axes of rotation of the wall elements which can be rotated relative to one another can be different from one another and run essentially parallel to one another, as a result of which a certain eccentricity of the rotational movement in relation to the interface between the particles rotating relative to one another and thus particularly intensive mixing can be achieved.
  • a flexing effect can also be used to improve the mixing over the entire radial extent of the grinding chamber be achieved.
  • the wall elements can be driven at the same speed and in the same direction of rotation, which means that, despite the slight relative movement between the disks or wall elements and the material to be ground, a total movement of the material to be ground - mixture of grinding media is produced with each revolution. This means that the energy input can take place optimally and there is no risk of local overheating, especially when processing highly viscous masses.
  • the possibility of being able to drive both wall elements at the same speed and still achieve an optimal grinding / mixing effect also means a significant simplification of the overall structure and ultimately improves the centrifugal effect on all grinding media.
  • the process is preferably carried out in such a way that the mixture or grinding media / grinding material mixture is set in rotation at the same rotational speed as the two wall elements, and that the mixing material or the grinding media / grinding material mixture is at least once in each direction in the direction of the axis of rotation and once in Direction is moved away from the axis of rotation.
  • the axes of rotation can, however, also be arranged coaxially to one another without further ado.
  • the method according to the invention is advantageously carried out in such a way that that the dispersion or emulsion to be homogenized is subjected to a shear stress between rotating surfaces on the outside of the wall elements of the grinding chamber before it enters the grinding chamber, such a procedure using a structurally relatively simple device results in additional intensive mixing.
  • a good separation of the grinding media from the dispersed or homogenized mixture without complex separation technology can be achieved in that the dispersion or emulsion to be homogenized is conveyed through the grinding chamber counter to the direction of movement of the grinding media caused by the centrifugal force.
  • Fig.1 only half of the rotationally symmetrical design of the device is shown in section, the entire device resulting from reflection on the common axis of the two wall elements delimiting the grinding chamber.
  • the device for dispersing, mixing or homogenizing solid / liquid or liquid / liquid mixtures consists of a housing, generally designated 1, in which a first wall element 2 in the form of a half-shell is rotatably mounted about an axis of rotation 3 by a drive (not shown in more detail) .
  • the bowl-shaped wall element 2 defines, with a second, also rotatably mounted, bowl-shaped wall element 4, a grinding chamber 5 designed as an annular space, the grinding chamber being indicated by dashed lines in the second half of the drawing by 5 'to illustrate the symmetrical design.
  • the second wall element 4 is also driven to rotate about the axis 3 by a drive, not shown.
  • Storage for the wall element 4 in the housing 1 is indicated by 6.
  • the first rotating wall element 2 is the outside of the second wall element 4 overlapping part 7 non-rotatably connected, as indicated by 8, the bearings for the first wall element 2 or the part 7 connected thereto are indicated by 9 and 10.
  • a shell-shaped wall element 2 is in turn about an axis of rotation 3 by a Drive not shown driven to a rotary motion.
  • a part 7 overlapping the second wall element 4 is connected in a rotationally fixed manner, only the bearings 10 being indicated.
  • the second shell-shaped wall element has a rotation axis 18 which is different from the axis of rotation 3 of the first wall element 2 and which forms an obtuse angle with the axis of rotation 3.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Dispergieren, Vermischen bzw. Homogenisieren von fest/flüssigen und/oder flüssig/flüssigen Mischungen sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem scheiben- oder ringraumförmigen Mahlraum, in welchem Mahlkörper angeordnet sind.
  • Gemäß einem älteren Vorschlag nach der österreichischen Anmeldung A 2384/90 wurde bereits eine Vorrichtung für das Mischen, Homogenisieren oder Umsetzen von wenigstens zwei Komponenten bekannt, bei welcher auf gesonderte Mischwerkzeuge verzichtet werden konnte. Es wurde somit abweichend von bekannten Rührwerken, welche in einen Behälter eintauchen, bei diesem älteren Vorschlag darauf abgezielt, das zu vermischende Gut selbst relativ zueinander in Bewegung zu versetzen, so daß an einander angrenzenden Teilbereichen eine starke Relativbewegung des zu mischenden Gutes zueinander ausgebildet wird. Die auf diese Weise ausgebildete Mischzone sollte dabei dazu führen, daß eine weitestgehend homogene Vermischung im Bereich der Mischzone eintritt. Zur Variation des Mischergebnisses wurde darüberhinaus vorgeschlagen, die Mischzone durch Verändern des Volumens des rotierenden Behälters unter Druck zu setzen, wobei die Anwendung eines derartigen Kompressionsdruckes insbesondere im Hinblick auf die Möglichkeit, gewünschte chemische Umsetzungen von einzelnen Komponenten miteinander zu erzielen, von Bedeutung war. Ein kontinuierlicher Betrieb war bei dem älteren Vorschlag dadurch möglich, daß das gemischte Gut in Achsrichtung des Behälters, d.h. in Richtung der Rotationsachse abgezogen werden konnte, wobei der Teilbereich, in welchem die intensivste Vermischung stattfand, auf die einander gegenüberliegenden Stirnflächen von entgegengesetzt gerichteten, offenen, zylindrischen Behältern beschränkt war.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei geringen baulichen Abmessungen die Mischzone wesentlich vergrößert werden kann und weiters die Möglichkeit geschaffen wird, die Homogenisierung auch bei Verwendung von schwer miteinander mischbaren Substanzen, insbesondere bei fest/flüssigen Mischungen und flüssig/flüssigen Mischungen, zur Erzielung einer Dispersion bzw. einer Emulsion zu verbessern. Gleichzeitig soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit geschaffen werden, einer bei der Herstellung derartiger Dispersionen gegebenenfalls auftretenden Klumpenbildung wirkungsvoll entgegenzutreten und Agglomerationen kleinster Größe sicher zu zerteilen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll neben einer sicheren Vermischung auch eine Naßvermahlung und eine intensive Dispergierung dann gelingen, wenn Flüssigkeiten relativ hoher Viskosität zum Einsatz gelangen und bei üblichen Naßmahlverfahren bedingt durch die hohe Viskosität sich die Trennbarkeit der Mahlkörper von den flüssigen Komponenten schwierig gestaltet. Erfindungsgemäß soll somit gleichzeitig trotz hoher Viskosität eine sichere und einfache Abtrennung von Mahlkörpern gelingen und dies auch dann, wenn Mahlkörper mit extrem kleinem Durchmesser und extrem geringen Dichteunterschieden zur herzustellenden Dispersion zum Einsatz gelangen. Durch die Verwendbarkeit von Ausgangsmaterialien mit höherer Viskosität sollen auch Konzentrate verarbeitet werden können, wodurch der Mengendurchsatz, beispielsweise bei der Herstellung von verdünnbaren Farbstoffen auf Kunstharzpigmentbasis, wesentlich verringert werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion in einen rotierenden, zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllten und von zwei getrennt rotierbaren, sich mit ihren Innenseiten axial gegenüberliegenden Wandelementen begrenzten, scheiben- oder ringraumförmigen Mahlraum eingebracht wird, daß die Wandelemente so angetrieben werden, daß eine resultierende Zentrifugalkraft zur radialen Abtrennung der Mahlkörper innerhalb des Mahlraumes entsteht und daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion quer zu den Rotationsachsen der Wandelemente entgegen der durch Zentrifugalkraft hervorgerufenen Bewegungsrichtung der Mahlkörper durch den Mahlraum bewegt bzw. hindurchgeleitet wird. Dadurch, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion in einen rotierenden, zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllten und von zwei getrennt rotierbaren, sich mit ihren Innenseiten axial gegenüberliegenden Wandelementen begrenzten scheiben- oder ringraumförmigen Mahlraum eingebracht wird, wird eine Mischzone zwischen den rotierenden Wandelementen ausgebildet, welche insgesamt bei kleinen Abmessungen einen relativ großen Teilbereich einer intensiven Durchmischung gewährleistet. Gleichzeitig wird durch die wenigstens teilweise Füllung des Mahlraumes mit Mahlkörpern eine intensive Naßvermahlung sichergestellt, wobei an der Grenzfläche zwischen den rotierenden Bereichen des Mahlraumes eine intensive Beschleunigung der Mahlkörper und Durchmischung erfolgt. Durch die Rotation der rotierbaren Wandelemente und damit die Rotation des Mahlraumes wird gleichzeitig auf die Mahlkörper eine Zentrifugalkraft ausgeübt, welche dazu führt, daß die Mahlkörper sich auf größerem Durchmesser des Mahlraumes mit großem Druck gegeneinander bewegen und daher in diesem Teilbereich des Mahlraumes ein hoher Kompressionsdruck und damit ein verbessertes Naßmahlergebnis erzielt wird. Gleichzeitig mit dieser gerichteten Bewegung der Mahlkörper in Richtung der Zentrifugalkraft wird aber nun auch die Separation der Mahlkörper von der hergestellten Emulsion bzw. der hergestellten Dispersion verbessert, so daß beispielsweise an der dieser Kompression der Mahlkörper gegenüberliegenden Seite des Mahlraumes auf geringerem Durchmesser das fertige Mischgut in einfacher Weise abgezogen werden kann, ohne daß es hier üblicher Separationstechniken, wie beispielsweise der Verwendung von Filtern oder Sieben, welche zur Verstopfung neigen, bedarf. Es kann somit die Separation der Mahlkörper von der Dispersion bzw. der Emulsion durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich verbessert werden, wobei diese Verbesserung unter anderem darin liegt, daß auf die Verwendung von Sieben oder Filter beim Abzug der Mischung verzichtet werden kann, wozu das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt wird, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion quer zu der (den) Rotationsachse(n) der Wandelemente durch den Mahlraum bewegt bzw. hindurchgeleitet wird.
  • Der Teilbereich der intensiven Durchmischung zwischen den rotierenden Teilbereichen des Mahlraumes bzw. Mischraumes wird bei relativ zueinander rotierenden Wandelementen von einer Ringfläche gebildet, welche im wesentlichen normal auf die Rotationsachsen steht. Bei entsprechender Ausbildung der rotierenden Wandelemente kann aber die Teilungsebene und damit die Zone der intensivsten Vermischung auch in einer Fläche liegen, welche der Mantelfläche eines Kegels entspricht. Die Vermischung bzw. Durchwirbelung hängt von der relativen Geschwindigkeit ab, die zwischen angrenzenden Bereichen des Mischraumes bzw. Mahlraumes besteht. Bei gegenläufiger Rotation der Wandflächen wird diese relative Geschwindigkeit und damit die Dispergierwirkung besonders hoch, wobei insgesamt noch auf eine resultierende Zentrifugalkraft im Mahlraum zur Abtrennung der Mahlkörper geachtet werden soll. Mit Vorteil kann daher das Verfahren so durchgeführt werden, daß der Mischvorgang zwischen relativ zueinander mit voneinander verschiedener Drehzahl und/oder Drehrichtung rotierenden Wandelementen vorgenommen wird.
  • Die Rotationsachsen der relativ zueinander rotierbaren Wandelemente können voneinander verschieden sein und im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wodurch eine gewisse Exzentrizität der Rotationsbewegung in Relation zur Grenzfläche zwischen den relativ zueinander rotierenden Teilchen und damit eine besonders intensive Vermischung erzielt werden kann.
  • Wenn die Rotationsachsen geneigt zueinander verlaufen, kann darüberhinaus eine Walkwirkung zur Verbesserung der Durchmischung über die gesamte radiale Erstreckung des Mahlraumes erzielt werden. Bei Verwendung von Wandelementen mit zueinander geneigten Rotationsachsen können die Wandelemente mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher Drehrichtung angetrieben werden, wodurch sich ergibt, daß trotz geringer Relativbewegung zwischen den Scheiben bzw. Wandelementen und Mahlgut eine Totalbewegung des Mahlgutes - Mahlkörpergemisches bei jeder Umdrehung produziert wird. Das bedeutet, daß die Energie-Einbringung optimal erfolgen kann und gerade bei Verarbeitung von höher viskosen Massen die Gefahr örtlicher Überhitzung nicht besteht. Die Möglichkeit, beide Wandelemente mit gleichen Drehzahlen antreiben zu können und trotzdem einen optimalen Mahl/Mischeffekt zu erreichen, bedeutet auch eine wesentliche Vereinfachung des gesamten Aufbaues und verbessert letztendlich die zentrifugale Wirkung auf alle Mahlkörper.
  • Dabei wird bevorzugt das Verfahren so durchgeführt, daß das Mischgut bzw. Mahlkörper-Mahlgutmischung mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit wie die beiden Wandelemente in Rotation versetzt wird, und daß das Mischgut bzw. die Mahlkörper/Mahlgutmischung bei jeder Umdrehung wenigstens einmal in Richtung zur Drehachse und einmal in Richtung von der Drehachse weg bewegt wird. Insgesamt ergibt sich dadurch, daß die Relativbewegung zwischen Mahlkörper/Mahlgut und den antreibenden Scheiben bzw. Wandelementen in Richtung der Drehbewegung praktisch Null ist und die ausschließliche Misch- und Mahlwirkung durch den Verschub des Gemisches in radialer Richtung wirksam wird. Es gelingt dadurch, ausschließlich in Abhängigkeit der gemeinsamen Drehzahl dieser Scheiben, die Anpreßkräfte und Trennwirkung einzustellen.
  • Zur Vereinfachung der Dichtung und zur Vereinfachung der Konstruktion einer entsprechenden Vorrichtung können die Rotationsachsen aber ohne weiteres auch koaxial zueinander angeordnet sein. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, auch außerhalb des durch die rotierbaren Wandelemente begrenzten Mahlraumes eine zusätzliche Möglichkeit der Vorvermischung unter hoher Scherbeanspruchung zu schaffen. Zu diesem Zweck wird mit Vorteil das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion vor dem Eintritt in den Mahlraum einer Scherbeanspruchung zwischen rotierenden Flächen an der Außenseite der Wandelemente des Mahlraumes unterworfen wird, wobei eine derartige Verfahrensführung unter Verwendung einer konstruktiv relativ einfachen Vorrichtung eine zusätzliche intensive Vermischung ergibt.
  • Eine gute Separation der Mahlkörper vom dispergierten bzw. homogenisierten Mischgut ohne aufwendige Separationstechnik läßt sich dadurch erzielen, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion entgegen der durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen Bewegungsrichtung der Mahlkörper durch den Mahlraum gefördert wird.
  • Mit Vorteil kann das zu homogenisierende bzw. dispergierende Gut in radialer Richtung von außen nach innen zugeführt, wobei das Verfahren in besonders einfacher Weise kontinuierlich so durchgeführt werden kann, daß das homogenisierte Gemisch über einen axialen Kanal abgezogen wird. Um die entsprechenden Druckbedingungen und Strömungsverhältnisse einzustellen, kann der Abfluß über den axialen Kanal entsprechend gedrosselt werden. Insgesamt ergibt sich durch die Möglichkeit, auch die Drehzahlen und/oder die Drehrichtung der relativ zueinander rotierenden Wandelemente über weite Bereich frei zu wählen, und die Möglichkeit der Einstellung der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit und Druckverhältnisse eine Anpaßbarkeit an unterschiedliche Ausgangsmaterialien und es gelingt ein Homogenisieren und Vermischen auch von schwer mischbaren, hoch viskosen Substanzen bei gleichzeitiger Verbesserung der Homogenisierung und der Feinverteilung bzw. Dispersion. Dabei wird bevorzugt so vorgegangen, daß der Mahlraum zu maximal 75 Vol.-%, vorzugsweise 60 Vol.-%, mit Mahlkörpern eines wirksamen Durchmessers von kleiner 0,5 mm, vorzugsweise kleiner 0,1 mm, befüllt wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche insbesondere unter geringem Platzbedarf und bei geringem konstruktiven und anlagentechnischen Aufwand die Anpaßbarkeit an unterschiedlichste Ausgangsmaterialien bei gleichzeitig verbesserter Homogenisierung und Vermischung gewährleistet, ist mit Vorteil so ausgebildet, daß der Mahlraum von zwei sich mit ihren Innenseiten axial gegenüberliegenden Wandelementen begrenzt ist, welche getrennt rotierbar antreibbar sind, und daß der Mahlraum an seinen der (den) Rotationsachse(n) zugewandten und abgewandten Seiten wenigstens eine Zuführungs- und/oder eine Ableitungsöffnung aufweist. Die Zuführungsöffnung kann hiebei an der radial außenliegenden Stirnwand des Mahlraumes angeschlossen sein, wobei die Ableitungsöffnung in einem achsnahen Bereich in einen axialen Kanal münden kann. Beide dieser Öffnungen können in besonders einfacher Weise von sich über den Umfang des Mahlraumes erstreckenden Schlitzen gebildet sein, wobei die Ausbildung mit Vorteil so getroffen ist, daß die Schlitze in einer gemeinsamen, im wesentlichen auf die Rotationsachse(n) der Wandelemente normal stehenden Teilungsebene des Mahlraumes liegen. Bei einer derartigen Ausbildung ergibt sich eine relativ große Zone der intensiven Durchmischung bei gleichzeitig geringen Abmessungen im Bereich der zwischen den rotierenden Teilbereichen definierten Ringfläche. Anstelle der Ausbildung eines Schlitzes im achsnahen Bereich als Ableitungsöffnung durch entsprechende axiale Fortsätze der Wandelemente kann naturgemäß die Ableitungsöffnung direkt von einem in wenigstens einem Wandelement ausgebildeten axialen Kanal ausgebildet sein, wobei in diesem Kanal entsprechende Drosselmittel vorgesehen sein können. Der Mahlraum weist im allgemeinen eine kreisförmige äußere Umfangsfläche auf und ist für den Fall der Ausbildung mit schlitzförmiger Öffnung im achsnahen Bereich als Torus oder Ringraum ausgebildet.
  • Eine weitere Verbesserung der Einstellbarkeit der Druckverhältnisse und der Intensität der Naßvermahlung läßt sich naturgemäß dann erzielen, wenn die Mahlkörper bei ihrer Bewegung in Richtung der Zentrifugalkraft einer besonders hohen Annäherung aneinander unter gleichzeitiger Erhöhung der in Annäherung aneinander wirksam werdenden Druckkräfte unterworfen werden. Dies gelingt mit Vorteil durch eine konstruktive Ausgestaltung, bei welcher der von den Wandelementen des Mahlraumes begrenzte Mahlraum sich in einer wenigstens eine Rotationsachse enthaltenden Querschnittsebene quer zu dieser Rotationsachse im Querschnitt verjüngend ausgebildet ist. Bei der Bewegung der Mahlkörper in einen derartigen sich verjüngenden Konus entsprechend der Zentrifugalkraft wird eine intensive Durchmischung auch außerhalb der Fläche, in welcher die Durchmischung in erster Linie stattfindet, über den gesamten Querschnitt des Mahlraumes sichergestellt, wodurch die Homogenisierungswirkung und die Zerteilung kleinster Agglomerate noch besser gelingt.
  • Mit Vorteil ist die Ausbildung so getroffen, daß die Wandelemente von Halbschalen gebildet sind, welche um eine gemeinsame Achse rotierbar gelagert und mit gesonderten Antrieben verbunden sind, wodurch sich ein einfacher Aufbau bei einfacher Lagerung ergibt. Mit Vorteil wird an der Außenseite des Mischraumes bzw. Mahlraumes eine Vorvermischung unter Anwendung hoher Scherkräfte dadurch möglich, daß die Ausbildung so getroffen ist, daß ein Wandelement mit einem das zweite Wandelement unter Ausbildung eines Spaltes übergreifenden Teil drehfest verbunden ist und daß die Zuleitung in diesen Spalt mündet.
  • Eine intensive Durchmischung, bei der gegebenenfalls auf eine Scherbeanspruchung verzichtet werden kann, läßt sich mit einer Ausbildung der Vorrichtung erzielen, bei welcher die Rotationsachsen der Wandelemente relativ zueinander geneigt angeordnet sind und unter Einschluß eines stumpfen Winkels aneinander anschließen. Wenn eine solche Vorrichtung mit gleicher Drehzahl und gleicher Drehrichtung der Wandelemente, insbesondere Scheiben, betrieben wird, reduziert sich die Relativbewegung der Wandelemente auf eine zyklische Quetschung, wodurch ein Walkeffekt entsteht, welchem naturgemäß auch eine Scherbeanspruchung an Grenzflächen überlagert werden kann, wenn Drehzahl- bzw. Drehrichtungsunterschiede zugelassen werden.
  • Für eine weitere Einstellbarkeit und Anpaßbarkeit der Bedingungen an unterschiedliche Mischungen ist die Ausbildung bevorzugt so getroffen, daß der Winkel zwischen den Rotationsachsen der Wandelemente stufenlos verstellbar ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen: Fig.1 einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig.2 eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wandelementen mit zueinander geneigten Rotationsachsen.
  • In Fig.1 ist hiebei nur eine Hälfte der rotationssymmetrischen Ausbildung der Vorrichtung im Schnitt dargestellt, wobei sich die Gesamtvorrichtung durch Spiegelung an der gemeinsamen Achse der zwei den Mahlraum begrenzenden Wandelemente ergibt.
  • Die Vorrichtung zum Dispergieren, Vermischen bzw. Homogenisieren von fest/flüssigen oder flüssig/flüssigen Mischungen besteht aus einem allgemein mit 1 bezeichneten Gehäuse, in welchem ein erstes Wandelement 2 in Form einer Halbschale um eine Rotationsachse 3 rotierbar durch einen nicht näher dargestellten Antrieb gelagert ist. Das schalenförmige Wandelement 2 begrenzt mit einem zweiten, ebenfalls rotierbar gelagerten schalenförmigen Wandelement 4 einen als Ringraum ausgebildeten Mahlraum 5, wobei zur Verdeutlichung der symmetrischen Ausbildung der Mahlraum mit 5' in der zweiten Hälfte der Zeichnung strichliert angedeutet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das zweite Wandelement 4 ebenfalls um die Achse 3 durch einen nicht näher dargestellten Antrieb zu einer Rotation angetrieben. Eine Lagerung für das Wandelement 4 im Gehäuse 1 ist mit 6 angedeutet. Mit dem ersten rotierenden Wandelement 2 ist ein die Außenseite des zweiten Wandelementes 4 übergreifender Teil 7 drehfest verbunden, wie dies mit 8 angedeutet ist, wobei die Lagerungen für das erste Wandelement 2 bzw. den damit verbundenen Teil 7 mit 9 und 10 angedeutet sind.
  • Die zwei schalenförmigen, den Mahlraum 5 begrenzenden Wandelemente 2 und 4 rotieren dabei um die gemeinsame Achse 3 mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder unterschiedlicher Drehrichtung. Über eine Zuleitung bzw. einen Anschluß 11 gelangt das zu vermischende Material bzw. die fest/flüssigen und/oder flüssig/flüssigen Mischungen in den Spalt 12 zwischen der Außenwand 13 des zweiten Wandelementes 4 und der Innenwand 14 des mit dem ersten Wandelement 2 verbundenen Teiles 7, wobei in diesem Spalt 12 eine starke Scherbeanspruchung des eingebrachten Materials durch die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder unterschiedlicher Drehrichtung rotierenden Elemente 4 und 7 hervorgerufen wird. Darauf gelangt das Material über einen Schlitz bzw. eine Zuführungsöffnung 15 in den Mahlraum bzw. Ringraum 5, in welchem bis zu 75 Vol.-% nicht dargestellte Mahlkörper mit einem wirksamen Durchmesser von weniger als 0,5 mm angeordnet sind, um das Dispergieren, Vermischen oder Homogenisieren der zugeführten Materialien zu unterstützen. Auch im Mahlraum 5 wird das zugeführte Material einer Scher- und Mischbeanspruchung dadurch ausgesetzt, daß die zwei den Mahlraum begrenzenden bzw. definierenden Wandelemente 2 und 4 mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder unterschiedlicher Drehrichtung angetrieben sind, wodurch sich eine Mischfläche ergibt, welche im wesentlichen von einer Kreisfläche gebildet ist. Das entsprechend vermischte bzw. homogenisierte Material wird über einen der Rotationsachse 3 zugewandten Spalt 16 zwischen den rotierenden Wandelementen abgezogen und über einen axialen Kanal 17 ausgebracht. Die Spalte 15 und 16, welche die Zuführungs- und Ableitungsöffnung für das zu mischende bzw. zu homogenisierende Material definieren, liegen dabei in einer gemeinsamen auf die Rotationsachse 3 normal stehenden Ebene.
  • Der Mahlraum 5 weist einen vom achsnahen Bereich der Ableitungsöffnung 16 zum achsfernen Bereich der Zuleitungsöffnung 15 konisch verjüngenden Querschnitt auf, so daß unterstützt durch die durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene Bewegungsrichtung der Mahlkörper im Mahlraum bzw. Ringraum 5 im Bereich des Eintrittes eine hohe Mahlkörperdichte im Mahlraum 5 vorliegt. Gleichzeitig kann durch die dargestellte Anordnung der Zuleitungs- und Ableitungsöffnungen im Bereich der Ableitungsöffnung 16 auf Filter oder Siebe od.dgl. zur Abtrennung der Mahlkörper verzichtet werden, da durch die Zentrifugalkraft die Mahlkörper wirkungsvoll in Richtung von der Achse 3 wegbewegt werden, so daß selbst für den Fall, daß der Durchtrittsquerschnitt des Spaltes bzw. der Ableitungsöffnung 16 größer ist als die Teilchengröße der Mahlkörper selbst bei hoher Viskosität der zu mischenden Materialien ein Austreten der Mahlkörper mit Sicherheit auf Grund der hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten und der Beanspruchungen vermieden wird. Für eine Regelung bzw. Steuerung des Durchflusses zur Erzielung eines gewünschten Ergebnisses sind im axialen Kanal 17 nicht näher dargestellte Drosseleinrichtungen vorgesehen.
  • Für den Fall, daß die zwei Wandelemente 2 und 4 voneinander unterschiedliche, zueinander parallele Rotationsachsen aufweisen, ergibt sich eine exzentrische Bewegung des einen Wandelementes relativ zum anderen, so daß insbesondere auch eine entsprechende Verengung und Erweiterung des Spaltes 12 zwischen der Außenfläche des Wandelementes 4 und der Innenfläche des rotierenden Teiles 7 erzielbar ist.
  • Für den Fall, daß die zu homogenisierenden bzw. dispergierenden Mischungen ein größeres spezifisches Gewicht als die Mahlkörper aufweisen, kann bei entsprechender Wahl der Parameter bei der Durchmischung bzw. Homogenisierung die Funktion der Zu- und Ableitungsöffnungen 15 bzw. 16 invertiert werden.
  • Bei der Ausbildung gemäß Fig.2 ist wiederum ein schalenförmiges Wandelement 2 um eine Rotationsachse 3 durch einen nicht näher dargestellten Antrieb zu einer Drehbewegung angetrieben. Mit dem Wandelement 2 ist wiederum ein das zweite Wandelement 4 übergreifender Teil 7 drehfest verbunden, wobei nur die Lager 10 angedeutet sind. Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig.1 weist das zweite schalenförmige Wandelement eine von der Rotationsachse 3 des ersten Wandelementes 2 verschiedene Rotationsachse 18 auf, welche mit der Rotationsachse 3 einen stumpfen Winkel einschließt. Durch die geneigte Anordnung des zweiten Wandelementes 4 relativ zum ersten rotierbaren Wandelement 2 ergibt sich ein Mahlraum 5, dessen Querschnitt sich wiederum ausgehend von dem mittleren Bereich zu den von der Achse entfernt liegenden Bereichen verjüngt,wobei sich durch die Schrägstellung des Wandelementes 4 relativ zum Wandelement 2 in unterschiedlichen Abschnitten längs des Umfanges eine unterschiedliche Querschnittsfläche ergibt. Dadurch wird es möglich, bei Antrieb der schalenförmigen Wandelemente 2 und 4 in gleicher Richtung und mit gleicher Drehzahl das gesamte zu homogenisierende Material mitsamt den schematisch angedeuteten Mahlkugeln 19 gleichzeitig zu bewegen, ohne daß eine nennenswerte Relativbewegung zwischen den Mahlkörpern 19 und den Scheiben 2 bzw. 4 auftritt. Die Vermischung und Homogenisierung erfolgt bei dieser Ausführungsform durch einen entsprechenden Walkeffekt, welcher durch die unterschiedlichen Querschnittsflächen vor allem an den radial außen liegenden Bereichen des Mahlraumes 5 durch die Schrägstellung des Wandelementes 4 relativ zum Wandelement 2 hervorgerufen wird. Ein ähnlicher Walkeffekt wie im Mahlraum 5 ergibt sich im Spalt 12 zwischen der Außenfläche 13 des Wandelementes 4 und der Innenfläche 14 des das Wandelement 4 übergreifenden Teiles 7, welcher mit dem ersten Wandelement drehfest verbunden ist. Es ergibt sich somit auch bei dieser Ausführungsform eine entsprechende Vorverarbeitung, bevor das Material ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 über einen Schlitz bzw. Spalt 15 in den Mahlraum 5 eintritt, wobei bei der Ausbildung gemäß Fig.2 das vermischte Material direkt über den axialen Kanal 17 abgezogen wird. Durch die Zentrifugalkraft werden die Mahlkörperchen wiederum in von den Rotationsachsen 3 bzw. 18 entfernte Bereiche des Mahlraumes 5 bewegt, wobei durch die sich in unterschiedlichem Ausmaß verjüngende Querschnittsfläche wiederum unmittelbar beim Eintritt des zu vermischenden bzw. zu homogenisierenden Materials in den Mahlraum 5 eine besonders starke Beanspruchung durch die Mahlkörper 19 erfolgt.
  • Bei dieser Ausführungsform unter Heranziehung eines Walkeffektes ergibt sich, daß die Misch- und Mahlwirkung praktisch ausschließlich durch den Verschub des Gemisches in radialer Richtung wirksam wird. Insgesamt ergibt sich, daß zwischen den Wandelementen 2 bzw. 4 und dem zu mischenden Material keine Relativbewegung auftritt und daß die Mischung bei jeder Umdrehung der Wandelemente wenigstens einmal in Richtung zu den Drehachsen 3 und 18 und von diesen wegbewegt wird.
  • Für eine Anpaßbarkeit an unterschiedliches zu mischendes bzw. zu homogenisierendes Material kann der Winkel zwischen den Drehachsen 3 und 18 ausgehend von einer miteinander fluchtenden Lage der Achsen 3 und 18 bis zu einem Maximalwert stufenlos verstellbar sein.

Claims (14)

  1. Verfahren zum kontinuierlichen Dispergieren, Vermischen bzw. Homogenisieren von fest/flüssigen und/oder flüssig/flüssigen Mischungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion in einen rotierenden, zumindest teilweise mit Mahlkörpern (19) gefüllten und von zwei getrennt rotierbaren, sich mit ihren Innenseiten axial gegenüberliegenden Wandelementen (2,4) begrenzten, scheiben- oder ringraumförmigen Mahlraum (5) eingebracht wird, daß die Wandelemente so angetrieben werden, daß eine resultierende Zentrifugalkraft zur radialen Abtrennung der Mahlkörper innerhalb des Mahlraumes entsteht und daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion quer zu den Rotationsachsen (3,18) der Wandelemente (2,4) entgegen der durch Zentrifugalkraft hervorgerufenen Bewegungsrichtung der Mahlkörper durch den Mahlraum (5) bewegt bzw. hindurchgeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgut bzw. Mahlkörper-Mahlgutmischung mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit wie die beiden Wandelemente (2,4) in Rotation versetzt wird, und daß das Mischgut bzw. die Mahlkörper/Mahlgutmischung bei jeder Umdrehung wenigstens einmal in Richtung zur Drehachse (3,18) und einmal in Richtung von der Drehachse weg bewegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion vor dem Eintritt in den Mahlraum (5) einer Scherbeanspruchung zwischen rotierenden Flächen (13,14) an der Außenseite der Wandelemente (2,4) des Mahlraumes (5) unterworfen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das homogenisierte Gemisch über einen axialen Kanal (17) abgezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlraum (5) zu maximal 75 Vol.-%, vorzugsweise 60 Vol.-%, mit Mahlkörpern (19) eines wirksamen Durchmessers von kleiner 0,5 mm, vorzugsweise kleiner 0,1 mm, befüllt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorgang zwischen relativ zueinander mit voneinander verschiedener Drehzahl und/oder Drehrichtung rotierenden Wandelementen (2,4) vorgenommen wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem scheiben- oder ringraumförmigen Mahlraum (5), in welchem Mahlkörper (19) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlraum (5) von zwei sich mit ihren Innenseiten axial gegenüberliegenden Wandelementen (2,4) begrenzt ist, welche getrennt rotierbar antreibbar sind, und daß der Mahlraum (5) an seinen der (den) Rotationsachse(n) (3,18) zugewandten und abgewandten Seiten wenigstens eine Zuführungs- und/oder eine Ableitungsöffnung (15,16,17) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungs- und die Ableitungsöffnungen (15,16) von sich über den Umfang des Mahlraumes (5) erstreckenden Schlitzen gebildet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (15,16) in einer gemeinsamen, im wesentlichen auf die Rotationsachse(n) (3,18) der Wandelemente (2,4) normal stehenden Teilungsebene des Mahlraumes (5) liegen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Wandelementen (2,4) des Mahlraumes (5) begrenzte Mahlraum sich in einer wenigstens eine Rotationsachse (3,18) enthaltenden Querschnittsebene quer zu dieser Rotationsachse im Querschnitt verjüngend ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandelemente (2,4) von Halbschalen gebildet sind, welche um eine gemeinsame Achse (3) rotierbar gelagert und mit gesonderten Antrieben verbunden sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachsen (3,18) der Wandelemente (2,4) relativ zueinander geneigt angeordnet sind und unter Einschluß eines stumpfen Winkels aneinander anschließen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Rotationsachsen (3,18) der Wandelemente (2,4) stufenlos verstellbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandelement (2) mit einem das zweite Wandelement (4) unter Ausbildung eines Spaltes (12) übergreifenden Teil (7) drehfest verbunden ist und daß die Zuleitung (11) in diesen Spalt (12) mündet.
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