EP1121974B1 - Mixing apparatus and use - Google Patents

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EP1121974B1
EP1121974B1 EP00114789.1A EP00114789A EP1121974B1 EP 1121974 B1 EP1121974 B1 EP 1121974B1 EP 00114789 A EP00114789 A EP 00114789A EP 1121974 B1 EP1121974 B1 EP 1121974B1
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EP
European Patent Office
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rotor
stator
disperser
container
underside
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00114789.1A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP1121974A1 (en
Inventor
Dr. C. Ekkehard Stelzer
Axel Wittek
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Tetra Laval Holdings and Finance SA
Original Assignee
Tetra Laval Holdings and Finance SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Tetra Laval Holdings and Finance SA filed Critical Tetra Laval Holdings and Finance SA
Publication of EP1121974A1 publication Critical patent/EP1121974A1/en
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Publication of EP1121974B1 publication Critical patent/EP1121974B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/95Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with stirrers having planetary motion, i.e. rotating about their own axis and about a sun axis
    • B01F27/951Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with stirrers having planetary motion, i.e. rotating about their own axis and about a sun axis with at least one stirrer mounted on the sun axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80Mixing plants; Combinations of mixers

Definitions

  • the invention relates to a device for mixing flowable substances, in particular by dispersing and emulsifying, according to the preamble of claim 1, as well as the use of such a device according to claim 6.
  • the general purpose of producing desired end products is based on a formulation-based quantitative ratio.
  • a formulation-based quantitative ratio for example, for the mixing of pasty masses and emulsions, especially with droplet sizes in the micron range, it may be advantageous if two or more reagents are brought together in the mixing process in other proportions to the conclusion of the desired product in terms of mixing time, total amount and temperature to optimize.
  • thermodynamic and flow processes may render appropriate or even necessary a different process regime.
  • DE-C-639 769 describes a device with a vertical container for mixing, emulsifying, homogenizing etc. of substances.
  • a centrifuge located under the bottom of the container drives the mix through narrow channels in and through a homogenizer - with a horizontal drive shaft for a rotor / stator system - up where it circulates in the container, from where it returns to the underlying rotor becomes.
  • Heavy material flowing down the tank and lighter material from the upper tank area are mixed, crushed and finally pumped out in the rotor / stator system. For fine and finest distribution of sensitive substances, this device is hardly.
  • Loud DE-A1-198 29 646 and a brochure "Becomix DUO Homogenizer” is, for example, for producing aqueous solutions of alkyl ether sulfates, in a container with a similar homogenizer as described above, a first product flowing axially to the stator with a second product supplied from the rotor side only between the teeth of the rotor / Stator unit mixed. This is designed so that a high shear and clockwise intensive pumping is achieved in the clockwise.
  • DE-U-296 08 713 a dispersing whose rotor / stator system between specially shaped teeth has channels that act as a shear gap and are alternately released and covered during rotor circulation.
  • the gap volume increases or decreases disproportionately. This can be flowable material, eg a pasty mass, even.
  • in-line and circulation mode - can be a mixing and homogenizing according to EP-A2-0 036 067 switch, which has at the bottom of a container, a rotor / stator system, wherein an axially adjustable ring each opens a channel and blocks a second channel.
  • the mix is always pressed radially from the inside to the outside by the dispersing sprockets, and you can either circulate the dispersed material through an external bypass or dissipate.
  • a rotor / stator system is present, which is overlapped by a spring-loaded sealing ring.
  • the mix is circulated via a circulation line.
  • the sealing ring is raised with increasing pressure, so that a return is released into the container.
  • the rotational energy of the rotor is preferably converted into the highest possible pumping action, also to avoid additional pumps for the spray cleaning.
  • a further development of known mixing methods in conjunction with dispersers is sought, which in particular have a coaxially toothed rotor / stator arrangement.
  • Permanently reliable means of production in the construction should be as simple as possible, producible and mountable with minimal effort, and convenient and trouble-free to use, and without sacrificing product quality. In terms of environmental protection and cost savings, energy consumption must be minimized, both in batch mode and generally in the continuous process.
  • the invention relates to apparatus for homogenizing substances and / or for producing emulsions with droplet sizes in the micron range, with a disperser disposed on a container, with at least one rotor / stator system near the container bottom, wherein the disperser, a rotor, a stator comprising an intake port, a product supply from above, and a bottom flange having an intake port with a supply conduit, and wherein the stator has an outer stator ring with outer stator teeth and radial passages and an inner stator Stator ring having inner stator teeth and radial passages, and wherein the stator outside the outer stator ring defines a deflection chamber, wherein the inner and outer stator teeth are aligned axially from top to bottom, and wherein the rotor has axially upwardly oriented sprockets.
  • the rotor has an underside facing the bottom flange, wherein the outer stator teeth overlap the rotor at a peripheral edge contactlessly with minimal distance, protrude to the bottom flange, and correspond with a downwardly directed tooth edge of the rotor periodically aligned channels are formed between the deflection chamber and a premixing chamber upon rotation of the rotor, wherein the rotor, the stator and the bottom flange of the disperser limit the premixing chamber between the bottom of the rotor, the stator outer stator ring and the disperser bottom flange, the rotor -Schseite has a reaching to the region of the pre-chamber flat cone and at least one cone-shaped or concave outer surface with a steeper cone or Zentriwinkel, wherein the distance between the underside of the rotor and the bottom flange is formed radially from the inside to the outside, and wherein the inlet channel opens below the rotor in the premixing chamber.
  • a two-stage dispersing process is feasible, in which one diverts a partial stream from a main stream of a reagent I coming from the container and supplies a second partial stream (side stream) to a mixture with a reagent II which is produced in the premixing chamber, whereupon the mixture of the two partial streams is conveyed through the rotary-driven disperser into the remaining main stream.
  • This process is extremely economical and highly effective. Quantitative small partial flows can be adjusted easily and with very low inertia as needed, most simply by means of a metering pump.
  • the partial flow technique also offers the advantage that the concentration of the addition reagent only has to have the ratio based on the partial flow. This also applies to the otherwise often difficult phase emulsion emulsification in the hot / cold process.
  • Dispersers known per se may be used with a coaxially nested rotor / stator system in which shearing forces between densely adjacent concentric tooth baskets, at least one of which is rotationally driven, homogenize passing mix discharged through periodically aligned channels; Depending on their geometry and dimensioning, different velocity components and turbulences occur at the shear gap.
  • a cascade arrangement of two dispersing devices with different working volumes is also suitable, provided that the throughput in the premixing chamber of the second disperser can be controlled.
  • Cyclic pressure differences on such a disperser support the rapid and uniform distribution of the reagents by, in phases of high pressure, reagent I being conveyed into the premixing chamber, which uniformly disperses under pulsation in respectively subsequent phases of lower pressure with the reagent II under turbulence in the antechamber.
  • Mixing therefore proceeds optimally in terms of process engineering, regardless of the proportions to be set for the end product.
  • the pre-mixing chamber thanks to an extremely short residence time of e.g. Only 5 ms only a minimal heat exchange instead, so that a hot-fed reagent II cools very little, while it is thoroughly mixed with the reagent I.
  • An important feature of the invention is that mainstream and substreams receive different energy densities, which contributes significantly to optimal dispersion and emulsion formation with the smallest possible particle or droplet sizes.
  • an energy density can be imparted to the mixture of the partial flows in the premixing chamber, which is considerably higher, for example by at least one order of magnitude, than the energy density in the main flow.
  • one deviates without the introduction of high specific energies, for example, to induce a desired chemical reaction one obtains after all a strong homogenization, which supports this process. For example, subtleties below 0.5 microns can be achieved easily.
  • the increase in energy as it flows into the premix chamber occurs in the Generally, a viscosity reduction takes place, which significantly improves the mixing with low-viscosity substances.
  • the energy density and residence time in the partial flow i. the volume and time related energy input is variable, in particular by such a setting that a leading to an emulsion envelope critical energy density is not achieved, which is very important, for example, for the production of mayonnaise, dressing sauces, etc.
  • the mixture (R I + II) is adjusted in terms of temperature and proportion without being subjected to significant shear stress, followed by a high shear area provided by the rotor / stator system, in particular at long tooth edge of the rotor.
  • the adjusted partial flow method goes above all with this embodiment, far beyond the conventional technology. It can be developed so that from the reagents, a phase mixture is produced by different speeds and different static pressures in the premixing chamber, wherein a phase I is conveyed directly into the latter and a phase II passes through pulsation due to cyclic pressure differences via inlet channels in the premixing chamber.
  • the invention provides a two-stage generation and mixing of defined partial flows by producing a precursor in a first process step from a reagent or wax solution and adding this to the carrier stream in a second process step.
  • wax is in the context of the present invention for all substances which are solid at room temperature and liquid or flowable at elevated temperature, for example, also fats, paraffins, esters and the like.
  • a major advantage of the novel process control is that the carrier substance does not have to be brought to the melt-melting temperature but can retain room temperature.
  • the resulting product still has a very high degree of homogeneity, because the droplet size can be controlled by adjusting the energy density according to the product; It therefore meets all quality requirements.
  • a hot reagent stream (by-pass stream) is combined in the first process step with a metered from the main stream of the cold carrier substream and dispersed - introducing the necessary energy for droplet size - whereupon the mixture to produce the final product in the second process step with the remaining part of the carrier Mainstream is mixed.
  • the optimization of the volume ratio of carrier substream to precursor substream significantly reduces the number of product cycles; after only one revolution, the desired concentration of reagent II in reagent I can be reached. For example, a processing time of only 15 minutes for 2,000 kg of cream is readily achievable. Agglomerate formation, as in Oswald ripening, does not occur here because the amount of emulsion needed to take up the wax addition is small and thus appreciable cooling is avoided.
  • the wax can be incorporated at high energy density in the carrier without streaking.
  • the fineness of the particles is decisively supported by the energy input in the rotor / stator system, in which the increase of the surface energy is applied or exceeded by a multiple.
  • the wax particles harden, which prevents secondary agglomeration. This achieves a homogeneous particle size distribution and thus a significantly improved product behavior.
  • the method is designed to be self-dosing by the hot below the rotor / stator arrangement supplied reagent partial stream (side stream) dispersed in a premixing chamber with a first partial stream of the carrier and the resulting precursor via a return is diluted with the main stream flowing from above and mixed to a final stream. It is advantageous if in the premixing chamber, a reverse Trombe is generated, the negative pressure contributes to the metering of the reagent substream or side stream.
  • the mixing of partial and main flow can be assisted by controlling the static pressures, wherein in particular in the second partial flow a static pressure is generated which exceeds that of the main flow.
  • a static pressure is generated which exceeds that of the main flow.
  • the present method separates mixing and shearing in time as well as locally. Thanks to the introduction into the premixing chamber, an optimum emulsion can be produced by introducing a homogeneous phase mixture. In contrast, in known dispersing equipment, a considerable part of the highest shear range is used for mixing.
  • the product passed through the rotor / stator system may be conveyed as a discharge stream to another vessel in which the product is kept homogeneous, e.g. by means of a slow-running agitator. This saves energy and further counteracts Oswald ripening.
  • powder constituents for the end product it can be provided that they can be mixed with the main stream from above, so that they are taken up in the material stream at high speed and rapidly swirled.
  • An embodiment of the invention further relates to a arranged in the upper region of the device conveying member, for performing the method.
  • the premixing chamber is flow-connected via an outlet channel with a space at the bottom of the rotor / stator assembly.
  • the device of the invention is energetically extremely advantageous. It represents a substantial development of facilities, for example according to DE 296 08 712 U1 represent, the stator and / or rotor approaches with - seen in cross-section or settlement - have trapezoidal or trapezoidal shape, ie wedge structures that significantly influence the flow due to different surface portions and Abr employkanten. Also against a dispersing loud DE 296 08 713 U1 , which brings about disproportionate changes in the shear gap volume by adjusting the axial distance between the stator and rotor, the invention achieves a considerable acceleration of the dispersion with the installation of a premixing chamber.
  • the premixing chamber is disposed in the outer region of the rotor between its lower side and the limiting housing side so as to extend from the center of the rotor lower side to a premixing chamber outlet.
  • this pre-chamber is optimally accommodated in this way on the rotor / stator system.
  • the outer stator ring on downwardly projecting stator teeth, which overlap the rotor circumference with a minimum distance contactless and extend to one of the rotor underside centrically opposite bottom flange.
  • This design causes or at least increases the generation of increased static pressure in the premix chamber. The latter is thereby limited to a small volume, in which an intensive predispersion - for example of supplied hot reagent - without annoying cooling is going on.
  • the supply line terminates in a e.g. oblique inlet channel, which is integrated as a ground-parallel radial channel relative to the outer rotor bottom in the bottom flange.
  • a e.g. oblique inlet channel which is integrated as a ground-parallel radial channel relative to the outer rotor bottom in the bottom flange. It is possible to construct the construction so that the rotor has a maximum diameter at its upper side and from an outer peripheral surface to the rotor underside from a peripheral edge or rounding, while the rotor upper side is flat or concave.
  • a very intensive radial promotion of the medium is effected by the fact that at the rotor underside a deflecting body from a reaching to the region of the antechamber flat cone with at least one cone-shaped or concave Outside surface is formed with a steeper cone or central angle, wherein the transition between adjacent deflection surfaces is preferably designed as a sharp tear-off edge in order to achieve additional turbulence.
  • at least two bevelled and / or curved surfaces adjoining each other at an obtuse angle can peripherally enclose a step surface of the rotor hub and have steeper angles to the outside.
  • a preferred design has a stator with a hood which defines, outside the outer stator ring, a deflection chamber which is provided near the bottom flange with circumferentially spaced outlet openings, the conveying member being located immediately above the centrally formed in the hood inlet near the rotor sitting.
  • Dispersers are typically manufactured to very tight tolerances and precisely assembled.
  • the axially adjustable rotor / stator system which can be up to 0.1 mm, designed as a hollow shaft motor drive is extremely useful, which is mounted on the bottom flange and on a rectangular support flange is.
  • the non-positively inserted in the hollow shaft drive shaft remains dimensionally stable in operation, the rotor shaft is preferably axially supported by stops and disc springs within a mechanical seal so that a longitudinal expansion of the hollow shaft and thus the drive shaft only in the direction away from the bottom flange is possible.
  • heat effects are reliably compensated in a surprisingly simple manner, resulting from the underlying engine.
  • the temperatures of the drive shaft in continuous operation can reach up to 120 ° C, as a result, take place at the disperser above virtually no thermal expansion; rather, upon heating, unavoidable linear expansion of the hollow shaft of the motor occurs solely in the direction leading away from the dispersing device. Therefore, thanks to the consistently narrow gaps on the rotor / stator system, one always has optimum shearing action.
  • To set a Pulsationss simplys the pressure distribution in the disperser is controllable outlet side, preferably by selecting the flow path and the Umschlingungswinkels or in the outlet behind the outlet port or by the area design and the arrangement of the outlet openings, so that an adaptation to operating conditions relatively simple way can be made.
  • an attachment which can be flanged to the container bottom has an inlet pipe enclosing the conveying member, as a result of which the medium is sucked in particularly vigorously.
  • From an outlet nozzle goes off a line, e.g. is switchable via a valve and leads back to or in the upper part of the container, if desired, with such a tangent angle that a product rotation generated by the stirring or conveying member is decelerated. Air trapping is avoided when the line is returned below the minimum level of product in the vessel.
  • the return line can at least partially outside the container, which in a laboratory design, e.g. 16 l and industrially e.g. 10,000 I can hold, installed and tempered as needed.
  • a laboratory design e.g. 16 l and industrially e.g. 10,000 I can hold, installed and tempered as needed.
  • high dispersing powers for example in the range from 30 to 50 kW, the novel possibility of external cooling is of great advantage.
  • a further reduction of the droplet sizes is achieved in that one or both stages of the disperser can be acted upon by ultrasound, for which the rotor forms an intermittent reflector.
  • the rotor teeth rotating past the stator teeth thus effect an intermittent continuous homogenization in the product.
  • the passage volume in the premixing chamber or its volume itself can be adjusted or changed by changing the rotor shape and / or the stator shape with unchanged shear edge length. If the stator openings are changed in the second stage (with the apparatus otherwise being the same), the shear gradient and thus the volume-related energy are influenced, while the shearing edge of the stator teeth delimiting the premixing chamber remains the same. Conversely, for the purpose of influencing partial flow energy density and residence time, the shearing edge length can be set or changed with an unchanged premixing chamber volume. With relatively simple apparatus means can be so achieve an optimal adaptation of the process management to the respective asked mixing task.
  • the device can be designed as a separately attachable predispersing stage, especially for the economical retrofitting of existing homogenizing or dispersing plants.
  • a separate dispersing device is continuously charged only with that portion of the main stream to which the reagent R II is metered in the premixing chamber in an amount corresponding to the total flow RI, thereby achieving an excess concentration of R II in the outlet stream of the dispersing device.
  • the over-concentrated mixture can be processed through a considerably smaller sized high pressure homogenizer and then remixed with the remaining reagent stream RI '.
  • Fig. 1 shows a schematic overview of a mixing plant, which has a container F with built-in stirrer R and with a counter-driven bar stirrer W, which has an inlet pipe 19 at the lower end.
  • This is a bottom flange 14 ( Fig. 5 ), with which a pipe socket 16 of a disperser 10 is attached to the housing 12 of a container F, for what Fig. 5 and 6 offer different examples.
  • a feed line 30 with connection 32 opens with an inlet 38 (FIG. Fig. 3
  • the disperser 10 is connected by a return or recirculation line Z to the upper part of the container F, in the lid of which a lockable pressure system with spray heads is provided, which is provided for periodic cleaning.
  • the disperser can alternatively also in the embodiment according to Fig. 5 be used without recirculation line.
  • Fig. 2 the typical procedure is evident.
  • a carrier (reagent I) ready.
  • a (also not shown) storage container provides an additive (reagent II); according to claim 10, this may be a hot wax.
  • the feed tank is connected via a metering device to the inlet 30 to a premixing chamber 60 of the dispersing device 10.
  • the agitator R is started and then the disperser 10 is started.
  • Reagent I now flows through the dispersing device 10 and via the recirculation line Z (or directly) back into the container F.
  • the metering device on the receiver tank is turned on, so that reagent II as a partial flow R II enters the premixing chamber 60 of the disperser 10 and is in it the partial stream RI 'of reagent I in an extremely short time.
  • the components (RI + R II) are intimately dispersed in the premixing chamber 60, resulting in a fine to very fine distribution depending on the selected process conditions.
  • the resulting partial flow R I + II combined and mixed due to the static pressure differences and the geometry of the premixing chamber 60 with the remaining main flow RI "of reagent I of the disperser 10.
  • This product III consisting of the Reagent II-enriched reagent I, is returned as the final stream E in the container F. It is often already the finished product. Its circulations via the dispersing device 10 are continued until the product III has the formulation concentration of reagent II in reagent I. In most cases, the addition of an emulsifier is not necessary or only in small doses. - Experiments have incidentally revealed that also other receptor-bound substances can be processed in a smaller amount.
  • a rotor shaft 24 passes through an inlet pipe 19. It has a recess 27 at the lower end, with which it is connected via a coupling projection 25 to the shaft 22 (FIG. Fig. 10a, 10b ) connected to a support flange 18 drive motor 20 is connected. Only dashed are in Fig. 5 and 6 the outlines of - at high power quite heavy - engine 20 indicated, as well (right) a side terminal box for (not shown) electrical connections.
  • the motor shaft 22 has at the upper end as a second bearing a conical bearing 23 for stabilizing the rotor shaft 24, which is supported on disc springs 13 with a fixed bearing on the bottom flange 14 and a loose bearing on the support flange 18 which supports the pipe socket 16 and additionally by spacer bolts 28 on Bottom flange 14 is supported.
  • the seal to the container by means of a mechanical seal 26th
  • the rotor shaft 24 carries the hub 51 of a rotor 50 and is rotatably connected at the free end above with a stirrer shaft 43 which holds a stirrer 44 in the form of a propeller.
  • the underside of the rotor 50 is directly opposite the bottom flange 14.
  • an inlet channel 38 in particular obliquely - arranged, in which a feed line 30 opens, which is preferably integrated into the flange 14 extending parallel to the ground, for example in the radial direction.
  • a shut-off device 34 is present, for example, a rotary valve or a valve which is operable with a - optionally arranged differently - lever 36.
  • the bottom flange 14 is integrally or rigidly connected to a stator 40, which engages over the rotor 50 from above and has a suction port 45, below which there is a main space 15 which is bounded by the top or top surface 53 of the rotor 50 down.
  • the stator 40 and the rotor 50 each have axially parallel sprockets, which are nested with minimal radial clearance.
  • the stator 40 has an inner stator ring 41 with inner stator teeth 46 and an outer stator ring 42 with outer stator teeth 48.
  • the rotor is provided with radially inner lobes 63 and outer lugs or teeth 65 therebetween Radial passages 66 are located ( Fig. 11a ).
  • Corresponding radial passages 47 are provided on the inner stator ring 41 ( Fig. 8a ), as radial passages 49 on the outer stator ring 42 (FIG. Fig. 8b ).
  • the lugs 63, 65 of the rotor 50 are perpendicular from its top 53 ( Fig. 11b ) and have inclined side and roof surfaces, wherein the upper end of the teeth 63 and 65 terminates in inclined surfaces 67. All teeth or lugs 63, 65 can have obliquely arranged wing surfaces 64 relative to the circumferential direction ( Fig. 11a, 11c ).
  • the rotor 50 (see above all Fig. 11b ).
  • Its hub 51 has a central bore 52 and a flat end surface 54, to which a stepped stepped surface 55 can connect parallel to the top surface 53.
  • the step surface 55 merges into a flat cone 56 from which a concave outer surface 58 branches off at a sharp tear-off edge 57, which approaches or approaches at a steeper angle at the peripheral edge 59 the top surface 53 expires.
  • the rotor 50 which here has its largest diameter and at the periphery a number of preferably concavely curved or curved outlet channels 68, overlapped by the outer stator teeth 48 with minimum gap (see FIG. 3 and 4 ).
  • the premixing chamber 60 is arranged, which is for mixing and dispersing of central importance.
  • this small volume to which in the respective circumferential position that of the respective outlet channel 68 belongs, coming from the feeder 30 hot reagent II is after deflection on the acting as a baffle flat cone 56 with the already existing in the main chamber 15 Medium I to a Mixture swirled.
  • the stirring member 44 continuously supplies the main stream RI from the container F to the inner main space 15 until the dispersion has reached the desired degree of homogenization. Via an outlet (not shown) of the final flow E of the finished product III can be deducted.
  • Fig. 6 The embodiment of Fig. 6 is basically the same structure, which is why corresponding components are marked with already mentioned reference numbers.
  • the stator 40 is not formed as a hood, but as a cover plate, which is provided with the central suction port 45 and rigidly connected to a cylindrical housing 70, which also closes the bottom flange 14 fixed rigidly below.
  • the preferably oblique inlet 38 is in turn connected to the terminal 32 by a trained as a ground-parallel radial channel in the flange 14 feeder 30 space-saving.
  • the housing 70 has a nozzle 69 (FIG. Fig. 6 and 7b ) with a connection 72 for a (not shown here) return line to the top of the container F.
  • the stator plate 40 carries an attachment 17 which can be mounted thereon with a fastening flange 71 and surrounds the stirring element 44 in an inlet pipe 19 ( Fig. 7a ).
  • the inlet pipe 19, which is welded to the flange 71, is rigidly connected to an upper flange 29, onto which an in - Fig. 7a shown separately - flange 39 can be placed, which can be screwed to the housing 12 and to a connected flange approach.
  • the housing 70 according to Fig. 7b a shortened wax supply port 32, which is welded as part of the bottom flange 14 directly below the housing 70 with this.
  • the terminal 32 is inserted directly into the wall of the housing 70, thereby achieving additional space savings.
  • a particular problem is that for the development of new formulations first work naturally in smaller laboratory equipment of eg 3 ... 16 I content with dispersers correspondingly low power (for example, 1.5 ... 5.5 kW).
  • the implementation on an industrial scale makes conventional large and time-consuming effort, because the different thermal conditions and different Ratios of surfaces to volumes make the transition to large volumes of eg 500 ... 5000 I rather complicated, especially if a translation factor of 300 is exceeded.
  • Many formulations are significantly influenced by the mixing of the hot wax additive with the relatively cold carrier substance. The process takes place here in Vordispergierraum whose volume depends mainly on the rotor diameter, which in turn determines the power consumption of the rotor in the 5th power.
  • the production time for this process step is shortened considerably, eg at 2000 kg for a batch cycle from the beginning of the container filling to the end of the pumping from an average of 2.5 h to 40 min , which in addition to a large increase in daily production also means a considerable energy saving.
  • Example of use A Fatty acid-lime milk mixture
  • fatty acid is added as reagent II in the prechamber 60.
  • the dissolved CaOH complex of the partial stream R I 'of reagent I (milk of lime) is sufficient to neutralize the weak fatty acid.
  • the saturation concentration is reached again by the suspension of CaOH. The extremely disturbing formation of lime-fatty acid agglomerates is successfully avoided by the partial flow method.
  • Example of use B Flocculant addition in water treatment
  • flocculants and coagulation inhibitors are added in the ppm range. Because one Homogeneous dosage of these agents in the plants is difficult, must be often overdosed, which means significant cost increase. It is possible to pass a partial stream of 10% to 1% of the water quantity via a dispersing device 10 with prechamber 60 and to supply the flocculant or anticoagulant to this quantity of water (via connection P4 of the disperser 10) in the partial flow method.
  • the recirculation line Z leads directly back into the processing tank of the total amount of water. Thus, the addition takes place there in the much cheaper mixing ratio of 1:10 to 1: 100.
  • the extremely short residence time of the flocculants in the shear area of the dispersing device prevents destruction of the molecular chains of the flocculants. A larger gap between rotor and stator can be an advantage.
  • the quantitative ratio of reagent I and reagent II can be set exactly to one another in such a way that the cooling of the recirculation line Z corresponds to the heat quantity of the heat of reaction.
  • the heat input through the rotor / stator system 40/50 is often sufficient to obtain the required amount of heat for the solution.
  • a high energy density is advantageous, even if the particle / droplet size is secondary to the process itself.
  • the speed of the disperser motor should e.g. be adjustable by specifying frequency and / or constant output current.
  • the introduced energy can be kept constant even when fluctuating during the process viscosity.
  • the unit should be provided with an external recirculation line (Z) which can be heated and / or cooled as required.
  • a corresponding branching in the partial flow of the machine is necessary. If, for example, two dispersing devices are used, with a second, smaller dispersing device having a premixing chamber 60 for achieving the two-stage configuration, then, for the ultrafine dispersion, it can additionally be introduced into the return line Z from the second dispersing device Tank F a high pressure homogenizer to be switched.
  • the end product, ie reagent III is brought to the optimum temperature for the high-pressure homogenizer by the energy intake in the two dispersion stages and by the feed of the hot reagent II. This must be designed only for the partial flow R I + II, which saves costs and energy consumption and thus represents a significant advantage.
  • This variant is particularly suitable for introducing "difficult products" such as vitamin E.
  • An intermediate switching of a high-pressure homogenizer is also possible with a two-stage single dispersing device 10, provided that only a suitable partial flow connection is present.
  • the ingredients of the hot phase - including beeswax - are melted in a container and brought to 80 ... 85 ° C.
  • the amount is 2000 kg end product about 600 kg.
  • the container F is filled in from above water of about 15 ° C. Then vacuum is applied, for example 0.5 bar, and the other components of the cold phase are added while the homogenizer is running at medium speed for 5 minutes.
  • the Wandbone agitator R in the container F is also turned on after the addition of water. It is advantageous if the container F has a coaxial, counter-rotating stirring system, so that a more homogeneous remixing takes place.
  • the hot phase is then added via port 30, 32, which leads directly into premixing chamber 60.
  • the disperser 10 rotates at about 3000 min -1.
  • the motor current must be kept constant at, for example, 40 A, which, although variable viscosities entail changes in the speed, but causes a constant energy input.
  • the mixture is then stirred for 5 minutes with the disperser 10 switched off and with the disperser 10 switched on.
  • a hair color base is made, which is the same for all colors of the same type and determines the total amount of water required. Subsequently, the actual hair dye is prepared by incorporating the desired color-giving substances in a reduced amount of the hair dye base.
  • Part of the color base is then placed in a smaller unit of e.g. Pumped around 250 I, which is equipped with a dispersing device 10 together with premixing chamber 60. Via the terminal P4, the color providing agent in the partial stream R II are added.
  • the amount of water is chosen so that, taking into account the possibly lower, previously entered into the basic product amount of water in the final product III, the formulation ratio for the selected color is given.
  • the hot / cold partial flow process can be used well in cases where reagent II is not rigid at room temperature but has a desirably low viscosity in the hot state, so that incorporation into reagent I is at a high energy level, such as are highly concentrated surfactants or vitamin E products. Thanks to the high concentration in the feed partial flow R II, the industry-standard cold / cold approaches can be run very economically.
  • a preferred procedure for homogenizing substances eg pasty masses, and / or for producing emulsions with droplet sizes in the micron range a arranged on a container F disperser 10 with a bottom rotor / stator system 40, 50 and possibly used with conveying members 44.
  • a hot precursor produced from a reagent or wax solution in the form of a secondary stream R II is dispersed with a metered partial stream of, for example, a cold carrier substance RI 'and in a second stage with a carrier main stream RI flowing in from above.
  • the cool-down of the wax particles which takes place in the 10 ms range, prevents their clumping, resulting in a stable mixture or emulsion with small droplet sizes which can be adjusted to suit the product by controlling the energy input at the rotor / stator system 40, 50.
  • the rotor underside is associated with a premixing chamber 60 in which the secondary flow R II is entangled with the partial flow RI 'supplied from above / outside.
  • the high-speed operation of the rotor 50 generates a reverse turbletab whose negative pressure for the self-metering of the secondary flow R II contributes.
  • An agitator 44 can be located directly above the center in the hood formed inlet 45 near the rotor 50 or in an inlet pipe 19 above the rotor / stator system 40, 50 sit, from which an outlet port 69 goes off permeable return line Z is at least partially installable outside the container F and / or tempered.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen fließfähiger Stoffe, insbesondere durch Dispergieren und Emulgieren, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 6.The invention relates to a device for mixing flowable substances, in particular by dispersing and emulsifying, according to the preamble of claim 1, as well as the use of such a device according to claim 6.

In der Verfahrenstechnik geht man zum Erzeugen gewünschter Endprodukte allgemein von einem rezepturmäßigen Mengenverhältnis aus. Beispielsweise für die Vermischung pastöser Massen und Emulsionen, insbesondere mit Tröpfchengrößen im µm-Bereich, kann es aber von Vorteil sein, wenn zwei oder mehr Reagenzien im rührtechnischen Prozeß in anderen Mengenverhältnissen zusammengebracht werden, um das Zustandekommen des gewünschten Produktes hinsichtlich Mischzeit, Gesamtmenge und Temperatur zu optimieren. Vor allem wenn eine große Menge eines ersten Reagenz mit einer kleinerer Menge eines zweiten Reagenz vereinigt werden soll, können thermodynamische und Strömungs-Vorgänge eine abweichende Verfahrensführung zweckmäßig oder sogar notwendig machen.In process engineering, the general purpose of producing desired end products is based on a formulation-based quantitative ratio. For example, for the mixing of pasty masses and emulsions, especially with droplet sizes in the micron range, it may be advantageous if two or more reagents are brought together in the mixing process in other proportions to the conclusion of the desired product in terms of mixing time, total amount and temperature to optimize. In particular, when a large amount of a first reagent is to be combined with a smaller amount of a second reagent, thermodynamic and flow processes may render appropriate or even necessary a different process regime.

Zu den Gründen für abweichende Mengen-Ansätze nennt DE 20 04 143 A1 , daß bei der Herstellung von Suspensionen bzw. Emulsionen mit kleinen Teilchengrößen eine kurze Verweilzeit erforderlich ist, um eine sog. Oswald-Reifung zu verhindern, d.h. das Wachsen großer Teilchen auf Kosten der kleineren infolge von Umlösen. Beim Kristallwachstum wird durch Zugeben einer Phase eine Übersättigung erzielt, welche die Keimzahl je Volumeneinheit mitbestimmt; nach Beginn der Keimbildung trägt die Zugabe weiterer Lösungen vorwiegend zum Wachstum der bereits gebildeten Keime bzw. Kristalle bei, was die Anzahl der insgesamt entstehenden Mikroeinheiten herabsetzt. Hieraus wird in der genannten Druckschrift und ähnlich in US 2,641,453 die technische Lehre abgeleitet, zwei Phasen über eine koaxiale Rohrstrecke zusammenzuführen. Dabei tritt allerdings unvermeidlich eine Temperatur-Angleichung ein. Ein solcher Wärmeaustausch vor der Vermischung kann aber für manche Prozesse höchst unerwünscht sein.Among the reasons for deviating quantity approaches called DE 20 04 143 A1 in that in the preparation of suspensions or emulsions with small particle sizes, a short residence time is required to prevent so-called Oswald ripening, ie the growth of large particles at the expense of the smaller ones due to re-dissolution. In crystal growth, by adding a phase, supersaturation is achieved which causes the Germ number per unit volume determined; after nucleation has begun, the addition of further solutions predominantly contributes to the growth of the already formed nuclei or crystals, which reduces the number of microunits formed overall. This is stated in the cited document and similar in US 2,641,453 derived the technical teaching to merge two phases over a coaxial pipe route. However, inevitably a temperature equalization occurs. However, such heat exchange prior to mixing may be highly undesirable for some processes.

DE-C-639 769 beschreibt eine Vorrichtung mit einem senkrechten Behälter zum Mischen, Emulgieren, Homogenisieren usw. von Stoffen. Bei einer Bauform treibt eine unter dem Behälterboden befindliche Zentrifuge das Mischgut durch enge Kanäle in und durch einen Homogenisator - mit waagrechter Antriebswelle für ein Rotor/Stator-System - nach oben, wo es im Behälter zirkuliert, aus dem es an den darunter liegenden Rotor zurückgeführt wird. Schweres, im Behälter herunterströmendes Material und leichteres Gut aus dem oberen Behälterbereich werden in dem Rotor/Stator-System vermischt, zerkleinert und schließlich abgepumpt. Für Fein- und Feinstverteilung empfindlicher Stoffe eignet sich diese Vorrichtung kaum. DE-C-639 769 describes a device with a vertical container for mixing, emulsifying, homogenizing etc. of substances. In one design, a centrifuge located under the bottom of the container drives the mix through narrow channels in and through a homogenizer - with a horizontal drive shaft for a rotor / stator system - up where it circulates in the container, from where it returns to the underlying rotor becomes. Heavy material flowing down the tank and lighter material from the upper tank area are mixed, crushed and finally pumped out in the rotor / stator system. For fine and finest distribution of sensitive substances, this device is hardly.

Laut DE-A1-198 29 646 und einem Prospekt "Becomix DUO-Homogenisator" wird, beispielsweise zur Herstellung wässriger Lösungen von Alkylethersulfaten, in einem Behälter mit einem ähnlichen Homogenisator wie vorbeschrieben ein axial zum Stator strömendes erstes Produkt mit einem von der Rotorseite zugeführten zweiten Produkt ebenfalls erst zwischen den Zähnen der Rotor/Stator-Einheit vermischt. Diese ist so ausgelegt, daß im Rechtslauf eine hohe Scherwirkung und im Linkslauf intensives Pumpen erzielt wird.Loud DE-A1-198 29 646 and a brochure "Becomix DUO Homogenizer" is, for example, for producing aqueous solutions of alkyl ether sulfates, in a container with a similar homogenizer as described above, a first product flowing axially to the stator with a second product supplied from the rotor side only between the teeth of the rotor / Stator unit mixed. This is designed so that a high shear and clockwise intensive pumping is achieved in the clockwise.

In DE-U-296 08 713 ist eine Dispergiereinrichtung beschrieben, deren Rotor/Stator-System zwischen besonders geformten Zähnen Kanäle hat, die als Scherspalte wirken und beim Rotorumlauf abwechselnd freigegeben und verdeckt werden. Bei Veränderung des Axialabstandes zwischen Rotor und Stator nimmt das Spaltvolumen überproportional zu oder ab. Damit kann man fließfähiges Material, z.B. eine pastöse Masse, vergleichmäßigen.In DE-U-296 08 713 is described a dispersing whose rotor / stator system between specially shaped teeth has channels that act as a shear gap and are alternately released and covered during rotor circulation. When changing the axial distance between the rotor and stator, the gap volume increases or decreases disproportionately. This can be flowable material, eg a pasty mass, even.

Zwischen zwei verschiedenen Betriebsweisen - nämlich Inline- und Umlaufbetrieb - läßt sich eine Misch- und Homogenisiervorrichtung gemäß EP-A2-0 036 067 umschalten, die am Boden eines Behälters ein Rotor/Stator-System aufweist, wobei ein axial verstellbarer Ring jeweils einen Kanal öffnet und einen zweiten Kanal sperrt. Das Mischgut wird stets radial von innen nach außen durch die Dispergier-Zahnkränze gepreßt, und man kann das dispergierte Gut wahlweise durch einen äußeren Bypass umwälzen oder abführen.Between two different modes of operation - namely in-line and circulation mode - can be a mixing and homogenizing according to EP-A2-0 036 067 switch, which has at the bottom of a container, a rotor / stator system, wherein an axially adjustable ring each opens a channel and blocks a second channel. The mix is always pressed radially from the inside to the outside by the dispersing sprockets, and you can either circulate the dispersed material through an external bypass or dissipate.

Bei einem Homogenisator nach EP-A1-0 769 254 ist am Boden eines Behälters ein Rotor/Stator-System vorhanden, das von einem federgespannten Dichtring übergriffen ist. Bei geöffneten Ventilen wird das Mischgut über eine Umlaufleitung umgewälzt. Durch Schließen der Ventile wird mit steigendem Druck der Dichtring abgehoben, so daß ein Rücklauf in den Behälter freigegeben wird. Die Rotationsenergie des Rotors wird bevorzugt in möglichst hohe Pumpwirkung umgesetzt, auch um zusätzliche Pumpen für das Sprühreinigen zu vermeiden.With a homogenizer after EP-A1-0 769 254 At the bottom of a container, a rotor / stator system is present, which is overlapped by a spring-loaded sealing ring. With open valves, the mix is circulated via a circulation line. By closing the valves, the sealing ring is raised with increasing pressure, so that a return is released into the container. The rotational energy of the rotor is preferably converted into the highest possible pumping action, also to avoid additional pumps for the spray cleaning.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf wirtschaftliche Weise eine rührtechnisch optimale Vermischung gerade auch solcher Reagenzien zu erzielen, die zumindest anfänglich zustandshalber unterschiedlich temperiert sein müssen oder überhaupt unterschiedliches Temperaturverhalten aufweisen. Dazu wird eine Weiterentwicklung an sich bekannter Mischverfahren in Verbindung mit Dispergierern angestrebt, die insbesondere über eine koaxial verzahnte Rotor/Stator-Anordnung verfügen. Im Betrieb dauerhaft zuverlässige Produktionsmittel sollen in der Konstruktion möglichst einfach, mit minimalem Aufwand herstell- und montierbar sowie bequem und störungsfrei benutzbar sein, und zwar ohne Einbußen an Produktqualität. Im Hinblick auf Umweltschutz wie zur Kostenersparnis ist der Energieverbrauch zu minimieren, sowohl im Chargenbetrieb als auch generell im kontinuierlichen Prozeß.It is an object of the present invention to achieve, in an economical manner, an optimum mixture of stirring substances, especially of those reagents which, at least initially, have to be tempered at different temperatures or at all have different temperature behavior. For this purpose, a further development of known mixing methods in conjunction with dispersers is sought, which in particular have a coaxially toothed rotor / stator arrangement. Permanently reliable means of production in the construction should be as simple as possible, producible and mountable with minimal effort, and convenient and trouble-free to use, and without sacrificing product quality. In terms of environmental protection and cost savings, energy consumption must be minimized, both in batch mode and generally in the continuous process.

Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 6 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.Main features of the invention are specified in claims 1 and 6. Embodiments are the subject of claims 2 to 5.

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum Homogenisieren von Stoffen und/oder zur Erzeugung von Emulsionen mit Tröpfchengrößen im µm-Bereich, mit einem an einem Behälter angeordneten Dispergierer, mit wenigstens einem Rotor/Stator-System nahe dem Behälterboden, wobei der Dispergierer einen Rotor, einen Stator mit einer Ansaugöffnung, einen Produktzufluß von oben und einen Bodenflansch mit einem Einlasskanal mit einer Zuführleitung umfasst, und wobei der Stator einen äußeren Statorring mit äußeren Statorzähnen und Radialdurchlässen und einen inneren Statorring mit inneren Statorzähnen und Radialdurchlässen aufweist, und wobei der Stator außerhalb des äußeren Statorringes eine Umlenkkammer begrenzt, wobei die inneren und äußeren Statorzähne axial von oben nach unten ausgerichtet sind, und wobei der Rotor axial nach oben ausgerichtete Zahnkränze aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rotor eine Unterseite hat, die dem Bodenflansch gegenüber steht, wobei die äußeren Statorzähne den Rotor an einer Umfangskante berührungslos mit Minimalabstand übergreifen, bis an den Bodenflansch ragen, und derart mit einer nach unten gerichteten Zahnkante des Rotors korrespondieren, dass bei Rotation des Rotors periodisch fluchtende Kanäle zwischen der Umlenkkammer und einer Vormischkammer gebildet werden, wobei der Rotor, der Stator und der Bodenflansch des Dispergierers die Vormischkammer zwischen der Unterseite des Rotors, dem äußeren Statorring des Stators und dem Bodenflansch des Dispergierers begrenzen, wobei die Rotor-Unterseite einen bis zum Bereich der Vorkammer reichenden Flachkonus und wenigstens eine konusförmige oder konkave Außenfläche mit steilerem Konus- bzw. Zentriwinkel aufweist, wobei der Abstand zwischen der Unterseite des Rotors und dem Bodenflansch radial von innen nach außen zunehmend ausgebildet ist, und wobei der Einlasskanal unterhalb des Rotors in die Vormischkammer mündet.The invention relates to apparatus for homogenizing substances and / or for producing emulsions with droplet sizes in the micron range, with a disperser disposed on a container, with at least one rotor / stator system near the container bottom, wherein the disperser, a rotor, a stator comprising an intake port, a product supply from above, and a bottom flange having an intake port with a supply conduit, and wherein the stator has an outer stator ring with outer stator teeth and radial passages and an inner stator Stator ring having inner stator teeth and radial passages, and wherein the stator outside the outer stator ring defines a deflection chamber, wherein the inner and outer stator teeth are aligned axially from top to bottom, and wherein the rotor has axially upwardly oriented sprockets. According to the invention, it is provided that the rotor has an underside facing the bottom flange, wherein the outer stator teeth overlap the rotor at a peripheral edge contactlessly with minimal distance, protrude to the bottom flange, and correspond with a downwardly directed tooth edge of the rotor periodically aligned channels are formed between the deflection chamber and a premixing chamber upon rotation of the rotor, wherein the rotor, the stator and the bottom flange of the disperser limit the premixing chamber between the bottom of the rotor, the stator outer stator ring and the disperser bottom flange, the rotor -Unterseite has a reaching to the region of the pre-chamber flat cone and at least one cone-shaped or concave outer surface with a steeper cone or Zentriwinkel, wherein the distance between the underside of the rotor and the bottom flange is formed radially from the inside to the outside, and wherein the inlet channel opens below the rotor in the premixing chamber.

Mit dieser Vorrichtung ist ein zweistufiges Dispergier-Verfahren durchführbar, bei dem man von einem aus dem Behälter kommenden Hauptstrom eines Reagenz I einen Teilstrom abzweigt und diesem einen zweiten Teilstrom (Nebenstrom) einer Mischung mit einem Reagenz II zuführt, die in der Vormischkammer erzeugt wird, worauf man das Gemisch der beiden Teilströme durch den rotierend angetriebenen Dispergierer in den restlichen Hauptstrom fördert. Dieses Verfahren ist außerordentlich ökonomisch und hochwirksam. Mengenmäßig kleine Teilströme lassen sich leicht und mit sehr geringer Trägheit nach Bedarf einstellen, am einfachsten mittels einer Dosierpumpe. Die Teilstrom-Technik bietet darüber hinaus den Vorteil, daß die Konzentration des Zugabe-Reagenz nur das auf den Teilstrom bezogene Mengenverhältnis haben muß. Das gilt auch für die sonst nicht selten schwierige Phasenemulsions-Emulgierung im Heiß/Kalt-Verfahren.With this device, a two-stage dispersing process is feasible, in which one diverts a partial stream from a main stream of a reagent I coming from the container and supplies a second partial stream (side stream) to a mixture with a reagent II which is produced in the premixing chamber, whereupon the mixture of the two partial streams is conveyed through the rotary-driven disperser into the remaining main stream. This process is extremely economical and highly effective. Quantitative small partial flows can be adjusted easily and with very low inertia as needed, most simply by means of a metering pump. The partial flow technique also offers the advantage that the concentration of the addition reagent only has to have the ratio based on the partial flow. This also applies to the otherwise often difficult phase emulsion emulsification in the hot / cold process.

In überaus schnellem Durchsatz erreicht man eine gleichförmige Verteilung selbst bei problematischen Produkten, indem man die Vermischung durch Pulsation in einem Ring- oder Auslaßkanal intensiviert, bevorzugt mit zyklischem Druck-Aufbau und - Abbau in der Vorkammer. Insbesondere auch durch Dosierung der Teilströme und gegebenenfalls durch Drehzahl-Veränderung des Dispergierers kann man die Volumen- und Druckbedingungen steuern. So lassen sich Reagenzien mit unterschiedlichen Temperaturen und in unterschiedlicher Konzentration gut verarbeiten. Man kann dazu an sich bekannte Dispergierer mit einem koaxial ineinandergeschachtelten Rotor/Stator-System verwenden, in dem Scherkräfte zwischen dicht benachbarten konzentrischen Zahnkörben, von denen zumindest einer rotierend angetrieben wird, hindurchtretendes Mischgut homogenisieren, das durch periodisch fluchtende Kanäle abgefördert wird; je nach deren Geometrie und Bemessung treten am Scherspalt unterschiedliche Geschwindigkeits-Komponenten und Verwirbelungen auf. Geeignet ist aber auch eine Kaskaden-Anordnung zweier Dispergiereinrichtungen mit unterschiedlichem Arbeitsvolumen, soferne der Durchsatz in der Vormischkammer des zweiten Dispergierers steuerbar ist.In very fast throughput to achieve a uniform distribution even with problematic products by intensifying the mixing by pulsation in a ring or outlet channel, preferably with cyclic pressure buildup and - degradation in the antechamber. In particular, by dosing the partial flows and optionally by changing the speed of the disperser can control the volume and pressure conditions. This makes it possible to process reagents with different temperatures and in different concentrations. Dispersers known per se may be used with a coaxially nested rotor / stator system in which shearing forces between densely adjacent concentric tooth baskets, at least one of which is rotationally driven, homogenize passing mix discharged through periodically aligned channels; Depending on their geometry and dimensioning, different velocity components and turbulences occur at the shear gap. However, a cascade arrangement of two dispersing devices with different working volumes is also suitable, provided that the throughput in the premixing chamber of the second disperser can be controlled.

Zyklische Druckunterschiede unterstützen an einem derartigen Dispergierer die rasche und gleichmäßige Verteilung der Reagenzien, indem in Phasen hohen Drucks jeweils Reagenz I in die Vormischkammer gefördert wird, das in jeweils anschließenden Phasen niedrigeren Drucks mit dem Reagenz II unter Verwirbelung in der Vorkammer unter Pulsation gleichmäßig dispergiert. Die Vermischung geht daher verfahrenstechnisch optimal vor sich, unabhängig von für das Endprodukt einzustellenden Mengenverhältnissen. In der Vormischkammer findet dank extrem kurzer Verweildauer von z.B. nur 5 ms lediglich ein minimaler Wärmeaustausch statt, so daß sich ein heiß zugeführtes Reagenz II sehr wenig abkühlt, während es mit dem Reagenz I durchaus intensiv vermischt wird.Cyclic pressure differences on such a disperser support the rapid and uniform distribution of the reagents by, in phases of high pressure, reagent I being conveyed into the premixing chamber, which uniformly disperses under pulsation in respectively subsequent phases of lower pressure with the reagent II under turbulence in the antechamber. Mixing therefore proceeds optimally in terms of process engineering, regardless of the proportions to be set for the end product. In the pre-mixing chamber, thanks to an extremely short residence time of e.g. Only 5 ms only a minimal heat exchange instead, so that a hot-fed reagent II cools very little, while it is thoroughly mixed with the reagent I.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß Hauptstrom und Teilströme unterschiedliche Energiedichten erhalten, was zu optimaler Dispergierung und Emulsionsbildung mit kleinstmöglichen Partikel- bzw. Tröpfchengrößen wesentlich beiträgt. Speziell kann dem Gemisch der Teilströme in der Vormischkammer eine Energiedichte aufgeprägt werden, die erheblich - z.B. um wenigstens eine Größenordnung - höher ist als die Energiedichte im Hauptstrom. Sofern man davon abweichend ohne Einbringung hoher spezifischer Energien arbeitet, etwa zum Herbeiführen einer gewünschten chemischen Reaktion, erzielt man immerhin eine starke Vergleichmäßigung, die diesen Vorgang unterstützt. Beispielsweise lassen sich Feinheiten unter 0,5 µm ohne weiteres erzielen. Bei Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten findet durch die Energieerhöhung beim Einströmen in die Vormischkammer im Allgemeinen eine Viskositätsverminderung statt, welche die Vermischung mit niedrigviskosen Substanzen erheblich verbessert.An important feature of the invention is that mainstream and substreams receive different energy densities, which contributes significantly to optimal dispersion and emulsion formation with the smallest possible particle or droplet sizes. Specifically, an energy density can be imparted to the mixture of the partial flows in the premixing chamber, which is considerably higher, for example by at least one order of magnitude, than the energy density in the main flow. Unless one deviates without the introduction of high specific energies, for example, to induce a desired chemical reaction, one obtains after all a strong homogenization, which supports this process. For example, subtleties below 0.5 microns can be achieved easily. In non-Newtonian fluids, the increase in energy as it flows into the premix chamber occurs in the Generally, a viscosity reduction takes place, which significantly improves the mixing with low-viscosity substances.

Vorteilhaft ist es, wenn die Energiedichte und Verweildauer im Teilstrom, d.h. der volumen- und zeitbezogene Energie-Eintrag veränderbar ist, insbesondere durch solche Einstellung, daß eine zu einem Emulsions-Umschlag führende kritische Energiedichte nicht erreicht wird, was beispielsweise für die Herstellung von Mayonnaisen, Dressing-Saucen usw. sehr wichtig ist.It is advantageous if the energy density and residence time in the partial flow, i. the volume and time related energy input is variable, in particular by such a setting that a leading to an emulsion envelope critical energy density is not achieved, which is very important, for example, for the production of mayonnaise, dressing sauces, etc.

Bei Verwendung einer separaten Dispergiereinrichtung wird diese kontinuierlich nur mit demjenigen Teil des Hauptstromes von R I beschickt, dem in der Vormischkammer das Reagenz R II in der dem Gesamtstrom entsprechenden Menge dosiert zugeführt wird, wodurch man im Auslaßstrom der Dispergiereinrichtung eine Überkonzentration von R II erreicht, worauf das überkonzentrierte Gemisch (R I+II) in einem klein dimensionierbaren Hochdruck-Homogenisator verarbeitet und mit dem verbleibenden Reagenz R I' nachvermischt wird. Im Vergleich zum Stand der Technik ist der erforderliche Aufwand deutlich vermindert. Dennoch erzielt man hochwertige Endprodukte auf überaus effiziente Weise.When using a separate dispersing this is continuously fed only with that part of the main stream of RI, in the premixing chamber, the reagent R II is metered in the amount corresponding to the total amount, whereby one reaches in the outlet flow of the dispersing an over-concentration of R II, whereupon The over-concentrated mixture (R I + II) is processed in a small-sized high-pressure homogenizer and mixed with the remaining reagent RI '. Compared to the prior art, the required effort is significantly reduced. Nevertheless, you can achieve high-quality end products in an extremely efficient way.

In einem - bevorzugt durch die Vormischkammer gegebenen - Vermischungsbereich wird das Gemisch (R I+II) hinsichtlich Temperatur und Mengenverhältnis justiert, ohne wesentlicher Scherbeanspruchung ausgesetzt zu sein, woran ein durch das Rotor/Stator-System gegebener Bereich höchster Scherung anschließt, insbesondere an der langen Zahnkante des Rotors. Das justierte Teilstrom-Verfahren geht vor allem mit dieser Ausgestaltung weit über die herkömmliche Technik hinaus. Es kann so weitergebildet werden, daß aus den Reagenzien ein Phasengemisch durch unterschiedliche Geschwindigkeiten und unterschiedliche statische Drücke in der Vormischkammer erzeugt wird, wobei eine Phase I direkt in letztere gefördert wird und eine Phase II durch Pulsation infolge zyklischer Druckunterschiede über Einlaßkanäle in die Vormischkammer gelangt.In a mixing zone, preferably given by the premixing chamber, the mixture (R I + II) is adjusted in terms of temperature and proportion without being subjected to significant shear stress, followed by a high shear area provided by the rotor / stator system, in particular at long tooth edge of the rotor. The adjusted partial flow method goes above all with this embodiment, far beyond the conventional technology. It can be developed so that from the reagents, a phase mixture is produced by different speeds and different static pressures in the premixing chamber, wherein a phase I is conveyed directly into the latter and a phase II passes through pulsation due to cyclic pressure differences via inlet channels in the premixing chamber.

Zum Homogenisieren von Stoffen, z.B. pastösen Massen, und/oder zum Erzeugen von Emulsionen mit Tröpfchengrößen im µm-Bereich, unter Verwendung eines in oder an einem Behälter angeordneten Dispergierers mit wenigstens einem Rotor/Stator-System, insbesondere nahe dem Behälterboden, und gegebenenfalls mit Förderorganen für einen Trägersubstanzstrom sieht die Erfindung eine zweistufige Erzeugung und Vermischung definierter Teilströme vor, indem in einem ersten Prozeßschritt aus einer Reagenz- oder Wachslösung ein Vorprodukt erzeugt und dieses in einem zweiten Prozeßschritt dem Trägersubstanzstrom hinzugefügt wird. Der Terminus Wachs steht im Rahmen der vorliegenden Erfindung für alle Stoffe, die bei Raumtemperatur fest und bei erhöhter Temperatur flüssig bzw. fließfähig sind, z.B. auch Fette, Paraffine, Ester u.dgl. Ein großer Vorteil der neuartigen Verfahrensführung besteht darin, daß die Trägersubstanz nicht auf Wachs-Schmelztemperatur gebracht werden muß, sondern Raumtemperatur behalten kann. Das entstehende Produkt hat dennoch sehr hohen Homogenitätsgrad, weil sich die Tröpfchengröße durch Einstellung der Energiedichte erzeugnisgerecht steuern läßt; es erfüllt daher alle Qualitäts-Anforderungen.For homogenizing substances, eg pasty masses, and / or for producing emulsions with droplet sizes in the μm range, using a disperser arranged in or on a container with at least one rotor / stator system, in particular near the container bottom, and optionally with Promoters for a carrier stream, the invention provides a two-stage generation and mixing of defined partial flows by producing a precursor in a first process step from a reagent or wax solution and adding this to the carrier stream in a second process step. The term wax is in the context of the present invention for all substances which are solid at room temperature and liquid or flowable at elevated temperature, for example, also fats, paraffins, esters and the like. A major advantage of the novel process control is that the carrier substance does not have to be brought to the melt-melting temperature but can retain room temperature. The resulting product still has a very high degree of homogeneity, because the droplet size can be controlled by adjusting the energy density according to the product; It therefore meets all quality requirements.

Ein heißer Reagenzstrom (Nebenstrom) wird im ersten Prozeßschritt mit einem vom Hauptstrom der kalten Trägersubstanz dosiert abgezweigten Teilstrom vereinigt und - unter Einbringung der für die Tröpfchengröße notwendigen Energie - dispergiert, worauf das Gemisch zur Erzeugung des Endprodukts im zweiten Prozeßschritt mit dem restlichen Teil des Trägersubstanz-Hauptstroms nachvermischt wird. Die Optimierung des Volumenverhältnisses von Trägersubstanz-Teilstrom zu Vorprodukt-Teilstrom verringert die Anzahl der Produktumläufe erheblich; schon nach einem Umlauf kann die gewünschte Konzentration von Reagenz II in Reagenz I erreicht sein. Beispielsweise ist eine Verarbeitungszeit von nur 15 min für 2.000 kg Creme ohne weiteres erzielbar. Eine Agglomeratbildung wie bei der Oswald-Reifung tritt hier nicht ein, weil die zum Aufnehmen der Wachs-Zugabe benötigte Emulsionsmenge gering ist und eine merkliche Abkühlung somit vermieden wird. Das Wachs kann bei hoher Energiedichte in die Trägersubstanz ohne Schlierenbildung eingearbeitet werden. Die Partikel-Feinheit wird maßgeblich durch die Energie-Einbringung im Rotor/Stator-System unterstützt, in dem die Zunahme der Oberflächenenergie aufgebracht bzw. um ein Vielfaches überschritten wird. Bei der dann erfolgenden schockartigen Abkühlung an dem großen Volumen des Hauptstromes der kalten Trägersubstanz härten die Wachspartikel aus, was eine sekundäre Agglomeratbildung verhindert. Dadurch erzielt man eine homogene Teilchengrößen-Verteilung und somit ein wesentlich verbessertes Produktverhalten.A hot reagent stream (by-pass stream) is combined in the first process step with a metered from the main stream of the cold carrier substream and dispersed - introducing the necessary energy for droplet size - whereupon the mixture to produce the final product in the second process step with the remaining part of the carrier Mainstream is mixed. The optimization of the volume ratio of carrier substream to precursor substream significantly reduces the number of product cycles; after only one revolution, the desired concentration of reagent II in reagent I can be reached. For example, a processing time of only 15 minutes for 2,000 kg of cream is readily achievable. Agglomerate formation, as in Oswald ripening, does not occur here because the amount of emulsion needed to take up the wax addition is small and thus appreciable cooling is avoided. The wax can be incorporated at high energy density in the carrier without streaking. The fineness of the particles is decisively supported by the energy input in the rotor / stator system, in which the increase of the surface energy is applied or exceeded by a multiple. During the then shock-like cooling of the large volume of the main stream of cold carrier substance, the wax particles harden, which prevents secondary agglomeration. This achieves a homogeneous particle size distribution and thus a significantly improved product behavior.

Sehr vorteilhaft ist eine Maßnahme, wonach das Verfahren selbstdosierend gestaltet ist, indem der unterhalb der Rotor/Stator-Anordnung heiß zugeführte Reagenz-Teilstrom (Nebenstrom) in einer Vormischkammer mit einem ersten Teilstrom der Trägersubstanz dispergiert und das entstandene Vorprodukt über eine Rückführung mit dem von oben zufließenden Hauptstrom verdünnt und zu einem Endstrom nachvermischt wird. Dabei ist es günstig, wenn in der Vormischkammer eine umgekehrte Trombe erzeugt wird, deren Unterdruck zur Dosierung des Reagenz-Teilstroms bzw. Nebenstroms beiträgt. Bei Schnelllauf des Rotors können im Rotor/Stator-System Umfangsgeschwindigkeiten oberhalb 20 m/s auftreten, so daß das in der Vormischkammer vorhandene Medium dank starker Zentrifugalbeschleunigung kräftig durch den Dispergierer hindurch nach außen gepreßt wird und hierbei eine Energiezunahme erfährt.Very advantageous is a measure according to which the method is designed to be self-dosing by the hot below the rotor / stator arrangement supplied reagent partial stream (side stream) dispersed in a premixing chamber with a first partial stream of the carrier and the resulting precursor via a return is diluted with the main stream flowing from above and mixed to a final stream. It is advantageous if in the premixing chamber, a reverse Trombe is generated, the negative pressure contributes to the metering of the reagent substream or side stream. When the rotor is running at high speeds, circumferential velocities of more than 20 m / s may occur in the rotor / stator system, so that the medium present in the premixing chamber is strongly forced outward through the disperser owing to strong centrifugal acceleration, thereby experiencing an increase in energy.

Die Vermischung von Teil- und Hauptstrom kann durch Steuerung der statischen Drücke unterstützt werden, wobei insbesondere im zweiten Teilstrom ein statischer Druck erzeugt wird, der denjenigen des Hauptstroms übersteigt. Das läßt sich überraschend gut dadurch erzielen, daß die Vormischkammer den unteren und radial äußeren Teilen des Rotors zugeordnet und das Vorprodukt von dort zunächst nach außen umgelenkt wird, ehe man es an der Stator-Oberseite beschleunigt und dem radial weiter innen fließenden Hauptstrom zuführt. Den Druck stellt man zweckmäßig durch Bemessung und Wahl des Verhältnisses der Einlaß/Auslaß-Querschnitte ein.The mixing of partial and main flow can be assisted by controlling the static pressures, wherein in particular in the second partial flow a static pressure is generated which exceeds that of the main flow. This can be achieved surprisingly well, that the premixing chamber associated with the lower and radially outer parts of the rotor and the precursor is initially deflected from there to the outside, before accelerating it on the stator top and the radially further inside flowing main stream supplies. The pressure is expediently set by sizing and selecting the ratio of the inlet / outlet cross sections.

Im Gegensatz zu den bekannten Dispergiersystemen, bei denen Vermischung und Scherung gleichzeitig im Bereich des größten Schergradienten durchgeführt werden, trennt das vorliegende Verfahren Vermischung und Scherung zeitlich sowie örtlich. Dank der Einbringung in die Vormischkammer ist eine optimale Emulsion erzeugbar, indem ein homogenes Phasengemisch vorgelegt wird. Demgegenüber wird bei bekannten Dispergiereinrichtungen ein beachtlicher Teil des Bereiches höchster Scherung zur Vermischung benutzt. Das durch das Rotor/Stator-System hindurchgetretene Produkt kann man als Austrittsstrom in einen anderen Behälter fördern, in welchem das Produkt homogen gehalten wird, z.B. mittels eines langsamlaufenden Rührwerks. Dies spart Energie und wirkt der Oswald-Reifung weiter entgegen.In contrast to the known dispersing systems, in which mixing and shearing are carried out simultaneously in the region of the greatest shear gradient, the present method separates mixing and shearing in time as well as locally. Thanks to the introduction into the premixing chamber, an optimum emulsion can be produced by introducing a homogeneous phase mixture. In contrast, in known dispersing equipment, a considerable part of the highest shear range is used for mixing. The product passed through the rotor / stator system may be conveyed as a discharge stream to another vessel in which the product is kept homogeneous, e.g. by means of a slow-running agitator. This saves energy and further counteracts Oswald ripening.

Falls man für das Endprodukt Pulverbestandteile benötigt, kann vorgesehen sein, daß sie dem Hauptstrom von oben zumischbar sind, so daß sie mit großer Geschwindigkeit im Materialstrom aufgenommen und rasch verwirbelt werden.If one requires powder constituents for the end product, it can be provided that they can be mixed with the main stream from above, so that they are taken up in the material stream at high speed and rapidly swirled.

Eine Ausbildung der Erfindung bezieht sich ferner auf ein im oberen Bereich der Vorrichtung angeordnetes Förderorgan, zur Durchführung des Verfahrens. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Vormischkammer über einen Auslaßkanal mit einem Raum an der Unterseite der Rotor/Stator-Anordnung strömungsverbunden ist.An embodiment of the invention further relates to a arranged in the upper region of the device conveying member, for performing the method. Farther it can be provided that the premixing chamber is flow-connected via an outlet channel with a space at the bottom of the rotor / stator assembly.

Dank einer solchen Vordispergierkammer, die sehr wenig Platz erfordert, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung energetisch überaus vorteilhaft. Sie stellt eine wesentliche Weiterentwicklung von Einrichtungen beispielsweise gemäß DE 296 08 712 U1 dar, die Stator- und/oder Rotoransätze mit - in Querschnitt oder Abwicklung gesehen - Trapezform oder trapezähnlicher Gestalt haben, also Keilstrukturen, die den Strömungsverlauf aufgrund unterschiedlicher Flächenanteile und Abreißkanten maßgeblich beeinflussen. Auch gegenüber einer Dispergiereinrichtung laut DE 296 08 713 U1 , die durch Verstellung des Axialabstandes zwischen Stator und Rotor überproportionale Änderungen des Scherspaltvolumens herbeiführt, erzielt die Erfindung mit dem Einbau einer Vormischkammer eine beträchtliche Beschleunigung des Dispergierens.Thanks to such a Vordispergierkammer, which requires very little space, the device of the invention is energetically extremely advantageous. It represents a substantial development of facilities, for example according to DE 296 08 712 U1 represent, the stator and / or rotor approaches with - seen in cross-section or settlement - have trapezoidal or trapezoidal shape, ie wedge structures that significantly influence the flow due to different surface portions and Abreißkanten. Also against a dispersing loud DE 296 08 713 U1 , which brings about disproportionate changes in the shear gap volume by adjusting the axial distance between the stator and rotor, the invention achieves a considerable acceleration of the dispersion with the installation of a premixing chamber.

Die Vormischkammer ist im äußeren Bereich des Rotors zwischen seiner Unterseite und der begrenzenden Gehäuseseite angeordnet bzw. ausgebildet, daß sie vom Zentrum der Rotorunterseite bis zu einem Vormischkammer-Auslaß reicht. Bei minimalem Platzbedarf ist diese Vorkammer auf diese Weise optimal am Rotor/Stator-System untergebracht. Dabei weist der äußere Statorring nach unten ragende Statorzähne auf, die den Rotor-Umfang mit Minimalabstand berührungslos übergreifen und die bis an einen der Rotor-Unterseite zentrisch gegenüberstehenden Bodenflansch reichen. Diese Ausbildung bewirkt die Erzeugung eines erhöhten statischen Drucks in der Vormischkammer oder trägt zumindest dazu bei. Letztere wird dadurch auf ein kleines Volumen begrenzt, worin eine intensive Vordispergierung - etwa von zugeführtem Heißreagenz - ohne störende Abkühlung vor sich geht.The premixing chamber is disposed in the outer region of the rotor between its lower side and the limiting housing side so as to extend from the center of the rotor lower side to a premixing chamber outlet. With minimal space requirements, this pre-chamber is optimally accommodated in this way on the rotor / stator system. In this case, the outer stator ring on downwardly projecting stator teeth, which overlap the rotor circumference with a minimum distance contactless and extend to one of the rotor underside centrically opposite bottom flange. This design causes or at least increases the generation of increased static pressure in the premix chamber. The latter is thereby limited to a small volume, in which an intensive predispersion - for example of supplied hot reagent - without annoying cooling is going on.

Zweckmäßig mündet die Zuführleitung in einen z.B. schrägen Einlaßkanal, der als bodenparalleler Radialkanal gegenüber der äußeren Rotor-Unterseite in den Bodenflansch integriert ist. Man kann die Konstruktion so ausbilden, daß der Rotor an seiner Oberseite einen maximalen Durchmesser bzw. Umfang hat und von einer Umfangskante oder -rundung aus eine Außenfläche zur Rotor-Unterseite hin einspringt, während die Rotor-Oberseite eben oder konkav gestaltet ist.Conveniently, the supply line terminates in a e.g. oblique inlet channel, which is integrated as a ground-parallel radial channel relative to the outer rotor bottom in the bottom flange. It is possible to construct the construction so that the rotor has a maximum diameter at its upper side and from an outer peripheral surface to the rotor underside from a peripheral edge or rounding, while the rotor upper side is flat or concave.

Eine sehr intensive Radialförderung des Mediums wird dadurch bewirkt, dass an der Rotor-Unterseite ein Umlenkkörper von einem bis zum Bereich der Vorkammer reichenden Flachkonus mit wenigstens einer konusförmigen oder konkaven Außenfläche mit steilerem Konus- bzw. Zentriwinkel gebildet ist, wobei der Übergang zwischen benachbarten Umlenkflächen bevorzugt als scharfe Abreißkante gestaltet ist, um eine zusätzliche Verwirbelung zu erzielen. So können wenigstens zwei stumpfwinkelig aneinander anschließende Kegel- und/oder Wölbflächen eine Stufenfläche der Rotornabe peripher einschließen und nach außen steiler werdende Winkel haben. Diese Umlenkflächen leiten den Teilstrom besonders effektiv in den Hauptraum über. Die kräftige Zentrifugalströmung am äußeren Statorring hat daher bereits eine achsparallele Komponente, die den Teilstrom-Eintritt in den Hauptraum höchst wirksam unterstützt.A very intensive radial promotion of the medium is effected by the fact that at the rotor underside a deflecting body from a reaching to the region of the antechamber flat cone with at least one cone-shaped or concave Outside surface is formed with a steeper cone or central angle, wherein the transition between adjacent deflection surfaces is preferably designed as a sharp tear-off edge in order to achieve additional turbulence. Thus, at least two bevelled and / or curved surfaces adjoining each other at an obtuse angle can peripherally enclose a step surface of the rotor hub and have steeper angles to the outside. These deflection surfaces conduct the partial flow particularly effectively into the main space. The vigorous centrifugal flow on the outer stator ring therefore already has an axially parallel component which most effectively assists the partial flow entry into the main space.

Eine bevorzugte Bauform weist einen Stator mit einer Haube auf, die außerhalb des äußeren Statorringes eine Umlenkkammer begrenzt, welche nahe dem Bodenflansch mit über den Umfang verteilten Auslaß-Öffnungen versehen ist, wobei das Förderorgan unmittelbar über dem zentrisch in der Haube ausgebildeten Einlaß nahe dem Rotor sitzt. Diese extrem kompakte Anordnung ist direkt an einen Behälterboden anflanschbar und gewährleistet durch die Rezirkulation auf engem Raum einen hohen Homogenisierungsgrad.A preferred design has a stator with a hood which defines, outside the outer stator ring, a deflection chamber which is provided near the bottom flange with circumferentially spaced outlet openings, the conveying member being located immediately above the centrally formed in the hood inlet near the rotor sitting. This extremely compact arrangement can be flanged directly onto a tank bottom and ensures a high degree of homogenization due to the recirculation in a small space.

Dispergierer werden typisch mit sehr engen Toleranzen gefertigt und präzise montiert. Namentlich in Anbetracht der geringen Minimal-Abstände im axial verstellbaren Rotor/Stator-System, die bei bis zu 0,1 mm liegen können, ist ein als Hohlwellen-Motor ausgebildeter Antrieb überaus zweckmäßig, der an dem Bodenflansch und an einem dazu rechtwinkeligen Tragflansch gelagert ist. Damit die in die Hohlwelle kraftschlüssig eingesteckte Antriebswelle im Betrieb dimensionsstabil bleibt, ist die Rotorwelle bevorzugt durch Anschläge und Tellerfedern innerhalb einer Gleitringdichtung axial so abgestützt, daß eine Längenausdehnung der Hohlwelle und damit der Antriebswelle nur in Richtung weg vom Bodenflansch möglich ist. Dadurch werden auf überraschend einfache Weise Wärme-Einwirkungen zuverlässig kompensiert, die vom darunterliegenden Motor herrühren. Obwohl die Temperaturen der Antriebswelle im Dauerbetrieb beispielsweise bis zu 120 °C erreichen können, finden infolgedessen am darüber befindlichen Dispergierer praktisch keine Wärmedehnungen statt; vielmehr treten bei Erwärmung unvermeidliche Längenausdehnungen der Motorhohlwelle allein in der Richtung auf, die von der Dispergiereinrichtung wegführt. Daher hat man dank gleichbleibend enger Spalte am Rotor/Stator-System dauernd optimale Scherwirkung. Zur Einstellung eines Pulsationseffekts ist die Druckverteilung im Dispergierer auslaßseitig steuerbar, und zwar bevorzugt durch Wahl des Strömungsweges und der Strömungsstrecke bzw. des Umschlingungswinkels im Auslaßkanal hinter dem Auslaßstutzen oder durch die Flächenbemessung und die Anordnung der Auslaß-Öffnungen, so daß eine Anpassung an Betriebsbedingungen auf relativ einfache Weise vorgenommen werden kann.Dispersers are typically manufactured to very tight tolerances and precisely assembled. In particular, given the small minimum distances in the axially adjustable rotor / stator system, which can be up to 0.1 mm, designed as a hollow shaft motor drive is extremely useful, which is mounted on the bottom flange and on a rectangular support flange is. Thus, the non-positively inserted in the hollow shaft drive shaft remains dimensionally stable in operation, the rotor shaft is preferably axially supported by stops and disc springs within a mechanical seal so that a longitudinal expansion of the hollow shaft and thus the drive shaft only in the direction away from the bottom flange is possible. As a result, heat effects are reliably compensated in a surprisingly simple manner, resulting from the underlying engine. Although the temperatures of the drive shaft in continuous operation, for example, can reach up to 120 ° C, as a result, take place at the disperser above virtually no thermal expansion; rather, upon heating, unavoidable linear expansion of the hollow shaft of the motor occurs solely in the direction leading away from the dispersing device. Therefore, thanks to the consistently narrow gaps on the rotor / stator system, one always has optimum shearing action. To set a Pulsationsseffekts the pressure distribution in the disperser is controllable outlet side, preferably by selecting the flow path and the Umschlingungswinkels or in the outlet behind the outlet port or by the area design and the arrangement of the outlet openings, so that an adaptation to operating conditions relatively simple way can be made.

Gemäß einer Weiterbildung hat ein an den Behälterboden anflanschbarer Aufsatz ein das Förderorgan umschließendes Einlaufrohr, wodurch das Medium besonders kräftig angesaugt wird. Von einem Auslaßstutzen geht eine Leitung ab, die z.B. über ein Ventil schaltbar ist und an bzw. in den Oberteil des Behälters zurückführt, gewünschtenfalls mit solchem Tangentenwinkel, daß eine von dem Rühr- bzw. Förderorgan erzeugte Produktrotation abgebremst wird. Man vermeidet Lufteinschlüsse, wenn die Leitung unterhalb des im Behälter minimal vorhandenen Produktpegels zurückgeführt wird.According to a further development, an attachment which can be flanged to the container bottom has an inlet pipe enclosing the conveying member, as a result of which the medium is sucked in particularly vigorously. From an outlet nozzle goes off a line, e.g. is switchable via a valve and leads back to or in the upper part of the container, if desired, with such a tangent angle that a product rotation generated by the stirring or conveying member is decelerated. Air trapping is avoided when the line is returned below the minimum level of product in the vessel.

Die Rückführleitung kann zumindest streckenweise außerhalb des Behälters, der in einer Laborausführung z.B. 16 l und industriell z.B. 10.000 I fassen kann, installiert und nach Bedarf temperiert werden. Bei hohen Dispergierleistungen, etwa im Bereich von 30 bis 50 kW, ist die neuartige Möglichkeit einer externen Kühlung von großem Vorteil.The return line can at least partially outside the container, which in a laboratory design, e.g. 16 l and industrially e.g. 10,000 I can hold, installed and tempered as needed. At high dispersing powers, for example in the range from 30 to 50 kW, the novel possibility of external cooling is of great advantage.

Eine weitere Reduzierung der Tröpfchengrößen erzielt man dadurch, daß eine oder beide Stufen des Dispergierers mit Ultraschall beaufschlagbar sind, für die der Rotor einen intermittierenden Reflektor bildet. Die neben den Statorzähnen vorbeirotierenden Rotorzähne bewirken so eine intermittierend-fortlaufende Vergleichmäßigung im Produkt.A further reduction of the droplet sizes is achieved in that one or both stages of the disperser can be acted upon by ultrasound, for which the rotor forms an intermittent reflector. The rotor teeth rotating past the stator teeth thus effect an intermittent continuous homogenization in the product.

Bedeutsam ist eine Weiterbildung, wonach das Durchlaßvolumen im Bereich der Vormischkammer oder deren Volumen selbst durch Änderung der Rotorform und/oder der Statorform bei unveränderter Scherkantenlänge einstell- bzw. veränderbar ist. Ändert man die Statoröffnungen in der zweiten Stufe (bei sonst gleicher Vorrichtung), so wird der Schergradient und damit die volumenbezogene Energie beeinflußt, während die Scherkante der die Vormischkammer begrenzenden Statorzähne gleichbleibt. Zwecks Beeinflussung von Teilstrom-Energiedichte und Verweildauer kann umgekehrt die Scherkantenlänge bei unverändertem Vormischkammer-Volumen einstell- bzw. veränderbar sein. Mit relativ einfachen apparativen Mitteln läßt sich so eine optimale Anpassung der Verfahrensführung an die jeweils gestellte Mischaufgabe erreichen.Significantly, a further development, according to which the passage volume in the premixing chamber or its volume itself can be adjusted or changed by changing the rotor shape and / or the stator shape with unchanged shear edge length. If the stator openings are changed in the second stage (with the apparatus otherwise being the same), the shear gradient and thus the volume-related energy are influenced, while the shearing edge of the stator teeth delimiting the premixing chamber remains the same. Conversely, for the purpose of influencing partial flow energy density and residence time, the shearing edge length can be set or changed with an unchanged premixing chamber volume. With relatively simple apparatus means can be so achieve an optimal adaptation of the process management to the respective asked mixing task.

Alternativ zu den vorgenannten integrierten Bauformen kann die Vorrichtung als separat anbaubare Vordispergierstufe gestaltet sein, speziell zum wirtschaftlichen Nachrüsten existenter Homogenisier- bzw. Dispergier-Anlagen. Eine solche separate Dispergiereinrichtung wird kontinuierlich nur mit demjenigen Teil R I" des Hauptstromes beschickt, dem in der Vormischkammer das Reagenz R II in einer Menge dosiert zugeführt wird, die dem Gesamtstrom R I entspricht. Dadurch erreicht man eine Überkonzentration von R II im Auslaßstrom der Dispergiereinrichtung. Das überkonzentrierte Gemisch kann durch einen erheblich kleiner dimensionierten Hochdruckhomogenisator verarbeitet und dann mit dem verbleibenden Reagenzstrom R I' nachvermischt werden.As an alternative to the aforementioned integrated designs, the device can be designed as a separately attachable predispersing stage, especially for the economical retrofitting of existing homogenizing or dispersing plants. Such a separate dispersing device is continuously charged only with that portion of the main stream to which the reagent R II is metered in the premixing chamber in an amount corresponding to the total flow RI, thereby achieving an excess concentration of R II in the outlet stream of the dispersing device. The over-concentrated mixture can be processed through a considerably smaller sized high pressure homogenizer and then remixed with the remaining reagent stream RI '.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1
ein schematisierter Prozessbehälter in Axialschnittansicht mit einer angeflanschten Dispergiereinrichtung,
Fig. 2
ein Strömungs-Fließbild,
Fig. 3
eine Teil-Schnittansicht einer Rotor/Stator-Anordnung mit einer Vormischkammer,
Fig. 4
einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend dem Bereich IV in Fig. 3,
Fig. 5
eine Axialschnittansicht eines Homogenisators mit schematisch angedeutetem Antrieb,
Fig. 6
eine Axialschnittansicht eines ähnlichen Homogenisators mit einem Aufsatz,
Fig. 7a, 7b, 7c
Axialschnittansichten verschieden ausgebildeter Teile eines Aufsatzes nach Fig. 6, teilweise in auseinandergezogener Darstellung (Fig. 7a),
Fig. 8a, 8b
je eine Draufsicht bzw. Seitenansicht, teilweise im Schnitt, von Statorringen,
Fig. 9a, 9b
je eine Draufsicht bzw. Seitenansicht, teilweise im Schnitt, von Statorringen,
Fig. 10a, 10b
Seitenansichten einer Antriebswelle sowie einer mit ihr kuppelbaren Rührwelle und
Fig. 11a, 11b, 11c
je eine Draufsicht bzw. Seitenansicht eines Rotors und eines Ansatzes.
Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show:
Fig. 1
a schematic process container in axial section view with a flanged disperser,
Fig. 2
a flow diagram,
Fig. 3
a partial sectional view of a rotor / stator assembly with a premixing chamber,
Fig. 4
an enlarged section corresponding to the area IV in Fig. 3 .
Fig. 5
an axial sectional view of a homogenizer with schematically indicated drive,
Fig. 6
an axial sectional view of a similar homogenizer with an essay,
Fig. 7a, 7b, 7c
Axial sectional views of various trained parts of an essay after Fig. 6 , partially exploded ( Fig. 7a )
Fig. 8a, 8b
each a plan view or side view, partly in section, of stator rings,
Fig. 9a, 9b
each a plan view or side view, partly in section, of stator rings,
Fig. 10a, 10b
Side views of a drive shaft and a coupling with her agitator shaft and
Fig. 11a, 11b, 11c
depending on a plan view and side view of a rotor and a neck.

Fig. 1 zeigt in schematisierter Übersicht eine Mischanlage, die einen Behälter F mit eingebautem Rührwerk R und mit einem dazu gegenläufig antreibbaren Balkenrührer W aufweist, der am unteren Ende ein Einlaufrohr 19 hat. Dieses steht einem Bodenflansch 14 (Fig. 5) gegenüber, mit dem ein Rohrstutzen 16 eines Dispergierers 10 am Gehäuse 12 eines Behälters F angebracht ist, wofür Fig. 5 und 6 verschiedene Beispiele bieten. Eine Zuführleitung 30 mit Anschluß 32 mündet mit einem Einlaß 38 (Fig. 3) an dem Bodenflansch 14. Der Dispergierer 10 ist durch eine Rückführ- oder Rezirkulationsleitung Z mit dem oberen Teil des Behälters F verbunden, in dessen Deckel ein absperrbares Drucksystem mit Sprühköpfen ragt, das zur periodischen Reinigung vorgesehen ist. Der Dispergierer kann alternativ auch in der Ausführung gemäß Fig. 5 ohne Rezirkulationsleitung eingesetzt werden. Fig. 1 shows a schematic overview of a mixing plant, which has a container F with built-in stirrer R and with a counter-driven bar stirrer W, which has an inlet pipe 19 at the lower end. This is a bottom flange 14 ( Fig. 5 ), with which a pipe socket 16 of a disperser 10 is attached to the housing 12 of a container F, for what Fig. 5 and 6 offer different examples. A feed line 30 with connection 32 opens with an inlet 38 (FIG. Fig. 3 The disperser 10 is connected by a return or recirculation line Z to the upper part of the container F, in the lid of which a lockable pressure system with spray heads is provided, which is provided for periodic cleaning. The disperser can alternatively also in the embodiment according to Fig. 5 be used without recirculation line.

Aus Fig. 2 ist der typische Verfahrens-Ablauf ersichtlich. In einem (hier weggelassenen) Behälter F hält man entsprechend der Rezeptur eine Trägersubstanz (Reagenz I) bereit. Ein (ebenfalls nicht gezeichneter) Vorlagebehälter liefert ein Zugabemittel (Reagenz II); gemäß Anspruch 10 kann dies ein heißes Wachs sein. Der Vorlagebehälter ist über eine Dosiereinrichtung mit dem Zulauf 30 zu einer Vormischkammer 60 der Dispergiereinrichtung 10 verbunden.Out Fig. 2 the typical procedure is evident. In a (omitted here) container F is kept according to the recipe, a carrier (reagent I) ready. A (also not shown) storage container provides an additive (reagent II); according to claim 10, this may be a hot wax. The feed tank is connected via a metering device to the inlet 30 to a premixing chamber 60 of the dispersing device 10.

Im Behälter F wird - falls vorhanden - das Rührwerk R gestartet und dann der Dispergierer 10 in Lauf gesetzt. Nun strömt Reagenz I durch die Dispergiereinrichtung 10 und über die Rezirkulationsleitung Z (oder direkt) wieder in den Behälter F. Die Dosiereinrichtung am Vorlagebehälter wird eingeschaltet, so daß Reagenz II als Teilstrom R II in die Vormischkammer 60 des Dispergierers 10 gelangt und sich darin mit dem Teilstrom R I' von Reagenz I in äußerst kurzer Zeit vermengt.In the container F, if present, the agitator R is started and then the disperser 10 is started. Reagent I now flows through the dispersing device 10 and via the recirculation line Z (or directly) back into the container F. The metering device on the receiver tank is turned on, so that reagent II as a partial flow R II enters the premixing chamber 60 of the disperser 10 and is in it the partial stream RI 'of reagent I in an extremely short time.

Die Komponenten (R I + R II) werden in der Vormischkammer 60 innig dispergiert, wobei sich je nach gewählten Verfahrensbedingungen eine Fein- bis Feinstverteilung ergibt. Der entstandene Teilstrom R I+II vereinigt und vermischt sich aufgrund der statischen Druckdifferenzen und der Geometrie der Vormischkammer 60 mit dem restlichen Hauptstrom R I" von Reagenz I der Dispergiereinrichtung 10. Dieses Produkt III, bestehend aus dem mit Reagenz II angereicherten Reagenz I, wird als Endstrom E in den Behälter F zurückgeführt. Es ist oft bereits das Fertigprodukt. Seine Umläufe über die Dispergiereinrichtung 10 werden solange fortgesetzt, bis das Produkt III die Rezeptur-Konzentration von Reagenz II in Reagenz I hat. Meist ist die Zugabe eines Emulgators nicht oder nur in kleiner Dosierung notwendig. - Versuche haben übrigens ergeben, daß auch andere rezepturgebundene Substanzen in geringerer Menge verarbeitet werden können.The components (RI + R II) are intimately dispersed in the premixing chamber 60, resulting in a fine to very fine distribution depending on the selected process conditions. The resulting partial flow R I + II combined and mixed due to the static pressure differences and the geometry of the premixing chamber 60 with the remaining main flow RI "of reagent I of the disperser 10. This product III, consisting of the Reagent II-enriched reagent I, is returned as the final stream E in the container F. It is often already the finished product. Its circulations via the dispersing device 10 are continued until the product III has the formulation concentration of reagent II in reagent I. In most cases, the addition of an emulsifier is not necessary or only in small doses. - Experiments have incidentally revealed that also other receptor-bound substances can be processed in a smaller amount.

Aus Fig. 3 und 4 gehen Einzelheiten des Mischbereichs und der Vorkammer 60 hervor, die in Verbindung mit der nachfolgenden Erläuterung des Grund-Aufbaues anhand der Beispiele von Fig. 5 und 6 deutlich werden.Out 3 and 4 For details of the mixing zone and the pre-chamber 60, which will be described in connection with the following explanation of the basic structure with reference to the examples of Fig. 5 and 6 become clear.

Eine Rotorwelle 24 durchsetzt ein Einlaufrohr 19. Sie hat am unteren Ende eine Ausnehmung 27, mit der sie über einen Kupplungsansatz 25 mit der Welle 22 (Fig. 10a, 10b) eines an einem Tragflansch 18 befestigten Antriebsmotors 20 verbunden ist. Nur gestrichelt sind in Fig. 5 und 6 die Umrisse des - bei hoher Leistung recht schweren - Motors 20 angedeutet, ebenso (rechts) ein seitlicher Klemmkasten für (nicht dargestellte) elektrische Anschlüsse. Die Motorwelle 22 hat am oberen Ende als zweites Lager ein Konuslager 23 zur Stabilisierung der Rotorwelle 24, die sich über Tellerfedern 13 mit einem Festlager am Bodenflansch 14 und mit einem Loselager am Tragflansch 18 abstützt, der den Rohrstutzen 16 haltert und zusätzlich durch Distanzbolzen 28 am Bodenflansch 14 abgestützt ist. Die Abdichtung zum Behälter erfolgt mittels einer Gleitringdichtung 26.A rotor shaft 24 passes through an inlet pipe 19. It has a recess 27 at the lower end, with which it is connected via a coupling projection 25 to the shaft 22 (FIG. Fig. 10a, 10b ) connected to a support flange 18 drive motor 20 is connected. Only dashed are in Fig. 5 and 6 the outlines of - at high power quite heavy - engine 20 indicated, as well (right) a side terminal box for (not shown) electrical connections. The motor shaft 22 has at the upper end as a second bearing a conical bearing 23 for stabilizing the rotor shaft 24, which is supported on disc springs 13 with a fixed bearing on the bottom flange 14 and a loose bearing on the support flange 18 which supports the pipe socket 16 and additionally by spacer bolts 28 on Bottom flange 14 is supported. The seal to the container by means of a mechanical seal 26th

Die Rotorwelle 24 trägt die Nabe 51 eines Rotors 50 und ist am freien Ende darüber mit einer Rührwelle 43 drehfest verbunden, die ein Rührorgan 44 in Form eines Propellers haltert. Die Unterseite des Rotors 50 steht dem Bodenflansch 14 direkt gegenüber. In diesem ist ein Einlaßkanal 38 - namentlich schräg - angeordnet, in den eine Zuführleitung 30 mündet, die vorzugsweise in den Flansch 14 bodenparallel verlaufend integriert ist, beispielsweise in radialer Richtung. Sie kann allerdings auch als äußeres Rohr ausgebildet und schräg an die Mündung des Einlaßkanals 38 herangeführt sein. Für die Heißwachs-Zufuhr aus einem (nicht dargestellten) Vorratsbehälter ist der Anschluß 32 mit einem Absperrorgan 34 vorhanden, z.B. einem Drehschieber oder einem Ventil, das mit einem - wahlweise auch anders angeordneten - Hebel 36 bedienbar ist.The rotor shaft 24 carries the hub 51 of a rotor 50 and is rotatably connected at the free end above with a stirrer shaft 43 which holds a stirrer 44 in the form of a propeller. The underside of the rotor 50 is directly opposite the bottom flange 14. In this an inlet channel 38 - in particular obliquely - arranged, in which a feed line 30 opens, which is preferably integrated into the flange 14 extending parallel to the ground, for example in the radial direction. However, it can also be designed as an outer tube and be brought obliquely to the mouth of the inlet channel 38. For the hot wax supply from a (not shown) reservoir of the terminal 32 with a shut-off device 34 is present, for example, a rotary valve or a valve which is operable with a - optionally arranged differently - lever 36.

Der Bodenflansch 14 ist mit einem Stator 40 einstückig oder starr verbunden, welcher den Rotor 50 von oben übergreift und eine Ansaugöffnung 45 hat, unterhalb deren sich ein Hauptraum 15 befindet, der von der Oberseite bzw. Deckfläche 53 des Rotors 50 nach unten begrenzt ist. Der Stator 40 und der Rotor 50 haben jeweils achsparallele Zahnkränze, die mit geringstem Radialspiel ineinandergeschachtelt sind. So besitzt der Stator 40 einen inneren Statorring 41 mit inneren Statorzähnen 46 und einen äußeren Statorring 42 mit äußeren Statorzähnen 48. Der Rotor ist mit radial weiter innen liegenden inneren Ansätzen bzw. Zähnen 63 sowie mit äußeren Ansätzen bzw. Zähnen 65 versehen, zwischen denen sich Radialdurchlässe 66 befinden (Fig. 11a). Entsprechende Radialdurchlässe 47 sind am inneren Statorring 41 vorhanden (Fig. 8a), ebenso Radialdurchlässe 49 am äußeren Statorring 42 (Fig. 8b). Die Ansätze 63, 65 des Rotors 50 stehen von seiner Oberseite 53 senkrecht ab (Fig. 11b) und haben geneigte Seiten- und Dachflächen, wobei das obere Ende der Zähne 63 bzw. 65 in Schrägflächen 67 ausläuft. Alle Zähne bzw. Ansätze 63, 65 können zur Umfangsrichtung schräg angestellte Flügelflächen 64 aufweisen (Fig. 11a, 11c).The bottom flange 14 is integrally or rigidly connected to a stator 40, which engages over the rotor 50 from above and has a suction port 45, below which there is a main space 15 which is bounded by the top or top surface 53 of the rotor 50 down. The stator 40 and the rotor 50 each have axially parallel sprockets, which are nested with minimal radial clearance. Thus, the stator 40 has an inner stator ring 41 with inner stator teeth 46 and an outer stator ring 42 with outer stator teeth 48. The rotor is provided with radially inner lobes 63 and outer lugs or teeth 65 therebetween Radial passages 66 are located ( Fig. 11a ). Corresponding radial passages 47 are provided on the inner stator ring 41 ( Fig. 8a ), as radial passages 49 on the outer stator ring 42 (FIG. Fig. 8b ). The lugs 63, 65 of the rotor 50 are perpendicular from its top 53 ( Fig. 11b ) and have inclined side and roof surfaces, wherein the upper end of the teeth 63 and 65 terminates in inclined surfaces 67. All teeth or lugs 63, 65 can have obliquely arranged wing surfaces 64 relative to the circumferential direction ( Fig. 11a, 11c ).

Wichtig ist die Gestaltung des Rotors 50 (siehe vor allem Fig. 11b). Seine Nabe 51 hat eine Zentralbohrung 52 und eine ebene Stirnfläche 54, an die eine abgesetzte Stufenfläche 55 parallel zur Deckfläche 53 anschließen kann. An einem Radius, der durch die Lage der Mündung des Einlaßkanals 38 vorgegeben ist, geht die Stufenfläche 55 in einen Flachkonus 56 über, von dem an einer scharfen Abreißkante 57 eine konkave Außenfläche 58 abgeht, die in steilerem Winkel an der Umfangskante 59 nahe oder an der Deckfläche 53 ausläuft. An diesem Teil wird der Rotor 50, der hier seinen größten Durchmesser sowie am Umfang eine Anzahl vorzugsweise konkav gekrümmter oder gewölbter Auslaßkanäle 68 hat, von den äußeren Statorzähnen 48 mit Minimalspalt übergriffen (vergl. Fig. 3 und 4).Important is the design of the rotor 50 (see above all Fig. 11b ). Its hub 51 has a central bore 52 and a flat end surface 54, to which a stepped stepped surface 55 can connect parallel to the top surface 53. At a radius which is determined by the position of the mouth of the inlet channel 38, the step surface 55 merges into a flat cone 56 from which a concave outer surface 58 branches off at a sharp tear-off edge 57, which approaches or approaches at a steeper angle at the peripheral edge 59 the top surface 53 expires. At this part, the rotor 50, which here has its largest diameter and at the periphery a number of preferably concavely curved or curved outlet channels 68, overlapped by the outer stator teeth 48 with minimum gap (see FIG. 3 and 4 ).

Zwischen der Innenbegrenzung der äußeren Statorzähne 48, der Außenfläche 58 des Rotors 50 und der benachbarten Oberseite des Bodenflansches 14 ist die Vormischkammer 60 angeordnet, welche für das Zumischen und Dispergieren von zentraler Bedeutung ist. In diesem kleinen Volumen, zu dem in der jeweiligen Umfangs-Position dasjenige des betreffenden Auslaßkanals 68 gehört, wird das aus der Zuführung 30 kommende heiße Reagenz II nach Umlenkung an dem als Prallfläche wirkenden Flachkonus 56 mit dem im Hauptraum 15 bereits vorhandenen Medium I zu einem Gemisch verwirbelt. Dieses gelangt als Teilstrom R I+II durch den zugeordneten Auslaßkanal 68 zu den äußeren Statorzähnen 48 und durch die äußeren Radialdurchlässe 49 hindurch in eine Umlenkkammer 61 und fließt dispergiert am Gehäuse 12 entlang durch die Radialauslässe 62 des Stators 40 in einen (nicht gezeichneten) Behälter ab. Das Rührorgan 44 führt den Hauptstrom R I aus dem Behälter F fortlaufend dem inneren Hauptraum 15 zu, bis die Dispersion den gewünschten Homogenisierungsgrad erreicht hat. Über einen (nicht dargestellten) Auslaß kann der Endstrom E des fertigen Produkts III abgezogen werden.Between the inner boundary of the outer stator teeth 48, the outer surface 58 of the rotor 50 and the adjacent upper surface of the bottom flange 14, the premixing chamber 60 is arranged, which is for mixing and dispersing of central importance. In this small volume, to which in the respective circumferential position that of the respective outlet channel 68 belongs, coming from the feeder 30 hot reagent II is after deflection on the acting as a baffle flat cone 56 with the already existing in the main chamber 15 Medium I to a Mixture swirled. This passes as a partial flow R I + II through the associated outlet channel 68 to the outer stator teeth 48 and through the outer radial passages 49 therethrough in a deflection chamber 61 and flows in a dispersed manner on the housing 12 through the radial outlets 62 of the stator 40 in a (not shown) from container. The stirring member 44 continuously supplies the main stream RI from the container F to the inner main space 15 until the dispersion has reached the desired degree of homogenization. Via an outlet (not shown) of the final flow E of the finished product III can be deducted.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist prinzipiell gleichartig aufgebaut, weshalb entsprechende Bauteile mit schon erwähnten Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Hier ist der Stator 40 nicht als Haube, sondern als Deckplatte ausgebildet, die mit der zentrischen Ansaugöffnung 45 versehen und mit einem zylindrischen Gehäuse 70 starr verbunden ist, das der ebenfalls starr befestigte Bodenflansch 14 unten abschließt. Der bevorzugt schräge Einlaß 38 ist mit dem Anschluß 32 wiederum durch eine als bodenparalleler Radialkanal im Flansch 14 ausgebildete Zuführung 30 raumsparend verbunden. An einer Umfangsstelle hat das Gehäuse 70 einen Stutzen 69 (Fig. 6 und 7b) mit einem Anschluß 72 für eine (hier nicht gezeichnete) Rückführleitung zur Oberseite des Behälters F.The embodiment of Fig. 6 is basically the same structure, which is why corresponding components are marked with already mentioned reference numbers. Here, the stator 40 is not formed as a hood, but as a cover plate, which is provided with the central suction port 45 and rigidly connected to a cylindrical housing 70, which also closes the bottom flange 14 fixed rigidly below. The preferably oblique inlet 38 is in turn connected to the terminal 32 by a trained as a ground-parallel radial channel in the flange 14 feeder 30 space-saving. At a peripheral location, the housing 70 has a nozzle 69 (FIG. Fig. 6 and 7b ) with a connection 72 for a (not shown here) return line to the top of the container F.

Die Statorplatte 40 trägt einen Aufsatz 17, der daran mit einem Befestigungsflansch 71 montierbar ist und in einem Einlaufrohr 19 das Rührorgan 44 umgibt (Fig. 7a). Das mit dem Flansch 71 verschweißte Einlaufrohr 19 ist mit einem oberen Flansch 29 starr verbunden, auf den ein - in Fig. 7a getrennt dargestellter - Flanschring 39 aufsetzbar ist, den man am Gehäuse 12 bzw. an einem damit verbundenen Flanschansatz verschrauben kann.The stator plate 40 carries an attachment 17 which can be mounted thereon with a fastening flange 71 and surrounds the stirring element 44 in an inlet pipe 19 ( Fig. 7a ). The inlet pipe 19, which is welded to the flange 71, is rigidly connected to an upper flange 29, onto which an in - Fig. 7a shown separately - flange 39 can be placed, which can be screwed to the housing 12 and to a connected flange approach.

Bei einer weiteren Bauform des Aufsatzes 17 hat das Gehäuse 70 gemäß Fig. 7b einen verkürzten Wachs-Zufuhranschluß 32, der als Bestandteil des Bodenflansches 14 direkt unterhalb des Gehäuses 70 mit diesem verschweißt ist. Im noch anderen Beispiel der Fig. 7c ist der Anschluß 32 unmittelbar in die Wandung des Gehäuses 70 eingesetzt, wodurch man eine zusätzliche Platzersparnis erzielt.In a further design of the attachment 17, the housing 70 according to Fig. 7b a shortened wax supply port 32, which is welded as part of the bottom flange 14 directly below the housing 70 with this. In yet another example of Fig. 7c the terminal 32 is inserted directly into the wall of the housing 70, thereby achieving additional space savings.

Eine besondere Problematik besteht darin, daß für die Entwicklung neuer Rezepturen zuerst naturgemäß in kleineren Laboranlagen von z.B. 3...16 I Inhalt mit Dispergierern entsprechend geringer Leistung (beispielsweise 1,5...5,5 kW) gearbeitet wird. Die Umsetzung auf industriellen Maßstab macht herkömmlich große und zeitraubende Mühe, weil die unterschiedlichen thermischen Bedingungen und andersartigen Verhältnisse von Oberflächen zu Volumen den Übergang auf große Volumina von z.B. 500...5000 I recht kompliziert gestalten, zumal wenn ein Übersetzungsfaktor von 300 überschritten wird. Viele Rezepturen werden durch die Vermischung des heißen Wachs-Zusatzes mit der vergleichsweise kalten Trägersubstanz wesentlich beeinflußt. Der Vorgang findet hier im Vordispergierraum statt, dessen Volumen hauptsächlich vom Rotordurchmesser abhängt, der wiederum in 5. Potenz die Leistungsaufnahme des Rotors bestimmt. Es zeigte sich als großer Vorteil des justierten Teilstromverfahrens nach der Erfindung, daß für den Übergang von einer 3,0-kW-Labormaschine auf eine 45-kW-Dispergiereinrichtung eine Rotorvergrößerung nur im Verhältnis 1:1,72 erforderlich ist. Das entspricht einem Verhältnis 1:2,95 der Volumenvergrößerung im Vordispergierraum, was gegenüber dem Übersetzungsfaktor 300 als verschwindend gering anzusehen ist. Bei praktischen Versuchen konnten die in der Laboranlage erarbeiteten Rezepturen identisch auf die Produktionsanlage übernommen werden, und zwar unter voller Übereinstimmung des erzeugten Produkts mit dem Laborergebnis. Aufgrund des geringen ,aktiven Volumens' und des Wegfalls einer Aufheizzeit der Trägersubstanz verkürzt sich die Produktionsdauer für diesen Prozeßschritt erheblich, z.B. bei 2000 kg für einen Batchzyklus vom Beginn der Behälter-Befüllung bis zum Ende des Abpumpens von durchschnittlich 2,5 h auf 40 min, was neben einer großen Steigerung der Tagesproduktion auch eine beträchtliche Energie-Einsparung bedeutet.A particular problem is that for the development of new formulations first work naturally in smaller laboratory equipment of eg 3 ... 16 I content with dispersers correspondingly low power (for example, 1.5 ... 5.5 kW). The implementation on an industrial scale makes conventional large and time-consuming effort, because the different thermal conditions and different Ratios of surfaces to volumes make the transition to large volumes of eg 500 ... 5000 I rather complicated, especially if a translation factor of 300 is exceeded. Many formulations are significantly influenced by the mixing of the hot wax additive with the relatively cold carrier substance. The process takes place here in Vordispergierraum whose volume depends mainly on the rotor diameter, which in turn determines the power consumption of the rotor in the 5th power. It turned out to be a great advantage of the adjusted partial flow method according to the invention that for the transition from a 3.0 kW laboratory machine to a 45 kW dispersing device a rotor enlargement is required only in the ratio 1: 1.72. This corresponds to a ratio of 1: 2.95 of the volume increase in the predispersion space, which is to be regarded as negligible compared to the translation factor 300. In practical experiments, the recipes developed in the laboratory facility could be transferred to the production plant in the same way, in full compliance of the product produced with the laboratory result. Due to the small 'active volume' and the elimination of a heating time of the carrier, the production time for this process step is shortened considerably, eg at 2000 kg for a batch cycle from the beginning of the container filling to the end of the pumping from an average of 2.5 h to 40 min , which in addition to a large increase in daily production also means a considerable energy saving.

Einsatzbeispiel A: Fettsäure-Kalkmilch-MischungExample of use A: Fatty acid-lime milk mixture

Bei der Herstellung von Fettsäure-Kalkmilch Mischungen, z.B. zur Gewinnung von Reinigungsmitteln, wird Fettsäure als Reagenz II in die Vorkammer 60 zudosiert. Der in Lösung gegangene CaOH-Komplex des Teilstroms R I' von Reagenz I (Kalkmilch) reicht zur Neutralisation der schwachen Fettsäure. Bei der Nachmischung wird durch das in Suspension befindliche CaOH wieder die Sättigungskonzentration erreicht. Die äußerst störende Bildung von Kalk-Fettsäure-Agglomeraten wird durch das Teilstrom-verfahren erfolgreich vermieden.In the production of fatty acid-lime milk mixtures, e.g. for the recovery of cleaning agents, fatty acid is added as reagent II in the prechamber 60. The dissolved CaOH complex of the partial stream R I 'of reagent I (milk of lime) is sufficient to neutralize the weak fatty acid. During the subsequent mixing, the saturation concentration is reached again by the suspension of CaOH. The extremely disturbing formation of lime-fatty acid agglomerates is successfully avoided by the partial flow method.

Einsatzbeispiel B: Flockungsmittel-Zugabe in der WasseraufbereitungExample of use B: Flocculant addition in water treatment

Bei der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung werden Flockungsmittel und Koagulationshemmer (z.B. Aluminiumsulfat) im ppm-Bereich zugegeben. Weil eine homogene Dosierung dieser Mittel in den Betriebsanlagen schwierig ist, muß häufig überdosiert werden, was erhebliche Kostensteigerung bedeutet. Man kann einen Teilstrom von 10% bis 1% der Wassermenge über eine Dispergiereinrichtung 10 mit Vorkammer 60 leiten und dieser Wassermenge (über Anschluß P4 des Dispergierers 10) im Teilstromverfahren das Flockungsmittel oder Antikoagulant zuführen. Die Rezirkulationsleitung Z führt direkt wieder in das Bearbeitungsbecken der Gesamtwassermenge. So erfolgt die Zugabe dort in dem erheblich günstigeren Mischungsverhältnis von 1:10 bis 1:100. Die äußerst kurze Verweildauer der Flockungsmittel im Scherbereich der Dispergiereinrichtung verhindert eine Zerstörung der Molekülketten der Flockungsmittel. Ein größerer Spalt zwischen Rotor und Stator kann von Vorteil sein.In water treatment and wastewater treatment, flocculants and coagulation inhibitors (eg aluminum sulfate) are added in the ppm range. Because one Homogeneous dosage of these agents in the plants is difficult, must be often overdosed, which means significant cost increase. It is possible to pass a partial stream of 10% to 1% of the water quantity via a dispersing device 10 with prechamber 60 and to supply the flocculant or anticoagulant to this quantity of water (via connection P4 of the disperser 10) in the partial flow method. The recirculation line Z leads directly back into the processing tank of the total amount of water. Thus, the addition takes place there in the much cheaper mixing ratio of 1:10 to 1: 100. The extremely short residence time of the flocculants in the shear area of the dispersing device prevents destruction of the molecular chains of the flocculants. A larger gap between rotor and stator can be an advantage.

Einsatzbeispiel C1: Exotherme VorgängeExample C1: Exothermic processes

Bei vielen chemischen Reaktionen wird Wärme freigesetzt. Diese Wärme muß abgeführt werden um die Reaktion kontrolliert ablaufen zu lassen. Beim justierten Teilstromverfahren nach der Erfindung kann das Mengenverhältnis von Reagenz I und Reagenz II exakt zueinander eingestellt werden und zwar so, daß die Kühlung der Rezirkulationsleitung Z der Wärmemenge der Reaktionswärme entspricht.Many chemical reactions release heat. This heat must be dissipated to allow the reaction to proceed in a controlled manner. In the adjusted partial flow method according to the invention, the quantitative ratio of reagent I and reagent II can be set exactly to one another in such a way that the cooling of the recirculation line Z corresponds to the heat quantity of the heat of reaction.

Einsatzbeispiel C2: Endotherme ProzesseExample C2: Endothermic processes

Bei endothermen Vorgängen reicht häufig schon die Wärmeeinbringung durch das Rotor/Stator-System 40/50, um die benötigte Wärmemenge für die Lösung zu erhalten. Hier ist eine hohe Energiedichte vorteilhaft, selbst wenn die Teilchen-/Tröpfchen-Größe vom Verfahren her an sich zweitrangig ist.In endothermic processes, the heat input through the rotor / stator system 40/50 is often sufficient to obtain the required amount of heat for the solution. Here, a high energy density is advantageous, even if the particle / droplet size is secondary to the process itself.

Anforderungen an die DispergiereinrichtungRequirements for the dispersing device

Das zweistufige Dispergieren bildet den Kem von Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung. Die Haupt-Anforderungen an die Dispergiereinrichtung 10 sind:

  1. a) eine Vormischkammer (60) von kleinem Volumen, in die ein Teilstrom R I' aus einem z.B. Reagenz I enthaltenden Behälter (F) gelangt;
  2. b) eine Zugabemöglichkeit (32, 38) z.B. von Reagenz II in diese Vorkammer (60);
  3. c) Einstellung einer gewünschten Druckverteilung durch den eingangsseitigen Umschlingungswinkel des Auslasses (69) bzw. durch das Querschnittsverhältnis der Austrittsöffnungen (bei Maschinen ohne Rezirkulationsleitung);
  4. d) Einstellbarkeit des Volumens des Gemischstroms R I+II, beispielsweise durch Wahl geeignet geformter Mischwerkzeuge oder Vorgabe von Durchlaßvolumina der Statorzähne (46, 48);
  5. e) Vorgabe der für die Produkthomogenität wesentlichen Teilstrom-Hauptstrom-Druckverhältnisse, z.B. durch trapezförmige Ausbildung der äußeren Statorzähne (48).
Two-stage dispersing forms the core of the process and apparatus of the invention. The main requirements for the dispersing device 10 are:
  1. a) a pre-mixing chamber (60) of small volume into which a partial flow RI 'from a container containing eg reagent I (F) passes;
  2. b) a possibility of addition (32, 38), for example, of reagent II into this antechamber (60);
  3. c) setting of a desired pressure distribution by the inlet-side wrap angle of the outlet (69) or by the cross-sectional ratio of the outlet openings (in machines without recirculation line);
  4. d) adjustability of the volume of the mixture flow R I + II, for example by selecting suitably shaped mixing tools or specification of passage volumes of the stator teeth (46, 48);
  5. e) specification of the essential for the product homogeneity partial flow main flow pressure conditions, eg by trapezoidal formation of the outer stator teeth (48).

Dank geeigneter Formung der Vormischkammer 60 und hoher Drehzahl des Rotors 50 ist eine Misch- und Dispergierzeit im Millisekunden-Bereich möglich. So vermeidet man besonders im Verfahrensbeispiel A selbst bei hohen Wachsanteilen eine Abkühlung von Reagenz II unter die Erstarrungsgrenze. Durch Justierung des Mischungsverhältnisses wird ein günstiges Temperaturniveau zum Homogenisieren bzw. Dispergieren erreicht.Thanks to suitable shaping of the premixing chamber 60 and high rotational speed of the rotor 50, a mixing and dispersing time in the millisecond range is possible. Thus, especially in process example A, a cooling of reagent II under the solidification limit is avoided even at high wax contents. By adjusting the mixing ratio, a favorable temperature level for homogenizing or dispersing is achieved.

Die Drehzahl des Dispergierer-Motors sollte z.B. durch Vorgabe von Frequenz und/oder konstantem Ausgangsstrom regelbar sein. So kann die eingebrachte Energie auch bei während des Prozesses schwankender Viskosität einfach konstant gehalten werden.The speed of the disperser motor should e.g. be adjustable by specifying frequency and / or constant output current. Thus, the introduced energy can be kept constant even when fluctuating during the process viscosity.

Wenn Emulsionen oder viskose Produkte hergestellt werden, führt man den Auslauf der Rezirkulation zweckmäßig unter dem Flüssigkeitsniveau im Behälter zurück, um Lufteintritt zu verhindern.When emulsions or viscous products are made, it is convenient to return the recirculation outlet below the liquid level in the container to prevent air ingress.

Für Verfahren nach Beispiel B soll die Einheit mit einer externen Rezirkulationsleitung (Z) versehen sein, die nach Bedarf heiz- und/oder kühlbar ausgeführt ist.For the method according to Example B, the unit should be provided with an external recirculation line (Z) which can be heated and / or cooled as required.

Für das Arbeiten mit einer Einzelmaschine (also ohne Kaskadenschaltung) ist eine entsprechende Abzweigmöglichkeit im Teilstrom der Maschine notwendig. Verwendet man z.B. zwei Dispergiereinrichtungen, wobei ein zweiter, kleinerer Dispergierer zum Erzielen der Zweistufigkeit eine Vormischkammer 60 aufweist, so kann für die Ultrafeindispersion zusätzlich in die Rücklaufleitung Z vom zweiten Dispergierer zum Behälter F ein Hochdruck-Homogenisator geschaltet werden. Im Heiß/Kalt-Verfahren nach Beispiel A wird das Endprodukt, d.h. Reagenz III, durch die Energieaufnahme in den zwei Dispergierstufen und durch den Zulauf des heißen Reagenz II auf die für den Hochdruck-Homogenisator optimale Temperatur gebracht. Dieser muß nur für den Teilstrom R I+II ausgelegt sein, was Kosten sowie Energieverbrauch spart und mithin einen wesentlichen Vorteil darstellt. Diese Variante eignet sich besonders gut zur Einbringung "schwieriger Produkte" wie z.B. Vitamin E.For working with a single machine (ie without cascade) a corresponding branching in the partial flow of the machine is necessary. If, for example, two dispersing devices are used, with a second, smaller dispersing device having a premixing chamber 60 for achieving the two-stage configuration, then, for the ultrafine dispersion, it can additionally be introduced into the return line Z from the second dispersing device Tank F a high pressure homogenizer to be switched. In the hot / cold process according to Example A, the end product, ie reagent III, is brought to the optimum temperature for the high-pressure homogenizer by the energy intake in the two dispersion stages and by the feed of the hot reagent II. This must be designed only for the partial flow R I + II, which saves costs and energy consumption and thus represents a significant advantage. This variant is particularly suitable for introducing "difficult products" such as vitamin E.

Ein Zwischenschalten eines Hochdruck-Homogenisators ist auch bei einer zweistufigen einzelnen Dispergiereinrichtung 10 möglich, soferne nur ein geeigneter Teilstrom-Anschluß vorhanden ist.An intermediate switching of a high-pressure homogenizer is also possible with a two-stage single dispersing device 10, provided that only a suitable partial flow connection is present.

Rezeptur-BeispieleRecipe Examples a) Elegante Nachtcreme (Rezeptur Henkel KGaA) a) Elegant night cream (recipe Henkel KGaA)

Die Zutaten der heißen Phase - unter ihnen Bienenwachs - werden in einem Behälter geschmolzen und auf 80...85 °C gebracht. Die Menge beträgt für 2000 kg Endprodukt rund 600 kg.The ingredients of the hot phase - including beeswax - are melted in a container and brought to 80 ... 85 ° C. The amount is 2000 kg end product about 600 kg.

Zutaten der kalten Phase werden in dem Behälter F vorgelegt, in den von oben Wasser von ca. 15 °C eingefüllt wird. Dann wird Vakuum angelegt, beispielsweise 0,5 bar, und die anderen Komponenten der kalten Phase werden zugegeben, während die Homogenisiereinrichtung 5 min lang bei mittlerer Drehzahl läuft. Das wandgängige Rührwerk R im Behälter F wird nach der Wasserzugabe ebenfalls eingeschaltet. Hierbei ist es günstig, wenn der Behälter F über ein koaxiales, gegenläufiges Rührsystem verfügt, so daß ein homogeneres Nachmischen erfolgt.Ingredients of the cold phase are presented in the container F, is filled in from above water of about 15 ° C. Then vacuum is applied, for example 0.5 bar, and the other components of the cold phase are added while the homogenizer is running at medium speed for 5 minutes. The Wandgängige agitator R in the container F is also turned on after the addition of water. It is advantageous if the container F has a coaxial, counter-rotating stirring system, so that a more homogeneous remixing takes place.

Sodann wird die heiße Phase über den Anschluß 30, 32 zugegeben, der direkt in die Vormischkammer 60 führt. Der Dispergierer 10 läuft mit ca. 3000 min-1 um. Während des etwa 15 min dauernden Vorganges ist der Motorstrom bei z.B. 40 A konstantzuhalten, was bei variablen Viskositäten zwar Drehzahländerungen nach sich zieht, aber konstanten Energie-Eintrag bewirkt. Anschließend wird je 5 min lang bei ausgeschaltetem und bei eingeschaltetem Dispergierer 10 nachgerührt.The hot phase is then added via port 30, 32, which leads directly into premixing chamber 60. The disperser 10 rotates at about 3000 min -1. During the process, which lasts for about 15 minutes, the motor current must be kept constant at, for example, 40 A, which, although variable viscosities entail changes in the speed, but causes a constant energy input. The mixture is then stirred for 5 minutes with the disperser 10 switched off and with the disperser 10 switched on.

Energiebilanzenergy balance

25 min Lauf des 30-kW-Dispergierers inkl. Austrag, Stromverbrauch25 min run of the 30 kW disperser incl. Discharge, power consumption 12,50 kWh12.50 kWh 40 min Langsamlauf des 5,5-kW-Rührwerks verbrauchenUse 40 minutes slow speed of 5.5 kW mixer 3,67 kWh3.67 kWh Zum Aufheizen der heißen Phase benötigt manTo heat the hot phase you need 35,00 kWh35.00 kWh Gesamt EnergieverbrauchTotal energy consumption 51,17 kWh.51.17 kWh.

Beim herkömmlichen Heiß/Heiß-Verfahren, das mindestens 2,5 h dauert, sieht die Energiebilanz folgendermaßen aus: Aufheizen beider Produktphasen auf 80...85 °C 116 kWh Dispergierbetrieb während 0,5 h 15,5 kWh 2,5 h Langsamlauf des Rührwerks 13 kWh Abkühlen auf 35 °C mind. 116 kWh Gesamtverbrauch 260,5 kWh. In the conventional hot / hot process, which lasts at least 2.5 hours, the energy balance looks like this: Heating both product phases to 80 ... 85 ° C 116 kWh Dispersing operation for 0.5 h 15.5 kWh 2.5 h slow speed of the agitator 13 kWh Cool to 35 ° C at least 116 kWh total consumption 260.5 kWh.

Man sieht, das der erfindungsgemäße Verfahrensablauf bei diesem Beispiel eine Energieersparnis von rund 210 kWh bewirkt und zusätzlich noch aufgrund der kurzen Produktionszeit die Fertigungskapazität mehr als verdreifacht.It can be seen that the process sequence according to the invention in this example brings about an energy saving of around 210 kWh and, in addition, the production capacity more than triples due to the short production time.

b) Haarfärbemittelb) hair dye

Zur Erzeugung von Haarfärbemitteln wird ein Haarfarb-Grundstoff hergestellt, der für alle Farben gleichen Typs gleich ist und der die insgesamt benötigte Wassermenge bestimmt. Anschließend stellt man das eigentliche Haarfärbemittel durch Einarbeiten der gewünschten farbtongebenden Substanzen in eine reduzierte Menge der Haarfarb-Basis her.For the production of hair dyes, a hair color base is made, which is the same for all colors of the same type and determines the total amount of water required. Subsequently, the actual hair dye is prepared by incorporating the desired color-giving substances in a reduced amount of the hair dye base.

In einer 3000-I-Anlage, die mit einer Dispergiereinrichtung 10 und einem gegenläufigen Rührsystem W ausgestattet ist, wird zur Herstellung des Haarfarb-Grundstoffes im Heiß/Kalt-Verfahren gemäß Anspruch 10 nur soviel Wasser zugegeben, wie beim konventionellen Prozeß für die Haarfarbe mit der prozentual geringsten Wassermenge benötigt wird (im allgemeinen ist das die Farbe schwarz).In a 3000 I system equipped with a dispersing device 10 and an opposing stirring system W, only as much water is added to produce the hair color base material in the hot / cold process according to claim 10 as in the conventional hair color process the lowest percentage of water is needed (generally the color is black).

Ein Teil des Farb-Grundstoffes wird dann in eine kleinere Anlage von z.B. 250 I umgepumpt, die mit einer Dispergiereinrichtung 10 samt Vormischkammer 60 ausgestattet ist. Über den Anschluß P4 werden die den Farbton liefernden Mittel in den Teilstrom R II zugegeben. Die Wassermenge wird dabei so gewählt, daß unter Berücksichtigung der eventuell geringeren, vorab in das Grundprodukt eingegebenen Wassermenge im Endprodukt III das rezepturmäßige Verhältnis für den gewählten Farbton gegeben ist.Part of the color base is then placed in a smaller unit of e.g. Pumped around 250 I, which is equipped with a dispersing device 10 together with premixing chamber 60. Via the terminal P4, the color providing agent in the partial stream R II are added. The amount of water is chosen so that, taking into account the possibly lower, previously entered into the basic product amount of water in the final product III, the formulation ratio for the selected color is given.

Die Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Das Heiß/Kalt-Teilstromverfahren kann gut in Fällen eingesetzt werden, wo Reagenz II bei Raumtemperatur zwar nicht starr ist, aber im heißen Zustand eine erwünscht niedrige Viskosität aufweist, so daß die Einarbeitung in Reagenz I auf hohem Energieniveau vor sich geht, etwa wenn es sich um hochkonzentrierte Tenside oder Vitamin-E-Produkte handelt. Dank der hohen Konzentration im Zufuhr-Teilstrom R II können auch die industrieüblichen Kalt/Kalt-Ansätze sehr wirtschaftlich gefahren werden. Es ist ferner möglich, bei niedrig- bis mittelviskosen Stoffen eine für den Batchbetrieb ausgelegte Laboranlage mit zweistufiger Dispergiereinrichtung 10 in eine kontinuierlich arbeitende Produktionsanlage umzufunktionieren, wozu man lediglich relativ kostengünstige Lagerbehälter für die 'heißen' und 'kalten' Ausgangsstoffe sowie eventuell eine Dosiereinrichtung benötigt.The invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in many ways. The hot / cold partial flow process can be used well in cases where reagent II is not rigid at room temperature but has a desirably low viscosity in the hot state, so that incorporation into reagent I is at a high energy level, such as are highly concentrated surfactants or vitamin E products. Thanks to the high concentration in the feed partial flow R II, the industry-standard cold / cold approaches can be run very economically. It is also possible, in the case of low to medium-viscosity substances, to reprogram a laboratory system designed for batch operation with a two-stage dispersing device 10 into a continuously operating production plant, for which only relatively inexpensive storage containers for the 'hot' and 'cold' starting materials and possibly a metering device are required.

Man erkennt, daß eine bevorzugte Verfahrensführung zum Homogenisieren von Stoffen, z.B. pastösen Massen, und/oder zur Erzeugung von Emulsionen mit Tröpfchengrößen im µm-Bereich einen an einem Behälter F angeordneten Dispergierer 10 mit einem bodennahen Rotor/Stator-System 40, 50 und eventuell mit Förderorganen 44 benutzt. Erfindungsgemäß wird in einer ersten Stufe ein aus einer Reagenz- oder Wachslösung erzeugtes, z.B. heißes Vorprodukt in Form eines Nebenstroms R II mit einem dosierten Teilstrom einer z.B. kalten Trägersubstanz R I' dispergiert und in einer zweiten Stufe mit einem von oben zufließenden Trägersubstanz-Hauptstrom R I" nachvermischt. Die im 10-ms-Bereich, also schockartig stattfindende Abkühlung der Wachspartikel verhindert deren Verklumpen. Es entsteht eine stabile Mischung bzw. Emulsion mit geringen, durch Steuerung des Energie-Eintrags am Rotor/Stator-System 40, 50 produktgerecht einstellbaren Tröpfchengrößen. Der Rotor-Unterseite ist eine Vormischkammer 60 zugeordnet, in welcher der Nebenstrom R II mit dem von oben/außen zugeführten Teilstrom R I' verwirbelt wird. Der Schnelllauf des Rotors 50 erzeugt eine umgekehrte Trombe, deren Unterdruck zur Selbstdosierung des Nebenstroms R II beiträgt. Indem das wachshaltige Gemisch R I+II aus der Vorkammer 60 zunächst nach außen umgelenkt wird, ehe man es an der Stator-Oberseite beschleunigt und dem inneren Hauptstrom R I" zuführt, wird dessen statischer Druck überschritten. Man kann von oben Pulverbestandteile zumischen. Eine Teilstrom-Zuführung 30, 38 mündet unterhalb des Rotors 50, bevorzugt nahe seinem Außenbereich, in die Vorkammer 60, die von einem äußeren Statorring 42 begrenzt wird und über einen Auslaßkanal 68 in einen Hauptraum 59 an der Unterseite des Rotor/Stator-Systems 40, 50 führt. Die äußeren Statorzähne 48 ragen bis an einen Bodenflansch 14, dem die Rotor-Unterseite mit einem Flachkonus (56), einer Abreißkante (57) und einer steileren Außenfläche (58) gegenübersteht. Ein Rührorgan 44 kann unmittelbar über dem zentrisch in der Haube ausgebildeten Einlaß 45 nahe dem Rotor 50 oder in einem Einlaufrohr 19 oberhalb des Rotor/Stator-Systems 40, 50 sitzen, von dem ein Auslaßstutzen 69 abgeht. Eine absperrbare Rückführleitung Z ist zumindest streckenweise außerhalb des Behälters F installierbar und/oder temperierbar.It can be seen that a preferred procedure for homogenizing substances, eg pasty masses, and / or for producing emulsions with droplet sizes in the micron range a arranged on a container F disperser 10 with a bottom rotor / stator system 40, 50 and possibly used with conveying members 44. According to the invention, in a first stage, a hot precursor produced from a reagent or wax solution in the form of a secondary stream R II is dispersed with a metered partial stream of, for example, a cold carrier substance RI 'and in a second stage with a carrier main stream RI flowing in from above. The cool-down of the wax particles, which takes place in the 10 ms range, prevents their clumping, resulting in a stable mixture or emulsion with small droplet sizes which can be adjusted to suit the product by controlling the energy input at the rotor / stator system 40, 50. The rotor underside is associated with a premixing chamber 60 in which the secondary flow R II is entangled with the partial flow RI 'supplied from above / outside. The high-speed operation of the rotor 50 generates a reverse turbletab whose negative pressure for the self-metering of the secondary flow R II contributes. By first deflecting the wax-containing mixture R I + II from the prechamber 60 to the outside before accelerating it at the top of the stator and feeding it to the internal main flow RI ", its static pressure is exceeded Supply 30, 38 opens below the rotor 50, preferably near its outer region, into the pre-chamber 60, which is delimited by an outer stator ring 42 and via an outlet channel 68 into a main chamber 59 at the bottom of the rotor / stator system 40, 50th The outer stator teeth 48 extend as far as a bottom flange 14, which faces the rotor underside with a flat cone (56), a tear-off edge (57) and a steeper outer surface 58. An agitator 44 can be located directly above the center in the hood formed inlet 45 near the rotor 50 or in an inlet pipe 19 above the rotor / stator system 40, 50 sit, from which an outlet port 69 goes off permeable return line Z is at least partially installable outside the container F and / or tempered.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.All of the claims, the description and the drawings resulting features and advantages, including design details, spatial arrangements and method steps may be essential to the invention both in itself and in various combinations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AA Anlageinvestment Ee Austrittsstromeffluent FF Behältercontainer RR Rührwerkagitator WW Balkenrührerstraight-arm ZZ Rückführungreturn 1010 Dispergiererdisperser 4444 Rührorgan / PropellerStirrer / propeller 1212 Gehäusecasing 4545 Ansaugöffnungsuction 1313 TellerfedernDisc springs 4646 innere Statorzähneinner stator teeth 1414 Bodenflanschbottom flange 4747 Radialdurchlässeradial passages 1515 Hauptraummain room 4848 äußere Statorzähneouter stator teeth 1616 Rohrstutzenpipe socket 4949 Radialdurchlässeradial passages 1717 Aufsatzessay 5050 Rotorrotor 1818 Tragflanschflange 5151 Nabehub 1919 Einlaufrohrinlet pipe 5252 Zentralbohrungcentral bore 2020 Antriebsmotordrive motor 5353 Oberseite / DeckflächeTop / top surface 2121 Motorflanschmotor flange 5454 Naben-StirnflächeHub end surface 2222 Motorwellemotor shaft 5555 Stufenflächestep surface 2323 Konuslagercone-bearing 5656 Flachkonusflat cone 2424 Rotorwellerotor shaft 5757 Übergang / AbreißkanteTransition / tear-off edge 2525 Kupplungsansatzcoupling approach 5858 Außenflächeouter surface 2626 GleitringdichtungMechanical seal 5959 Umfangskanteperipheral edge 2727 Ausnehmungrecess 6060 Vor(misch)kammerBefore (mixed) chamber 2828 DistanzbolzenDistance bolts 6161 Umlenkkammerdeflection 2929 oberer Flanschupper flange 6262 Auslaß-Öffnungen (Fig. 5)Outlet openings ( Fig. 5 ) 3030 Zuführ(leit)ungFeeding (Leit) ung 6363 innere Ansätze / Zähneinner approaches / teeth 3232 AnschlußConnection 6464 Flügelflächewing area 3434 Absperrorganshutoff 6565 äußere Ansätze / Zähneouter approaches / teeth 3636 (Bedienungs-)Hebel(Operating) lever 6666 Radialdurchlässeradial passages 3838 Einlaß(kanal)Inlet (channel) 6767 Schrägflächeninclined surfaces 3939 Flanschringflange 6868 Auslaßkanaloutlet channel 4040 Stator(haube/-platte)Stator (dome / plate) 6969 StutzenSupport 4141 innerer Statorringinner stator ring 7070 zylindrisches Gehäusecylindrical housing 4242 äußerer Statorringouter stator ring 7171 Befestigungsflanschmounting flange 4343 Rührwelleagitator shaft 7272 (Anschluß für) Rückführung(Connection for) feedback

Claims (6)

  1. Device for homogenising substances and/or producing emulsions having a droplet size in the µm range, comprising a disperser (10) arranged on a container (F), comprising at least one rotor/stator system (40, 50) close to the container base, the disperser (10) comprising a rotor (50), a stator (40) having a suction opening (45), an inflow of product from above and a base flange (14) comprising an inlet channel (38) having a supply line (30), and the stator (40) comprising an outer stator ring (42) having outer stator teeth (48) and radial passages (49), and an inner stator ring (41) having inner stator teeth (46) and radial passages (47), the stator (40) delimiting a deflection chamber (61) outside the outer stator ring (42), the inner and outer stator teeth (46, 48) being oriented axially downwards from above, and the rotor (50) having sprockets which are oriented axially upwards, characterised in that the rotor (50) has a underside which is opposite the base flange (14), the outer stator teeth (48) overlapping the rotor (50) with a minimal distance at a peripheral edge (59) in a contact-free manner, projecting up to the base flange (14), and corresponding with a downwardly oriented tooth edge of the rotor (50) such that periodically aligning channels are formed between the deflection chamber (61) and a pre-mixing chamber (60) when the rotor (50) is rotated, the rotor (50), the stator (40) and the base flange (14) of the disperser (10) delimiting the pre-mixing chamber (60) between the underside of the rotor (50), the outer stator ring (42) of the stator (40) and the base flange (14) of the disperser (10), the rotor underside having a flat cone (56) extending up to the region of the pre-mixing chamber (60) and having at least one conical or concave outer surface (58) having a relatively steep cone angle or central angle, the distance between the underside of the rotor (50) and the base flange (14) being configured to increase radially from the inside to the outside, and the inlet channel (38) underneath the rotor (50) leading into the pre-mixing chamber (60).
  2. Device according to claim 1, characterised in that a main space (15) is formed underneath the suction opening (45) of the stator (40), which space is delimited towards the bottom by an upper side (53) of the rotor (50).
  3. Device according to either claim 1 or claim 2, characterised in that the rotor (50) has an upper side (53), a stepped surface (55) which is arranged parallel to the upper side (53), and a peripheral edge (59), the rotor (50) having its largest diameter at the peripheral edge (59).
  4. Device according to claim 3, characterised in that the rotor (50) has an end face (54), a flat cone (56) and a tear-off edge (57), which form the underside of the rotor (50) together with the stepped surface (55) and the outer surface (58), the end face (54) being attached to the stepped surface (55), the stepped surface (55) transitioning into the flat cone (56) and the concave outer surface (58) being detached from the flat cone (56) at the tear-off edge (57).
  5. Device according to any of claims 1 to 4, characterised in that the rotor (50) has a number of concavely curved or arched outlet channels (68) on the periphery.
  6. Use of a device according to any of claims 1 to 5 to homogenise substances and/or produce emulsions having a droplet size in the µm range.
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