EP3334519A1 - Vorrichtung und verfahren zum dispergieren mindestens einer substanz in einem fluid - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum dispergieren mindestens einer substanz in einem fluid

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EP3334519A1
EP3334519A1 EP16762959.1A EP16762959A EP3334519A1 EP 3334519 A1 EP3334519 A1 EP 3334519A1 EP 16762959 A EP16762959 A EP 16762959A EP 3334519 A1 EP3334519 A1 EP 3334519A1
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EP
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rotor
substance
fluid
dispersed
feed line
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Netzsch Feinmahltechnik GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for dispersing at least one substance in a fluid according to the features of the preambles of claims 1 and 15.
  • the invention relates to a device for dispersing a substance in a fluid, in particular in a suitable liquid.
  • Dispersing is understood to mean the mixing of at least two substances which do not dissolve or barely dissolve or chemically bond with one another.
  • one substance (disperse phase) is distributed into another substance (continuous phase), forming an emulsion or a suspension.
  • the disperse phase is likewise liquid, while in the case of a suspension, solid particles are finely distributed in a liquid.
  • DE 4118870 A1 describes a device for wetting and dispersing powders in liquids. The entry of the powder substances takes place at low concentrations in a single pass. At high concentrations, work is continued in circulation until the final concentration is reached.
  • This device uses a classic rotor-stator system, which is subject to high wear. In addition, a flow resistance is generated by the built-in stator, which the
  • DE 3002429 C2 discloses a device for mixing at least one substance with a liquid.
  • the substances to be mixed are introduced via lateral connecting pipes into a tube surrounding the rotor shaft.
  • the fluid enters the open end of the stator in an existing between the stator and the rotor shaft surrounding the tube space, reaches the blades of the rotor and then exits again at the lower open end of the stator.
  • the substances to be dispersed are introduced by introduction via the connecting pipes below the level of the liquid. It is possible to mix the substances to be mixed in such a way below the liquid level that they have no contact with the surrounding atmosphere prior to mixing.
  • grinding media in the first process area can also be used in this machine. However, this leads to a flow resistance, which negatively influences the pumping action. It also comes through the use of grinding media within the machine to increased wear, especially on the separator.
  • DE2676725 describes a device for mixing, in particular for
  • This includes a housing, a separator and a
  • the separating device divides the housing into a first one
  • Rotor unit is arranged in the first process area and a second portion of the rotor unit is arranged in the second process area.
  • the supply of the substances to be mixed to the first process area is spaced from the
  • Rotor unit This creates the risk of contamination of the powder feed by liquid or liquid powder mixture.
  • DE2004143 discloses an apparatus for the preparation of emulsions and suspensions in the form of a centrifugal homogenizing machine. They use a rotor-stator system in a multi-row design. A multi-part design usually means increased maintenance. In addition, more parts can wear, which must be replaced accordingly, which leads to increased costs.
  • the object of the invention is to provide an improved device for dispersion of at least one substance in a fluid, in particular a device for dispersion of at least one powdery substance in a liquid.
  • the device should be more compact and thus
  • the device should be technically simple and thus inexpensive to produce and have low maintenance requirements.
  • Claims 1 and 15 include. Further advantageous embodiments are described by the subclaims.
  • the invention relates to an apparatus for dispersing at least one substance in a fluid.
  • a device comprises a process housing with a rotor, a fluid supply, a supply line for the at least one substance to be dispersed with at least one outlet opening, and a
  • the rotor is operated for example via an electric motor drive, which is arranged outside of the process housing.
  • the rotor is arranged on a drive shaft, for example, with a
  • the rotor is designed such that at least in regions, an axial delivery of a supplied fluid can be generated with the rotor. Furthermore, at least in regions, a radial delivery of the supplied fluid can be generated with the rotor.
  • the rotor comprises at least one first means for generating the at least regional axial conveying and at least one second means for generating the at least regional radial conveying of the supplied fluid.
  • the regions of the axial conveying and the radial conveying do not overlap, that is to say that a first region is provided in which predominantly or completely an axial conveying takes place and a second region is provided the
  • an axial conveyance of the supplied fluid takes place predominantly. Furthermore, in this first region also already a slight radial promotion, which merges in the direction of the product outlet of the device in a completely radial delivery of the fluid.
  • the supply line for the substance to be dispersed is at least partially enclosed by the rotor.
  • the rotor preferably has conductive structures that generate the axial conveying action of the rotor.
  • the lead structures are in particular designed such that on the one hand the at least one first means for
  • the rotor has a widening cross section, in particular, the cross section of the rotor widened on the drive side, that is, in the direction of the side facing away from the supply line for the substance to be dispersed on the rotor side. Due to this broadening of the rotor cross-section in the direction
  • Product outlet in particular in combination with the guide structures of the rotor, is the axial promotion of the fluid in the region of the at least one outlet opening with increasing rotor cross section in a radial conveying action. Furthermore causes the rotation of the rotor generated by the drive, causing the fluid to rotate.
  • the lead structures are preferably on the supply line for the
  • the rotor has a solid rotor core, the cross-section of which - as already described - widens at least in regions in the direction of the product outlet.
  • At least one of the guide structures is preferably extended beyond a solid core of the rotor in the axial direction in the direction of the feed line for the substance to be dispersed.
  • a plurality of conductive structures is extended beyond a solid core of the rotor in the axial direction in the direction of the feed line for the substance to be dispersed.
  • the at least one outlet opening of the feed line for the substance to be dispersed is at least partially enclosed by the at least one extended guide structure, so that the substance to be dispersed is released from the feed line within structural elements of the rotor.
  • a rotor may have such a high density of conductive structures that it is sufficient for the functionality of the conductive structures if only every second conductive structure has an extension beyond the rotor core.
  • the supply line for the substance to be dispersed is in particular arranged such that the at least one outlet opening for the substance to be dispersed is at least partially enclosed by the extended guide structures outside the solid rotor core.
  • the rotor may have a plurality of guide structures, which are formed in the region of the rotor surface. It is It is conceivable to extend only one guide structure beyond the rotor core and to form the extension in such a way that it encloses the outlet opening for the substance to be dispersed at least partially or largely comprehensively. For example, the extension of the one guide structure could helically be guided around the longitudinal axis of the feed line for the substance to be dispersed.
  • the guide structures are in the region of their extension beyond the massive rotor core beyond in the central region of the rotor, that is, in the region of
  • Rotary axis of the rotor designed as a receptacle for the supply line for the substance to be dispersed.
  • the guide structures have, in the region of their extension, a central recess which is formed corresponding to the feed line for the substance to be dispersed.
  • the guide structures are aligned in the region of their extension beyond the solid rotor core coaxially to the axis of rotation of the rotor.
  • the extension of the guide structures forms in particular the first means for generating the at least regional axial promotion.
  • the guide structures are curved in the region of the massive rotor core.
  • the curved subregion of the guide structures forms, in particular, the second means for generating the radial conveying at least in regions. Due to the curvature of the conductive structures, a high outlet pressure and a good conveying effect are achieved.
  • the curved guide structures support the radial
  • the extended lead structures cause, even in the region of the at least one outlet opening, although it is arranged outside of the solid rotor core, axial delivery of the fluid towards the solid rotor core, or in the direction of the product outlet, is achieved.
  • the rotation of the rotor also causes centrifugal forces, which prevent fluid from entering inside.
  • the centrifugal forces prevent fluid from entering the receiving area between the elongated guiding structures in which the at least one outlet opening is arranged.
  • Supply line for the substance to be dispersed has a first longitudinal axis.
  • the supply line for the substance to be dispersed as a tube with a formed first longitudinal axis.
  • the rotor is rotatably mounted about an axis of rotation, for example, the axis of rotation is formed by the drive shaft.
  • the longitudinal axis of the feed line for the substance to be dispersed and the axis of rotation of the rotor may, according to one embodiment, preferably be aligned coaxially or parallel to one another.
  • substance can be arranged in alignment with the longitudinal axis of the feed line for the substance to be dispersed and the axis of rotation of the rotor.
  • the supply line for the substance to be dispersed is arranged at an angle to the axis of rotation of the rotor.
  • the supply line for the substance to be dispersed ends in the center of the rotor.
  • the feed line formed at an angle to the rotor axis for the substance to be dispersed is also arranged in this embodiment such that the at least one outlet opening of the feed line for the substance to be dispersed is at least partially enclosed by the extended guide structures outside the solid rotor core. This prevents fluid from entering the supply line for the substance to be dispersed. Instead, the fluid is discharged via the centrifugal forces due to the rotation of the rotor directly to the outside via the guide structures of the rotor.
  • the recess formed by the extended guide structures must be open. This leads to a larger distance between the outlet opening of the feed line for the particles to be dispersed in the lower region
  • the fluid supply is arranged substantially orthogonal to the supply line for the substance to be dispersed.
  • the fluid supply is arranged substantially orthogonal to the supply line for the substance to be dispersed.
  • Fluid supply having a second longitudinal axis.
  • Fluid supply formed as a tube with a second longitudinal axis.
  • Fluid supply is arranged on the process housing spaced from the rotor, in particular on the side of the supply line for the substance to be dispersed, so that filled fluid flows around the supply line for the substance to be dispersed at least partially.
  • the fluid supply largely obliquely to the feed line for the substance to be dispersed, in particular at an angle between 0 degrees and 90 degrees.
  • the fluid is carried over the guiding structures of the rotor and due to the at
  • Centrifugal forces arising from the rotation of the rotor are passed outwards from the center of the rotor, so that the fluid can not reach the middle region in which the at least one outlet opening of the feed line for the substance to be dispersed is arranged. In particular, the fluid thus does not enter the region of the axis of rotation of the rotor.
  • Supply line for the substance to be dispersed can be adjusted axially
  • the supply line for the substance to be dispersed relative to the process housing along its longitudinal axis axially and / or parallel to
  • Rotation axis of the rotor to be moved.
  • the immersion depth of an end region of the feed line for the substance to be dispersed in the extended guide structures of the rotor and thus the distance between the at least the at least one outlet opening comprising the end portion of the feed line for the substance to be dispersed and the solid core of the rotor in dependence be changed substance supplied.
  • a radial distance is preferably formed between the extended guide structures of the rotor and the feed line for the substance to be dispersed.
  • the Distance is necessary so that the substance can escape from the at least one outlet opening and pass into the fluid between the guide structures.
  • the rotor has a plurality of conductive structures, wherein only a part of the conductive structures have axial extensions formed as first means for generating the at least regional axial promotion.
  • the rotor has an even number of
  • Rotor core is extended out. This may be useful in particular with a high density of conductive structures on the rotor core. In particular, this prevents the extensions form such a tight ring around the axis of rotation that a transfer of the substance from the supply line could be hindered in the fluid.
  • the supply line for the substance to be dispersed may have an increased diameter in the region of the at least one outlet opening, for example in the form of a bend which serves as an additional deflecting element.
  • the at least one outlet opening does not have to be the open end of the
  • Be formed supply line for the substance to be dispersed According to one
  • the feed line for the substance to be dispersed is formed by a tube whose closed end in the direction of the solid rotor core between the guide structures is closed and which has in this end a plurality of lateral openings as outlet openings for the substance in the radial direction.
  • the substance is also conveyed outwards by the centrifugal forces, that is, in the direction of the outer edge of the rotor. At this time, the substance becomes in the fluid dispersed. This is done in particular on the outer edge region of the rotor in a space between the rotating rotor and the static process housing.
  • Inner diameter of the supply line for the substance to be dispersed is variable and thus can be adapted to the requirements of the supply line for the substance to be dispersed.
  • Flow rate can be adjusted. For example, it can be provided that the cross-section reducing format parts in the supply line for
  • dispersing substance can be inserted to vary the diameter and thus the cross-sectional area of the feed line for the substance to be dispersed.
  • the variable setting is done for example by using additional inner tubes with smaller diameters for the powder feed tube.
  • the inner tubes may for example be made of PTFE or another suitable
  • Plastic exist.
  • rotor and feed tube wherein for example several different sizes of rotor and powder feed tube can be present for selection as format parts.
  • the first longitudinal axis of the feed line for the substance to be dispersed is oriented horizontally and the second longitudinal axis of the fluid feed line is arranged vertically.
  • the fluid enters the process housing via the fluid supply and is detected by the rotor, which accelerates the fluid in the axial and radial directions.
  • Leader structures arranged at least one outlet opening and passes radially into the fluid.
  • the resulting dispersion or suspension is discharged through the rotor from the process housing via the product outlet.
  • the fluid is prevented by centrifugal forces from flowing into the feed line for the substance to be dispersed.
  • the supply of the substance to be dispersed can also be effected gravimetrically.
  • the feed line for the substance to be dispersed is made vertically or at an angle equal to or less than 70 ° to vertical.
  • the invention further relates to a method for dispersing at least one substance in a fluid, in particular in a liquid, by means of a device comprising a process housing with rotor, a
  • Fluid supply a supply line for the at least one substance to be dispersed with an outlet opening, and a product outlet.
  • the rotor causes, at least in regions, an axial delivery of a supplied fluid. Furthermore, the rotor at least partially causes a radial promotion of the supplied fluid.
  • the method may alternatively or in addition to the features described one or more features and / or properties of the previously described
  • Device include.
  • the device and method are suitable for dispersing a substance in a fluid, in particular in a fluid.
  • a fluid in particular in a fluid.
  • Device is technically simpler than known devices, this can be produced more cheaply.
  • the technically simplified structure facilitates the cleaning and maintenance of the device.
  • the simplified cleaning makes the
  • the device does not use a classical rotor-stator principle to disperse the substance to be dispersed in a fluid. This means in particular that the product does not have to be pumped through a stator.
  • the advantage here is a lower shear of the product.
  • the device and the method are characterized by a lower energy input, whereby the temperature increase is also lower than in conventionally known devices.
  • the device is less prone to failure and / or susceptible to wear. In particular, the device is less sensitive to foreign bodies contained in the powdery substance to be dispersed or in the fluid.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a dispersion device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a dispersion device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a process housing of a dispersion device.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of another
  • Figure 5 shows a perspective view of a rotor with storage.
  • Figure 6 shows a plan view of the rotor with storage.
  • FIG. 7 illustrates a first working mode
  • FIG. 8 illustrates a second working mode.
  • FIG. 9 shows a side view of a further embodiment of a dispersion device according to the invention.
  • FIG. 10 shows a sectional representation through a side view of an embodiment of a dispersion device according to the invention according to FIG. 9.
  • FIG. 11 shows a schematic sectional view of the process housing of the embodiment according to FIG. 9.
  • FIG. 12 shows a detailed detail from FIG. 11.
  • FIG. 13 shows a perspective view of the process housing of the dispersion device according to FIG. 9.
  • FIG. 14 shows a perspective view of a rotor with mounting of the embodiment according to FIG. 9.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-section of a dispersion device 1 according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a dispersion device 1 according to the invention.
  • the dispersion device 1 is used in particular to produce a powdery substance P in a fluid F,
  • the dispersion device 1 comprises a drive motor (not shown), a bearing 9, in which the drive shaft 2 is mounted and a
  • Clutch lantern with internal shaft coupling and drive motor (not shown) for transmitting power from the motor shaft to the drive shaft 2.
  • the drive shaft 2 serves to drive the rotor 3. Furthermore, the
  • Dispersion device 1 a rotating support of the drive shaft 2, which is guided by a mechanical seal 4 in a process housing 5.
  • a rotor 3 and a product outlet 8 for discharging the product, in particular the dispersion D are arranged.
  • the process housing 5 is further associated with a supply line for the powdery substance P to be dispersed, in particular a powder feed 6 for supplying powder P, and furthermore a fluid feed 7 for supplying fluid F (see FIG. 2).
  • Figure 3 shows a perspective view and Figure 4 shows a
  • FIGS. 5 and 6 show different representations of an embodiment of the rotor 3.
  • the rotor 3 is rotatable about a rotation axis R and has a solid rotor core 10.
  • the rotor 3 has a cross-sectional area Q which increases at least in regions toward the drive side. In other words, the cross-sectional area Q of the rotor 3 decreases in the direction of the powder feed 6. More specifically, the rotor 3 has a first cross-sectional area Q1 in a region adjacent to the powder feed 6 that is smaller than a second cross-sectional area Q2 in a drive-proximal region of the rotor 3 (compare in particular FIG. 4).
  • Each conductive structure 11 essentially comprises two partial regions 12, 13, wherein the first partial region 12 is arranged and fastened to the solid rotor core 10 and wherein the second partial region 13 represents an axial extension 14 of the conductive structure 11 beyond the solid rotor core 10.
  • the guide structures 11 are inclined in the axial direction in the region of the extensions 14, so that they in particular convey axially.
  • the guide structures 11 in the first portion 12 are additionally curved backwards in order to achieve a high output pressure and a good conveying effect.
  • the extensions 14 of the guide structures 11 are in the area of
  • Rotary axis R of the rotor 3 recessed and form an axial opening 15.
  • This opening 15 serves in particular as a receptacle 16 for an end portion 20 of
  • Powder feed 6 (see Figures 1 and 4).
  • powder feed 6 see Figures 1 and 4
  • the immersion region EB corresponds to the powder feed 6 being immersed in the rotor 3 at least in regions, in particular the immersion region EB, in which the powder feed 6 enters the
  • Extensions 14 of the lead structures of the rotor 3 is immersed, thus also the
  • Powder outlet opening 21 of the powder supply 6 emerges and in particular into the fluid F passes.
  • the rotor 3 is preferably shaped in such a way that an axial conveying action of the fluid F in the direction of the solid rotor core 10 or in the direction of the product outlet 8 is already achieved in the region around the end region 20 of the powder feed 6.
  • This axial promotion goes with increasing diameter of the rotor 3, that is, with increasing cross-sectional area Q of the rotor 3 in the direction
  • Rotation axis R set in rotation.
  • the powder feed 6 can be closed in the end region 20 and have lateral openings as powder outlet openings 21, via which preferably an exit of the powder from the powder feed 6 takes place in the radial direction.
  • the powder feed 6 can be displaced axially along a longitudinal axis L6.
  • the longitudinal axis L6 can preferably be aligned coaxially or parallel to the axis of rotation R of the rotor 2.
  • the axial displacement of the powder feed 6 in particular the depth which the end region 20 of the powder feed 6 dips into the extensions 14 of the guide structures 11 can be adjusted.
  • a distance is formed between the extensions 14 of the guide structures 11 and the powder feed 6. This distance ensures in particular an undisturbed rotation of the rotor 3 to the
  • the radial distance between the extensions 14 of the guide structures 11 and the powder feed 6 is preferably between 0.1 mm and 10 mm. It is clear to the person skilled in the art that the distance is matched in particular to the size of the overall device or to the substances and / or products to be processed.
  • a distance A between rotor 3 and process housing 5 is between 0.1 mm and 10 mm.
  • the powder feed 6 may have an enlarged outer diameter in the end region 20, in particular in the region of the at least one powder outlet opening 21.
  • the increased diameter serves as an additional deflecting element, which additionally prevents penetration of fluid F into the region of the powder outlet opening 21.
  • the supply of the fluid F, of the powder P or of a product suspension or dispersion D takes place via relatively large tube cross sections of the powder feed 6 and fluid feed 7
  • the supply of fluid F can take place as a function of the respective fluid F or circulating dispersion product D with or without a pump.
  • the powder P exits the powder feed 6 via the at least one powder outlet opening 21 and passes radially into the fluid F.
  • the resulting dispersion D is discharged through the rotor 3 from the process housing 5 via the product outlet 8. Due to the narrow gap between the guide structures 11 and the powder feed 6, the fluid is prevented by centrifugal forces in the
  • valves on the fluid supply 7 or on the powder supply 6 are in particular provided either to open the supply completely or to completely close, in order to prevent flooding of the dispersion device 1.
  • the inventive dispersion device 1 can without additional
  • Batch container (not shown) and a suitable powder delivery system (not shown) is needed.
  • Conventionally known systems for example a suction lance, a bag-feeding station, a Big Bag feed station, a silo or the like are suitable as the powder feed system.
  • powders P in fluids F in particular in liquids, can be sucked in and finely dispersed.
  • FIG. 7 shows a first operating mode AM1 and FIG. 8 shows a second operating mode AM2.
  • the powder feed 6 is open.
  • a valve (not shown) regulating the powder feed 6 is opened.
  • the fluid F or the dispersion product D circulates in the fluid F
  • the powder feed can be conveyed, for example, via a Funnel, a BigBag station, a silo, a suction lance or the like.
  • FIG. 9 shows a side view of a further embodiment of a dispersion device 1 according to the invention.
  • FIG. 10 shows a sectional view through the dispersion device 1 according to FIG. 9.
  • FIG. 11 shows a schematic sectional view and
  • FIG. 13 shows a perspective view of FIG.
  • Figure 12 represents a
  • FIG. 11 shows a detail and FIG. 14 shows a perspective view of a rotor bearing the embodiment of the dispersion device 1 according to FIG. 9. Identical components are provided with the same reference numbers as in FIGS. 1 to 8, whose description is hereby incorporated by reference.
  • the dispersion device 1 comprises a drive motor (not shown), a bearing 9 in which the drive shaft 2 is mounted and a coupling lantern with internal shaft coupling.
  • the dispersion device 1 further comprises a drive motor (not shown) for transmitting power from the motor shaft to the drive shaft 2, which serves to drive the rotor 3.
  • a rotating Storage of the drive shaft 2 is provided, which is guided by a mechanical seal 4 in a process housing 5.
  • a process housing 5 In the process housing 5, in which the dispersion of a powdery substance P takes place in a fluid F, are a rotor 3 and a
  • the process housing 5 is still a supply line for the
  • the longitudinal axis L6 * of the powder feed 6 * is arranged at an angle ⁇ to the axis of rotation R of the rotor 3.
  • the powdery substance P is thus fed from obliquely downwards to the rotor 3.
  • the powder feed 6 * ends analogously to the powder feed 6 according to FIGS. 1 and 4 in the center of the rotor 3, in particular the end region 20 of the powder feed 6 * emerges with the powder outlet opening 21 between the axial
  • Rotary axis R of the rotor 3 recessed and form an axial opening 15 * .
  • This opening 15 * serves in particular as a receptacle 16 * for an end region 20 of the powder feed 6 * (compare in particular FIGS. 12 and 14).
  • the immersion region EB in which the powder feed 6 * at least partially immersed in the rotor 3, in particular the immersion region EB, in which the powder feed 6 * dips into the extensions 14 * of the guide structures 11 of the rotor 3, thus also the exit region AB, in which the powder P emerges from the at least one powder outlet opening 21 of the powder feed 6 * and
  • the powdery substance P is thus supplied in the center of the rotor 3, as in particular in the enlarged
  • the end region 20 of the powder feed 6 * can be cut off in the inlet region EB, in which it dips into the rotor 3, so that the end region 20 forms a surface perpendicular to the axis of rotation R of the rotor 3.
  • the end region 20 can be cut off at an arbitrary angle to the longitudinal axis L6 * of the powder feed 6 * .
  • the angle a in which the powder feed 6 * is arranged to the axis of rotation R of the rotor 3, can be between 0 ° and 90 °.
  • the distance of the powder supply 6 * to the rotor 3 can be arbitrarily between 0.5 mm and 100 mm.
  • Enclosing the powder feed 6 * through the extensions 14 * of the lead structures 11, may preferably be between 1 mm and 100 mm.
  • Dispersion device 1 has proven to be advantageous if residual fluid is still present in this optionally. In the embodiment according to Figures 1 to 7, it may in exceptional cases at rest to an inflow of residual fluid in the
  • Powder supply 6 come, which can then lead to a sticking of the powdery substance P within the powder supply 6.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dispergieren mindestens einer Substanz in einem Fluid. Die Vorrichtung umfasst ein Prozessgehäuse (5) mit einem Rotor (3), eine Fluidzuführung (7), eine Zuleitung (6) für die mindestens eine zu dispergierende Substanz mit mindestens einer Austrittsöffnung (21), sowie einen Produktauslass (8). Der Rotor (3) bewirkt zumindest bereichsweise eine axiale Förderung eines zugeführten Fluides. Weiterhin bewirkt der Rotor (3) zumindest bereichsweise eine radiale Förderung des zugeführten Fluides.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Dispergieren mindestens einer Substanz in einem Fluid
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dispergieren mindestens einer Substanz in einem Fluid gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 15.
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Dispergieren einer Substanz in einem Fluid, insbesondere in einer geeigneten Flüssigkeit. Unter Dispergieren versteht man das Mischen von mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Beim Dispergieren wird ein Stoff (disperse Phase) in einen anderen Stoff (kontinuierliche Phase) verteilt, wobei eine Emulsion oder eine Suspension entsteht. Bei einer Emulsion ist die disperse Phase ebenfalls flüssig, während bei einer Suspension Feststoffpartikel in einer Flüssigkeit fein verteilt vorliegen.
Viele Vorrichtungen zum Dispergieren basieren auf dem sogenannten Rotor- Stator-Prinzip. Dabei wird ein Rotor mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit bewegt. Diese Rotation bewirkt einen Sog, der das Medium in den Rotor saugt und durch die Öffnungen, Zähne oder ähnlichem des Stators nach außen presst, wobei die disperse Phase in der kontinuierlichen Phase dispergiert.
DE 4118870 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Benetzen und Dispergieren von Pulvern in Flüssigkeiten. Die Eintragung der Pulverstoffe erfolgt bei niedrigen Konzentrationen in einmaligem Durchlauf. Bei hohen Konzentrationen wird im Umlauf bis zur Erreichung der Endkonzentration gearbeitet. Diese Vorrichtung nutzt ein klassisches Rotor-Stator-System, das einem hohen Verschleiß unterliegt. Zusätzlich wird durch den eingebauten Stator ein Strömungswiderstand erzeugt, der die
Pumpwirkung der Vorrichtung beschränkt. DE 3002429 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Vermischen mindestens eines Stoffes mit einer Flüssigkeit. Die einzumischenden Stoffe werden über seitliche Anschlussrohre in ein die Rotorwelle umgebendes Rohr eingeleitet. Die Flüssigkeit tritt am oben offenen Ende des Stators in einem zwischen dem Stator und dem die Rotorwelle umgebenden Rohr vorhandenen Ringraum ein, gelangt zu den Flügeln des Rotors und tritt dann wieder am unteren offenen Ende des Stators aus. Die zu dispergierenden Stoffe werden durch Einführung über die Anschlussrohre unter das Niveau der Flüssigkeit eingegeben. Dabei ist es möglich, die einzumischenden Stoffe derart unter dem Flüssigkeitsniveau einzumischen, dass diese vor dem Einmischen keinen Kontakt mit der sie umgebenden Atmosphäre haben. Gemäß Beschreibung können in dieser Maschine auch Mahlkörper im ersten Prozessbereich verwendet werden. Dies führt jedoch zu einem Strömungswiderstand, der die Pumpwirkung negativ beeinflusst. Auch kommt es durch Verwendung von Mahlkörper innerhalb der Maschine zu einem erhöhten Verschleiß, insbesondere an der Trennvorrichtung. Die DE2676725 beschreibt eine Vorrichtung zum Mischen, insbesondere zum
Dispergieren. Diese umfasst ein Gehäuse, eine Trennvorrichtung und eine
Rotoreinheit. Die Trennvorrichtung unterteilt das Gehäuse in einen ersten
Prozessbereich und einen zweiten Prozessbereich. Ein erster Abschnitt der
Rotoreinheit ist im ersten Prozessbereich angeordnet und ein zweiter Abschnitt der Rotoreinheit ist im zweiten Prozessbereich angeordnet. Die Zuführung der zu vermischenden Stoffe zum ersten Prozessbereich erfolgt beabstandet zu der
Rotoreinheit. Dadurch besteht die Gefahr einer Verunreinigung der Pulverzuführung durch Flüssigkeit oder Flüssigkeits- Pulver- Gemisch.
Die DE2004143 offenbart eine Vorrichtung für die Herstellung von Emulsionen und Suspensionen in Form einer Kreiselhomogenisiermaschine. Die nutzt ein Rotor- Stator-System in mehrreihiger Ausführung. Ein mehrteiliger Aufbau bedeutet in der Regel einen erhöhten Wartungsaufwand. Zudem können mehr Teile verschleißen, die dementsprechend ausgetauscht werden müssen, was zu erhöhten Kosten führt. Das Pulvereinsaugrohr und das die Flüssigkeit zuführende Rohr enden jeweils an der Stirnseite des Rotors, wobei der Spalt zwischen der Mündung der Zulaufrohre und dem Rotor eingestellt und somit verändert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Dispersion von mindestens einer Substanz in einem Fluid, insbesondere eine Vorrichtung zur Dispersion von mindestens einer pulverigen Substanz in einer Flüssigkeit, bereitzustellen. Vorzugsweise soll die Vorrichtung kompakter und somit
platzsparender ausgeführt sein als aus dem Stand der Technik bekannte
Vorrichtungen, weiterhin soll die Vorrichtung technisch einfach aufgebaut und somit kostengünstig herstellbar sein und einen geringen Wartungsbedarf haben.
Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Dispergieren einer Substanz in einem Fluid gelöst, die die Merkmale in den
Patentansprüchen 1 und 15 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Dispergieren mindestens einer Substanz in einem Fluid. Eine solche Vorrichtung umfasst ein Prozessgehäuse mit einem Rotor, eine Fluidzuführung, eine Zuleitung für die mindestens eine zu dispergierende Substanz mit mindestens einer Austrittsöffnung, sowie einen
Produktauslass. Der Rotor wird beispielsweise über einen elektromotorischen Antrieb betrieben, der außerhalb des Prozessgehäuses angeordnet ist. Insbesondere ist der Rotor an einer Antriebswelle angeordnet, die beispielsweise mit einer
Gleitringdichtung durch eine der Gehäusewände des Prozessgehäuses durchgeführt und abgedichtet und mittels einer Lagerung drehbar gelagert ist.
Der Rotor ist derart ausgebildet, dass mit dem Rotor zumindest bereichsweise eine axiale Förderung eines zugeführten Fluides erzeugbar ist. Weiterhin ist mit dem Rotor zumindest bereichsweise eine radiale Förderung des zugeführten Fluides erzeugbar.
Vorzugsweise umfasst der Rotor mindestens ein erstes Mittel zur Erzeugung der zumindest bereichsweisen axialen Förderung und mindestens ein zweites Mittel zur Erzeugung der zumindest bereichsweisen radialen Förderung des zugeführten Fluides. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Bereiche der axialen Förderung und der radialen Förderung nicht überlappen, das heißt, es ist ein erster Bereich vorgesehen, in dem überwiegend oder vollständig eine axiale Förderung erfolgt und es ist ein zweiter Bereich vorgesehen, in dem
überwiegend oder vollständig eine radiale Förderung erfolgt. Gegebenenfalls kann ein Zwischen bereich existieren, indem sowohl eine axiale als auch eine radiale Förderung erfolgt. Es sind also auch Ausführungsformen denkbar, bei denen sich die Bereiche der axialen und der radialen Förderung zumindest teilweise überlappen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt in einem ersten Bereich überwiegend eine axiale Förderung des zugeführten Fluides. Weiterhin erfolgt in diesem ersten Bereich auch bereits eine leichte radiale Förderung, die in Richtung des Produktauslasses der Vorrichtung in eine komplett radiale Förderung des Fluides übergeht.
Um zu verhindern, dass Fluid in beziehungsweise an die mindestens eine Austrittsöffnung gelangen kann, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz zumindest teilweise vom Rotor umschlossen ist. Insbesondere ist die mindestens eine
Austrittsöffnung der Zuleitung einem Bereich des Rotors zugeordnet, in dem das Fluid überwiegend axial gefördert wird. Um dies zu erreichen, weist der Rotor vorzugsweise Leitstrukturen auf, die die axiale Förderwirkung des Rotors erzeugen. Die Leitstrukturen sind insbesondere derart ausgebildet, dass sie zum einen das mindestens eine erste Mittel zur
Erzeugung der zumindest bereichsweisen axialen Förderung darstellen und zum anderen das mindestens eine zweite Mittel zur Erzeugung der zumindest
bereichsweisen radialen Förderung bilden.
Weiterhin weist der Rotor einen sich verbreiternden Querschnitt auf, insbesondere verbreitert sich der Querschnitt des Rotors antriebsseitig, das heißt, in Richtung der von der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz abgewandten Rotorseite. Durch diese Verbreiterung des Rotorquerschnitts in Richtung
Produktauslass, insbesondere in Kombination mit den Leitstrukturen des Rotors, geht die axiale Förderung des Fluides im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung mit zunehmendem Rotorquerschnitt in eine radiale Förderwirkung über. Weiterhin bewirkt die über den Antrieb erzeugte Rotation des Rotors, dass das Fluid in eine Drehung versetzt wird.
Die Leitstrukturen sind vorzugsweise auf der der Zuleitung für die zu
dispergierende Substanz zugewandten Seite des Rotors ausgebildet. Der Rotor weist einen massiven Rotorkern auf, dessen Querschnitt sich - wie bereits beschrieben - in Richtung Produktauslass zumindest bereichsweise verbreitert. Mindestens eine der Leitstrukturen ist vorzugsweise über einen massiven Kern des Rotors hinaus in axialer Richtung in Richtung der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz verlängert. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Leitstrukturen über einen massiven Kern des Rotors hinaus in axialer Richtung in Richtung der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz verlängert. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Austrittsöffnung der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz zumindest teilweise von der mindestens einen verlängerten Leitstruktur umschlossen ist, so dass die zu dispergierende Substanz innerhalb von Strukturelementen des Rotors aus der Zuleitung freigesetzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anzahl der
verlängerten Leitstrukturen in Bezug auf die Anzahl der gesamten Leitstrukturen variabel ist. Beispielsweise kann ein Rotor eine derart hohe Dichte an Leitstrukturen aufweisen, dass es für die Funktionalität der Leitstrukturen ausreicht, wenn nur jede zweite Leitstruktur eine Verlängerung über den Rotorkern hinaus aufweist.
Die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz ist insbesondere derart angeordnet, dass die mindestens eine Austrittsöffnung für die zu dispergierende Substanz zumindest teilweise von den verlängerten Leitstrukturen außerhalb des massiven Rotorkerns umschlossen ist. Durch die bei der Drehung des Rotors auftretenden und auf das Fluid und / oder die über die mindestens eine
Austrittsöffnung austretende Substanz einwirkenden Zentrifugalkräfte wird das Fluid effektiv von der mindestens einen Austrittsöffnung der Zuleitung für die zu
dispergierende Substanz fern gehalten, so dass ein Verkleben der zu dispergierenden Substanz in oder an der mindestens einen Austrittsöffnung der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz wirksam verhindert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Rotor eine Mehrzahl von Leitstrukturen aufweisen, die im Bereich der Rotoroberfläche ausgebildet sind. Es ist denkbar, nur eine Leitstruktur über den Rotorkern hinaus zu verlängern und die Verlängerung derart auszubilden, dass diese die Austrittsöffnung für die zu dispergierende Substanz zumindest teilweise oder weitgehend allumfassend umschließt. Beispielsweise könnte die Verlängerung der einen Leitstruktur helikal um die Längsachse der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz geführt werden.
Die Leitstrukturen sind im Bereich ihrer Verlängerung über den massiven Rotorkern hinaus im mittleren Bereich des Rotors, das heißt, im Bereich der
Drehachse des Rotors, als Aufnahme für die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz ausgebildet. Insbesondere weisen die Leitstrukturen im Bereich ihrer Verlängerung eine mittige Aussparung auf, die korrespondierend zur Zuleitung für die zu dispergierende Substanz ausgebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Leitstrukturen im Bereich ihrer Verlängerung über den massiven Rotorkern hinaus koaxial zur Drehachse des Rotors ausgerichtet. Die Verlängerung der Leitstrukturen bildet insbesondere die ersten Mittel zur Erzeugung der zumindest bereichsweisen axialen Förderung.
Weiterhin sind die Leitstrukturen im Bereich des massiven Rotorkerns gekrümmt. Der gekrümmte Teilbereich der Leitstrukturen bildet insbesondere das zweite Mittel zur Erzeugung der zumindest bereichsweisen radialen Förderung. Durch die Krümmung der Leitstrukturen werden ein hoher Ausgangsdruck und eine gute Förderwirkung erzielt. Insbesondere unterstützen die gekrümmten Leitstrukturen die radiale
Förderung bei Drehung des Rotors.
Die verlängerten Leitstrukturen bewirken, dass bereits im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung, obwohl diese außerhalb des massiven Rotorkerns angeordnet ist, eine axiale Förderung des Fluides zum massiven Rotorkern hin, beziehungsweise in Richtung des Produktauslasses, erzielt wird. Durch die Drehung des Rotors wirken zudem Zentrifugalkräfte, die verhindern, dass Fluid nach innen gelangen kann. Insbesondere verhindern die Zentrifugalkräfte, dass Fluid in den Aufnahmebereich zwischen den verlängerten Leitstrukturen eindringen kann, in dem die mindestens eine Austrittsöffnung angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Zuleitung für die zu dispergierende Substanz eine erste Längsachse aufweist.
Insbesondere ist die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz als Rohr mit einer ersten Längsachse ausgebildet. Der Rotor ist um eine Drehachse drehbar gelagert, beispielsweise wird die Drehachse durch die Antriebswelle gebildet. Die Längsachse der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz und die Drehachse des Rotors können gemäß einer Ausführungsform vorzugsweise koaxial oder parallel zueinander ausgerichtet sein. Die Austrittsöffnung der Zuleitung für die zu dispergierende
Substanz kann gemäß einer Ausführungsform fluchtend zu der Längsachse der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz und der Drehachse des Rotors angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz unter einem Winkel zur Drehachse des Rotors angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform endet die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz im Zentrum des Rotors. Insbesondere ist die winklig zur Rotordrehachse ausgebildete Zuleitung für die zu dispergierende Substanz auch in dieser Ausführungsform derart angeordnet, dass die mindestens eine Austrittsöffnung der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz zumindest teilweise von den verlängerten Leitstrukturen außerhalb des massiven Rotorkerns umschlossen ist. Dies verhindert, dass Fluid in die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz eintreten kann. Stattdessen wird das Fluid über die aufgrund der Rotation des Rotors auftretenden Zentrifugalkräfte direkt über die Leitstrukturen des Rotors nach außen abgeleitet.
Bedingt durch den winkeligen Eintritt der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz in den Rotor muss die durch die verlängerten Leitstrukturen gebildete Aussparung geöffnet sein. Dies führt dazu, dass sich im unteren Bereich ein größerer Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Zuleitung für die zu dispergierende
Substanz und dem Rotor ergibt, während im oberen Bereich der gewünschte kleine Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Zuleitung und den verlängerten
Leitstrukturen des Rotors ergibt. Der untere vergrößerte Abstand ist jedoch
unproblematisch, da das Fluid nicht dazu tendiert, von unten her in die Zuleitung zu strömen.
Ein wesentlicher Vorteil dieser weiteren Ausführungsform mit winkliger Anordnung der Zuleitung besteht darin, dass das Fluid insbesondere im
ausgeschalteten Zustand der Vorrichtung nicht in die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz einfließen kann. Somit ist auch im Ruhezustand der
Vorrichtung sicher gewährleistet, dass kein Fluid in die Zuleitung gelangt und somit keine zu dispergierende Substanz innerhalb der Zuleitung verkleben kann. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Fluidzuführung weitgehend orthogonal zur Zuleitung für die zu dispergierende Substanz angeordnet ist. Beispielsweise kann die
Fluidzuführung eine zweite Längsachse aufweisen. Insbesondere ist die
Fluidzuführung als Rohr mit einer zweiten Längsachse ausgebildet. Die
Fluidzuführung ist am Prozessgehäuse beabstandet zum Rotor angeordnet, insbesondere auf der Seite der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz, so dass eingefülltes Fluid die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz zumindest bereichsweise umströmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, die Fluidzuführung weitgehend schräg zu der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz anzuordnen, insbesondere in einem Winkel zwischen 0 Grad und 90 Grad. Das Fluid wird über die Leitstrukturen des Rotors und aufgrund der bei der
Drehung des Rotors auftretenden Zentrifugalkräfte von der Mitte des Rotors nach außen geleitet, so dass das Fluid nicht in den mittleren Bereich gelangen kann, in dem die mindestens eine Austrittsöffnung der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz angeordnet ist. Insbesondere tritt das Fluid somit nicht in den Bereich der Rotationsachse des Rotors ein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Zuleitung für die zu dispergierende Substanz axial verstellt werden kann,
insbesondere kann die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz relativ zum Prozessgehäuse entlang ihrer Längsachse axial und / oder parallel zur
Rotationsachse des Rotors verschoben werden. Dadurch kann die Eintauchtiefe eines Endbereiches der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz in die verlängerten Leitstrukturen des Rotors und somit der Abstand zwischen der mindestens dem die mindestens eine Austrittsöffnung umfassenden Endbereiches der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz und dem massiven Kern des Rotors in Abhängigkeit von der zugeführten Substanz verändert werden.
Zwischen den verlängerten Leitstrukturen des Rotors und der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz ist vorzugsweise ein radialer Abstand ausgebildet. Der Abstand ist notwendig, damit die Substanz aus der mindestens einen Austrittsöffnung austreten und zwischen den Leitstrukturen hindurch in das Fluid übertreten kann. Vorzugsweise besteht zwischen den verlängerten Leitstrukturen des Rotors und der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz in radialer Richtung ein Abstand von zirka 0,1 mm bis zirka 10mm. Weiterhin ist vorgesehen, dass zwischen der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz und dem Rotor in axialer Richtung ein Spalt ausgebildet ist, durch den die Substanz in das Fluid radial übertritt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rotor eine Mehrzahl von Leitstrukturen auf, wobei nur ein Teil der Leitstrukturen axiale Verlängerungen als erste Mittel zur Erzeugung der zumindest bereichsweisen axialen Förderung ausgebildet haben. Beispielsweise weist der Rotor eine gerade Anzahl von
Leitstrukturen auf, wobei nur jede zweite Leitstruktur axial über den massiven
Rotorkern hinaus verlängert ist. Dies kann insbesondere bei einer hohen Dichte an Leitstrukturen auf dem Rotorkern sinnvoll sein. Insbesondere wird dadurch verhindert, dass die Verlängerungen einen derart dichten Ring um die Rotationsachse bilden, dass ein Übertritt der Substanz aus der Zuleitung in das Fluid behindert werden könnte.
Die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz kann im Bereich der mindestens einen Austrittsöffnung einen erhöhten Durchmesser aufweisen, beispielsweise in Form einer Kröpfung, die als zusätzliches Abweiselement dient.
Dadurch wird zusätzlich sichergestellt, dass kein Fluid in und / oder an die mindestens eine Austrittsöffnung der Zuleitung gelangen kann.
Die mindestens eine Austrittsöffnung muss nicht als offenes Ende der
Zuleitung für die zu dispergierende Substanz ausgebildet sein. Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung wird die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz durch ein Rohr gebildet, dessen in Richtung des massiven Rotorkerns zwischen den Leitstrukturen angeordnetes Ende geschlossen ist und das in diesem Endbereich eine Mehrzahl von seitlichen Öffnungen als Austrittsöffnungen für die Substanz in radialer Richtung aufweist. Die Substanz wird ebenfalls durch die Zentrifugalkräfte nach außen gefördert, das heißt, in Richtung des äußeren Rotorrands. Dabei wird die Substanz in dem Fluid dispergiert. Dies erfolgt insbesondere am Außenrandbereich des Rotors in einem Zwischenraum zwischen dem drehenden Rotor und dem statischen Prozessgehäuse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der
Innendurchmesser der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz variabel ist und somit an die Anforderungen der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz angepasst werden kann. Insbesondere können die Fördermenge und die
Strömungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass den Querschnitt verringernde Formatteile in die Zuleitung für die zu
dispergierende Substanz eingeschoben werden können, um den Durchmesser und somit die Querschnittsfläche der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz zu variieren. Die variable Einstellung erfolgt beispielsweise durch Verwendung von zusätzlichen Innenrohren mit kleineren Durchmessern für das Pulverzuführrohr. Die Innenrohre können beispielsweise aus PTFE oder einem anderen geeigneten
Kunststoff bestehen. Alternativ erfolgt ein Austausch von Rotor und Zuführrohr, wobei beispielsweise mehrere verschiedene Größen von Rotor und Pulverzuführrohr zur Auswahl als Formatteile vorliegen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Längsachse der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz horizontal ausgerichtet und die zweite Längsachse der Fluidzuführung ist vertikal angeordnet. Insbesondere kann
vorgesehen sein, dass die Fluidzuführung von oben her erfolgt.
Das Fluid tritt über die Fluidzuführung in das Prozessgehäuse ein und wird vom Rotor erfasst, der das Fluid in axialer und radialer Richtung beschleunigt.
Dadurch kommt eine Pumpwirkung zustande, welche das Fluid durch den
Produktauslass in einen Behälter pumpt. Durch die hohe Pumpwirkung entsteht im Prozessgehäuse ein Unterdruck. Sobald die Zuleitung für die zu dispergierende
Substanz geöffnet wird, entsteht aufgrund des Unterdruckes im Prozessgehäuse ein Sog. Dadurch wird die Substanz durch die Zuleitung für die zu dispergierende
Substanz gesaugt. Die Substanz tritt über die zwischen den verlängerten
Leitstrukturen angeordnete mindestens eine Austrittsöffnung aus und geht radial in das Fluid über. Die so entstandene Dispersion oder Suspension wird durch den Rotor vom Prozessgehäuse über den Produktauslass ausgetragen. Durch den engen Spalt zwischen den Leitstrukturen und der Zuleitung für die zu dispergierende Substanz wird das Fluid über Zentrifugalkräfte davon abgehalten, in die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz zu fließen.
Alternativ kann die Zufuhr der zu dispergierenden Substanz auch gravimetrisch erfolgen. In diesem Fall ist die Zuleitung für die zu dispergierende Substanz vertikal oder in einem Winkel kleiner gleich 70° zu Vertikalen angestellt.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Dispergieren mindestens einer Substanz in einem Fluid, insbesondere in einer Flüssigkeit, vermittels einer Vorrichtung umfassend ein Prozessgehäuse mit Rotor, eine
Fluidzuführung, eine Zuleitung für die mindestens eine zu dispergierende Substanz mit einer Austrittsöffnung, sowie einen Produktauslass. Der Rotor bewirkt zumindest bereichsweise eine axiale Förderung eines zugeführten Fluides. Weiterhin bewirkt der Rotor zumindest bereichsweise eine radiale Förderung des zugeführten Fluides.
Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere Merkmale und / oder Eigenschaften der zuvor beschriebenen
Vorrichtung umfassen.
Die Vorrichtung und das Verfahren sind geeignet, eine Substanz in einem Fluid, insbesondere in einer Flüssigkeit, zu dispergieren. Insbesondere ist es mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung und / oder dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, einen pulverförmigen Feststoff größtenteils ohne Zuhilfenahme von mechanischen Kräften wie sie beispielsweise durch ein klassisches Rotor -Stator-System oder durch die
Verwendung von Mahlkörper erzeugt wird, zu benetzen und / oder dispergieren. Anstelle von mechanischen Kräften werden in der Vorrichtung beziehungsweise bei dem
Verfahren physikalische Effekte ausgenutzt, beispielsweise Druckunterschiede und die damit verbundene Expansion und Kompression von im Pulver enthaltener Luft. Die Vorrichtung ist kompakter als herkömmlich bekannte Vorrichtungen. Da die
Vorrichtung technisch einfacher als bekannte Vorrichtungen aufgebaut ist, kann diese kostengünstiger produziert werden. Der technisch vereinfachte Aufbau erleichtert die Reinigung und Wartung der Vorrichtung. Die vereinfachte Reinigung macht die
Vorrichtung insbesondere für kleinere und mittlere Produktansätze und häufigere
Produktwechsel interessant. Die Vorrichtung verwendet zur Dispersion der zu dispergierenden Substanz in einem Fluid kein klassisches Rotor- Stator- Prinzip. Das heißt insbesondere, dass das Produkt nicht durch einen Stator gepumpt werden muss. Vorteilhaft dabei ist eine geringere Scherung des Produktes. Weiterhin zeichnen sich die Vorrichtung und das Verfahren durch einen geringeren Energieeintrag aus, wodurch der Temperaturanstieg ebenfalls geringer ist als bei herkömmlich bekannten Vorrichtungen. Des Weiteren ist die Vorrichtung weniger störanfällig und / oder verschleißanfällig. Insbesondere ist die Vorrichtung weniger sensitiv bei in der zu dispergierenden pulverigen Substanz oder in den Fluid enthaltenen Fremdkörpern.
Fiqurenbeschreibung
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Prozessgehäuses einer Dispersionsvorrichtung.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren
Ausführungsform eines Prozessgehäuses in seitlicher Darstellung. Figur 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rotors mit Lagerung.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf den Rotor mit Lagerung.
Figur 7 stellt einen ersten Arbeitsmodus dar.
Figur 8 stellt einen zweiten Arbeitsmodus dar. Figur 9 zeigt eine seitliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung.
Figur 10 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine seitliche Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung gemäß Figur 9.
Figur 11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Prozessgehäuses der Ausführungsform gemäß Figur 9.
Figur 12 zeigt einen Detailausschnitt aus Figur 11.
Figur 13 zeigt eine perspektivische Darstellung der Prozessgehäuses der Dispersionsvorrichtung gemäß Figur 9.
Figur 14 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rotors mit Lagerung der Ausführungsform gemäß Figur 9.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und steifen keine abschließende Begrenzung dar.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung 1 und Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung 1. Die Dispersionsvorrichtung 1 wird insbesondere verwendet um eine pulverige Substanz P in einem Fluid F,
insbesondere einer Flüssigkeit, zu dispergieren und dabei eine Dispersion D herzustellen. Die Dispersionsvorrichtung 1 umfasst einen Antriebsmotor (nicht dargestellt), eine Lagerung 9, in der die Antriebswelle 2 gelagert ist und eine
Kupplungslaterne mit innenliegender Wellenkupplung und Antriebsmotor (nicht dargestellt) zur Kraftübertragung von der Motorwelle auf die Antriebswelle 2. Die Antriebswelle 2 dient dem Antrieb des Rotors 3. Weiterhin umfasst die
Dispersionsvorrichtung 1 eine drehende Lagerung der Antriebswelle 2, die durch eine Gleitringdichtung 4 in ein Prozessgehäuse 5 geführt ist. ln dem Prozessgehäuse 5, in dem die Dispersion stattfindet, sind ein Rotor 3 und ein Produktauslass 8 zum Abführen des Produktes, insbesondere der Dispersion D, angeordnet. Dem Prozessgehäuse 5 ist weiterhin eine Zuleitung für die zu dispergierende pulverige Substanz P zugeordnet, insbesondere eine Pulverzufuhr 6 zur Zuführung von Pulver P, sowie weiterhin eine Fluidzuführung 7 zur Zuführung von Fluid F (vergleiche Figur 2).
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung und Figur 4 zeigt eine
schematische Schnittdarstellung eines Prozessgehäuses 5 mit Pulverzufuhr 6, Fluidzuführung 7 und Produktauslass 8. Figuren 5 und 6 zeigen unterschiedliche Darstellungen einer Ausführungsform des Rotors 3.
Der Rotor 3 ist um eine Rotationsachse R drehbar und weist einen massiven Rotorkern 10 auf. Der Rotor 3 weist eine Querschnittsfläche Q auf, die sich zur Antriebsseite hin zumindest bereichsweise vergrößert. Anders ausgedrückt, die Querschnittsfläche Q des Rotors 3 verkleinert sich in Richtung der Pulverzufuhr 6. Insbesondere weist der Rotor 3 in einem Bereich benachbart zur Pulverzufuhr 6 eine erste Querschnittsfläche Q1 auf, die kleiner ist als eine zweite Querschnittsfläche Q2 in einem antriebsnahen Bereich des Rotors 3 (vergleiche insbesondere Figur 4).
Auf dem Rotorkern 10 sind Leitstrukturen 11 angeordnet, die eine gerichtete Führung des Fluides F beziehungsweise des Pulvers P bewirken. Jede Leitstruktur 11 umfasst im Wesentlichen zwei Teilbereiche 12, 13, wobei der erste Teilbereich 12 an dem massiven Rotorkern 10 angeordnet und befestigt ist und wobei der zweite Teilbereich 13 eine axiale Verlängerung 14 der Leitstruktur 11 über den massiven Rotorkern 10 hinaus darstellt. Insbesondere sind die Leitstrukturen 11 im Bereich der Verlängerungen 14 in axialer Richtung geneigt, damit sie insbesondere axial fördern. Dagegen sind die Leitstrukturen 11 im ersten Teilbereich 12 zusätzlich rückwärts gekrümmt, um einen hohen Ausgangsdruck und eine gute Förderwirkung zu erzielen.
Die Verlängerungen 14 der Leitstrukturen 11 sind im Bereich der
Rotationsachse R des Rotors 3 ausgespart und bilden eine axiale Öffnung 15. Diese Öffnung 15 dient insbesondere als Aufnahme 16 für einen Endbereich 20 der
Pulverzufuhr 6 (vergleiche Figuren 1 und 4). Insbesondere wird innerhalb der
Aufnahme 16 die mindestens eine Pulveraustrittsöffnung 21 der Pulverzufuhr 6 von den Leitstrukturen 11 des Rotors 3 umschlossen (vergleiche Figuren 1 und 4). Bei Rotation des Rotors 3 um die Rotationsachse R entstehen Zentrifugalkräfte, die dazu führen, dass das Fluid F nach außen geleitet wird und somit von der
Pulveraustrittsöffnung 21 ferngehalten wird. Somit kann wirksam ein Eindringen von Fluid F in die Pulverzufuhr 6 verhindern werden. Insbesondere entspricht der Eintauchbereich EB (vergleiche Figuren 1 und 4), in dem die Pulverzufuhr 6 zumindest bereichsweise in den Rotor 3 eintaucht, insbesondere der Eintauchbereich EB, in dem die Pulverzufuhr 6 in die
Verlängerungen 14 der Leitstrukturen des Rotors 3 eintaucht, somit auch dem
Austrittsbereich AB, in dem das Pulver P aus der mindestens einen
Pulveraustrittsöffnung 21 der Pulverzufuhr 6 austritt und insbesondere in das Fluid F übertritt.
Vorzugsweise ist der Rotor 3 so geformt, dass bereits im Bereich um den Endbereich 20 der Pulverzufuhr 6 eine axiale Förderwirkung des Fluides F in Richtung des massiven Rotorkerns 10 beziehungsweise in Richtung des Produktauslasses 8 erzielt wird. Diese axiale Förderung geht mit zunehmendem Durchmesser des Rotors 3, das heißt, mit zunehmender Querschnittsfläche Q des Rotors 3 in Richtung
Produktauslass 8 in eine radiale Förderwirkung über, bis hin zu einem Bereich, in dem das Fluid F nur noch radial gefördert wird. Zusätzlich zur axialen bzw. radialen Förderwirkung wird das Fluid F durch die Drehung des Rotors 3 um die
Rotationsachse R in Rotation versetzt.
Die Pulverzufuhr 6 kann im Endbereich 20 geschlossen sein und seitliche Öffnungen als Pulveraustrittsöffnungen 21 aufweisen, über die vorzugsweise ein Austritt des Pulvers aus der Pulverzufuhr 6 in radialer Richtung erfolgt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Pulverzufuhr 6 entlang einer Längsachse L6 axial verschoben werden kann. Die Längsachse L6 kann vorzugsweise koaxial oder parallel zur Rotationsachse R des Rotors 2 ausgerichtet sein. Über die axiale Verschiebung der Pulverzufuhr 6 kann insbesondere die Tiefe, die der Endbereich 20 der Pulverzufuhr 6 in die Verlängerungen 14 der Leitstrukturen 11 eintaucht, eingestellt werden. In radialer Richtung ist zwischen den Verlängerungen 14 der Leitstrukturen 11 und der Pulverzufuhr 6 ein Abstand ausgebildet. Dieser Abstand gewährleistet insbesondere eine ungestörte Rotation des Rotors 3 um die
Pulverzufuhr 6 herum und ermöglicht weiterhin den ungehinderten Austritt des Pulvers P aus der mindestens einen Pulveraustrittsöffnung 21. Der radiale Abstand zwischen den Verlängerungen 14 der Leitstrukturen 11 und der Pulverzufuhr 6 beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 10 mm. Für den Fachmann ist klar, dass der Abstand insbesondere auf die Größe der Gesamtvorrichtung beziehungsweise auf die zu verarbeitenden Stoffe und / oder Produkte abgestimmt ist.
Weiterhin besteht zwischen der Pulverzufuhr 6 und dem massiven Rotorkern 10 in axialer Richtung ein Spalt S, durch den das über die Pulverzufuhr 6 zugeführte Pulver P radial in das Fluid F übertritt.
Ein Abstand A zwischen Rotor 3 und Prozessgehäuse 5 (vergleiche Figuren 1 und 4) beträgt zwischen 0,1 mm und 10 mm. Je geringer der Abstand A, desto höhere Scherkräfte wirken innerhalb des Fluides F, was die Dispergierwirkung begünstigen kann.
Die Pulverzufuhr 6 kann im Endbereich 20, insbesondere im Bereich der mindestens einen Pulveraustrittsöffnung 21 , einen vergrößerten Außendurchmesser aufweisen. Der erhöhte Durchmesser dient als zusätzliches Abweiselement, das zusätzlich ein Eindringen von Fluid F in den Bereich der Pulveraustrittsöffnung 21 verhindert.
Die Zuführung des Fluides F, des Pulvers P beziehungsweise einer Produkt- Suspension oder Dispersion D geschieht über relativ große Rohrquerschnitte der Pulverzufuhr 6 und Fluidzuführung 7. Dadurch werden insbesondere
Strömungswiderstände gering gehalten und es können auch Produkte bis hin zu mittleren Viskositäten ohne Pumpe prozessiert werden. Wird beispielsweise ein Produkt im Kreislauf durchgeleitet, um sukzessive Pulver P zuzugeben, bis die gewünschte Endkonzentration erreicht ist, dann erfolgt die Zugabe des bereits Pulver enthaltenden Produktes in der Regel über die Zuleitung der Fluidzuführung 7.
Um Produkte mit unterschiedlichen Viskositäten jeweils optimal bearbeiten zu können, kann am Produkteinlass der Fluidzuführung 7 zur Drosselung des
Durchflusses für Produkte mit niedrigen Viskositäten ein Ventil oder Ähnliches verbaut sein (nicht dargestellt). Bei der erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung 1 kann die Zufuhr von Fluid F in Abhängigkeit vom jeweiligen Fluid F beziehungsweise zirkulierendes Dispersionsprodukt D mit oder ohne Pumpe erfolgen.
Das Fluid F tritt im Produkteinlass der Fluidzuführung 7 in das Prozessgehäuse 5 ein, wird vom sich drehenden Rotor 3 erfasst und in axialer und radialer Richtung beschleunigt. Dadurch kommt eine Pumpwirkung zustande, welche das Fluid F durch den Produktauslass 8 zurück in einen Behälter (nicht dargestellt) pumpt. Dabei entsteht im Prozessgehäuse 5 ein Unterdruck. Sobald die in der Regel durch ein Ventil (nicht dargestellt) regulierte Pulverzufuhr 6 geöffnet wird, entsteht aufgrund des Unterdruckes im Prozessgehäuse 5 ein Sog. Das Pulver P wird in Richtung des
Rotors 3 angesaugt. Das Pulver P tritt über die mindestens eine Pulveraustrittsöffnung 21 aus der Pulverzufuhr 6 aus und geht radial in das Fluid F über. Die so entstandene Dispersion D wird durch den Rotor 3 vom Prozessgehäuse 5 über den Produktauslass 8 ausgetragen. Durch den engen Spalt zwischen den Leitstrukturen 11 und der Pulverzufuhr 6 wird das Fluid über Zentrifugalkräfte davon abgehalten in die
Pulverzufuhr 6 einzufließen.
Die Ventile an der Fluidzuführung 7 beziehungsweise an der Pulverzufuhr 6 sind insbesondere dazu vorgesehen, die Zuführung entweder komplett zu öffnen oder komplett zu verschließen, um ein Fluten der Dispersionsvorrichtung 1 zu verhindern. Die erfindungsgemäße Dispersionsvorrichtung 1 kann ohne zusätzliche
Maschinen benutzt werden. Es wird lediglich ein Produkt- beziehungsweise
Ansatzbehälter (nicht dargestellt) und ein geeignetes Pulveraufgabesystem (nicht dargestellt) benötigt. Als Pulveraufgabesystem eignen sich herkömmlich bekannte Systeme, beispielsweise eine Sauglanze, eine Sackaufgabestation, eine BigBag- Aufgabestation, ein Silo o.ä. Mit der Dispersionsvorrichtung 1 können Pulver P in Fluide F, insbesondere in Flüssigkeiten, eingesaugt und fein dispergiert werden.
Figur 7 stellt einen ersten Arbeitsmodus AM1 und Figur 8 stellt einen zweiten Arbeitsmodus AM2 dar. In dem ersten Arbeitsmodus AM1 gemäß Figur 7 ist die Pulverzufuhr 6 geöffnet. Insbesondere ist ein die Pulverzufuhr 6 regulierendes Ventil (nicht dargestellt) geöffnet. In diesem ersten Arbeitsmodus AM1 zirkuliert das Fluid F beziehungsweise das Dispersionsprodukt D bestehend aus in dem Fluid F
dispergiertem Pulver P zwischen einem Produkt- beziehungsweise Ansatzbehälter und der Dispersionsvorrichtung 1 (in Figuren 7 und 8 ist jeweils nur das Prozessgehäuse 5 mit den Zu- und Ableitungen 6, 7, 8 dargestellt, wobei über die Pulverzufuhr 6 fortlaufend Pulver P zugeführt, insbesondere eingesaugt, wird. Die Pulverbeschickung kann beispielsweise über einen Trichter, eine BigBag-Station, ein Silo, eine Sauglanze oder ähnlichem erfolgen.
In einem zweiten Arbeitsmodus AM2 gemäß Figur 8 ist die Pulverzufuhr 6 mittels Ventil (nicht dargestellt) verschlossen. Stattdessen zirkuliert das
Dispersionsprodukt D fortlaufend zwischen dem Produkt- beziehungsweise
Ansatzbehälter und dem Prozessgehäuse 5 der Dispersionsvorrichtung 1. Dabei entsteht im Prozessgehäuse 5 ein starker Unterdruck, der zu (Micro-) Kavitation innerhalb der Dispersion D führt. Des Weiteren wird das Dispersionsprodukt D, das heißt, das im Fluid F dispergierte Pulver P, zwischen den Leitstrukturen 11 und dem Prozessgehäuse 5 einer Scherwirkung unterzogen (vergleiche Figuren 1 und 4). Um einen höheren Druck und eine höhere Verweilzeit des Dispersionsprodukts D beziehungsweise des im Fluid F dispergierten Pulvers P im Prozessgehäuse 5 zu erzielen, kann am Produktauslass 8 ein weiteres Ventil (nicht dargestellt) angeordnet sein oder aber der Produktfluss wird mit einer entsprechenden Rohrleitung gedrosselt. Diese Maßnahmen bzw. Effekte wirken sich positiv auf die Dispergierqualität aus.
Figur 9 zeigt eine seitliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dispersionsvorrichtung 1. Figur 10 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Dispersionsvorrichtung 1 gemäß Figur 9. Figur 11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung und Figur 13 zeigt eine perspektivische Darstellung des
Prozessgehäuses der Ausführungsform gemäß Figur 9. Figur 12 stellt einen
Detailausschnitt aus Figur 11 dar und Figur 14 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rotors mit Lagerung der Ausführungsform der Dispersionsvorrichtung 1 gemäß Figur 9. Gleiche Bauteile sind mit denselben Referenznummern versehen wie in den Figuren 1 bis 8, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird.
Die Dispersionsvorrichtung 1 umfasst einen Antriebsmotor (nicht dargestellt), eine Lagerung 9 in der die Antriebswelle 2 gelagert ist und eine Kupplungslaterne mit innenliegender Wellenkupplung. Die Dispersionsvorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Antriebsmotor (nicht dargestellt) zur Kraftübertragung von der Motorwelle auf die Antriebswelle 2, die dem Antrieb des Rotors 3 dient. Weiterhin ist eine drehende Lagerung der Antriebswelle 2 vorgesehen, die durch eine Gleitringdichtung 4 in ein Prozessgehäuse 5 geführt ist. In dem Prozessgehäuse 5, in dem die Dispersion einer pulverigen Substanz P in einem Fluid F stattfindet, sind ein Rotor 3 und ein
Produktauslass 8 zum Abführen des Produktes, insbesondere der Dispersion D, angeordnet. Dem Prozessgehäuse 5 ist weiterhin eine Zuleitung für die zu
dispergierende pulverige Substanz P zugeordnet, insbesondere eine Pulverzufuhr 6*, sowie weiterhin eine Fluidzuführung 7* zur Zuführung von Fluid F.
Im Gegensatz zu der in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsform ist bei der in den Figuren 9 bis 14 dargestellten Ausführungsform die Längsachse L6* der Pulverzufuhr 6* in einem Winkel α zur Rotationsachse R des Rotors 3 angeordnet. Insbesondere wird die pulverige Substanz P somit von schräg oben nach unten dem Rotor 3 zugeleitet. Die Pulverzufuhr 6* endet analog zur Pulverzufuhr 6 gemäß Figuren 1 und 4 im Zentrum des Rotors 3, insbesondere taucht der Endbereich 20 der Pulverzufuhr 6* mit der Pulveraustrittsöffnung 21 zwischen den axialen
Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 des Rotors 3 ein. Analog zu den im
Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6 ausführlich beschriebenen Leitstrukturen 11 sind die Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 ebenfalls im Bereich der
Rotationsachse R des Rotors 3 ausgespart und bilden eine axiale Öffnung 15*. Diese Öffnung 15* dient insbesondere als Aufnahme 16* für einen Endbereich 20 der Pulverzufuhr 6* (vergleiche insbesondere Figuren 12 und 14). Insbesondere wird die mindestens eine Pulveraustrittsöffnung 21 der Pulverzufuhr 6* innerhalb der
Aufnahme 16* von den Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 des Rotors 3 umschlossen (vergleiche Figur 10 bis 12). Bei der Rotation des Rotors 3 um die Rotationsachse R entstehen Zentrifugalkräfte, die dazu führen, dass das Fluid F nach außen abgeleitet wird und somit von der Pulveraustrittsöffnung 21 ferngehalten wird. Somit kann wirksam ein Eindringen von Fluid F in die Pulverzufuhr 6* verhindern werden.
Insbesondere entspricht der Eintauchbereich EB, in dem die Pulverzufuhr 6* zumindest bereichsweise in den Rotor 3 eintaucht, insbesondere der Eintauchbereich EB, in dem die Pulverzufuhr 6* in die Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 des Rotors 3 eintaucht, somit auch dem Austrittsbereich AB, in dem das Pulver P aus der mindestens einen Pulveraustrittsöffnung 21 der Pulverzufuhr 6* austritt und
insbesondere in das Fluid F übertritt. Auch bei dieser Ausführungsform wird somit die pulverige Substanz P im Zentrum des Rotors 3 zugeführt, wie insbesondere in der vergrößerten
Detaildarstellung der Figur 12 deutlich zu erkennen ist. Die Rotorflügel
beziehungsweise Leitstrukturen 11 umschließen dabei den Endbereich 20 der Pulverzufuhr 6* und verhindern dadurch wirksam, dass Fluid F in die Pulverzufuhr 6* gelangen kann. Durch die Leitstrukturen 11 , insbesondere über den ersten Teilbereich 12 der Leitstrukturen 11 , wird das Fluid F nach außen zentrifugiert. Die spezielle Ausführung der in die Rotorflügel bzw. Leitstrukturen 11 eintauchenden Pulverzufuhr 6* bildet somit eine dynamische Barriere zwischen der pulverigen Substanz P und dem Fluid F.
Der Endbereich 20 der Pulverzufuhr 6* kann in dem Eintrittsbereich EB, in dem er in den Rotor 3 eintaucht, so abgeschnitten sein, dass der Endbereich 20 eine Fläche senkrecht zur Rotationsachse R des Rotors 3 bildet. Alternativ kann der Endbereich 20 in einem beliebigen Winkel zur Längsachse L6* der Pulverzufuhr 6* abgeschnitten sein.
Der Winkel a, in dem die Pulverzufuhr 6* zur Rotationsachse R des Rotors 3 angeordnet ist, kann zwischen 0° bis zu 90° betragen. Der Abstand der Pulverzufuhr 6* zum Rotor 3 kann beliebig zwischen 0,5 mm und 100 mm betragen. Die
Überdeckung der Rotorflügel beziehungsweise die Überdeckung der Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 über die Pulverzufuhr 6* hinaus, insbesondere die
Umschließung der Pulverzufuhr 6* durch die Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 , kann vorzugsweise zwischen 1 mm und 100mm betragen.
Bedingt durch den winkligen Eintritt der Pulverzufuhr 6* in die axiale Öffnung 15* beziehungsweise Aufnahme 16* zwischen den axialen Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 ist die Aussparung zwischen den Verlängerungen 14*, die die Öffnung 15* beziehungsweise Aufnahme 16* bildet, geöffnet ausgebildet, um eine ungehinderte Rotation des Rotors 3 zu ermöglichen (vergleiche Figur 12). Dadurch ergibt sich im unteren Bereich ein erster Abstand A1 zwischen der Pulverzufuhr 6* und den Verlängerungen 14* und im oberen Bereich ergibt sich ein zweiter Abstand A2 zwischen der Pulverzufuhr 6* und den Verlängerungen 14*. Dabei ist der erste Abstand A1 größer als der zweite Abstand A2. Der größere erste Abstand A1 im unteren Bereich ist jedoch unproblematisch, da kein Fluid F von unten her in die Pulverzufuhr 6* einströmt.
Diese Ausführungsform hat sich insbesondere beim Stillstand der
Dispersionsvorrichtung 1 als vorteilhaft erwiesen, wenn in dieser gegebenenfalls noch Restfluid vorhanden ist. Bei der Ausführungsform gemäß Figuren 1 bis 7 kann es in Ausnahmefällen im Ruhezustand zu einem Einfließen von Restfluid in die
Pulverzufuhr 6 kommen, die dann zu einem Verkleben der pulverigen Substanz P innerhalb der Pulverzufuhr 6 führen kann.
Bei einer Ausführungsform mit einer gemäß den Figuren 9 bis 14 dargestellten und beschriebenen Einlassgeometrie der Pulverzufuhr 6* zwischen die
Verlängerungen 14* der Leitstrukturen 11 des Rotors 3 ist diese Restgefahr komplett ausgeschlossen. Auch im ausgeschalteten Zustand der Dispersionsvorrichtung 1 kommt es bei dieser Ausführungsform nicht zu einem ungewollten Einfließen von Fluid F in die Pulverzufuhr 6*. Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezuaszeichenliste
1 Dispersionsvorrichtung
2 Antriebswelle
3 Rotor
4 Gleitringdichtung
5 Prozessgehäuse
6 Pulverzufuhr / Zuleitung
7 Fluidzuführung / Zuleitung
8 Produktauslass / Ableitung
9 Lagerung
10 Rotorkern
11 Leitstruktur
12 erster Teilbereich
13 zweiter Teilbereich
14 axiale Verlängerung
15 Öffnung
16 Aufnahme
20 Endbereich
21 Pulveraustrittsöffnung
A Abstand
AB Austrittsbereich
AM Arbeitsmodus
D Dispersion / Dispersionsprodukt EB Eintauchbereich
F Fluid
L Längsachse
P Pulver
R Rotationsachse
S Spalt
Q Querschnittsfläche

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Dispergieren mindestens einer Substanz (P) in einem Fluid (F) umfassend ein Prozessgehäuse (5) mit Rotor (3), eine Fluidzuführung (7), eine Zuleitung (6) für die mindestens eine zu dispergierende Substanz mit mindestens einer Austrittsöffnung (21), sowie einen Produktauslass (8), wobei durch den Rotor (3) zumindest bereichsweise eine axiale Förderung eines zugeführten Fluides (F) erzeugbar ist und wobei durch den Rotor (3) zumindest bereichsweise eine radiale Förderung des zugeführten Fluides (F) erzeugbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , wobei der Rotor (3) mindestens ein erstes Mittel zur Erzeugung der zumindest bereichsweisen axialen Förderung umfasst und wobei der Rotor (3) mindestens ein zweites Mittel zur Erzeugung der zumindest bereichsweisen radialen Förderung umfasst.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zuleitung (6) für die zu
dispergierende Substanz zumindest teilweise vom Rotor (3) umschlossen ist und wobei die mindestens eine Austrittsöffnung (21) in einem Bereich des Rotors (3) angeordnet ist, in dem das Fluid (F) axial förderbar ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Rotor (3) Leitstrukturen (11 ) zur Erzeugung der axialen Förderwirkung aufweist und wobei durch eine Verbreiterung eines Rotorquerschnitts (Q) und / oder durch eine Rotation des Rotors (3) eine radiale Förderwirkung erzeugbar ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Leitstrukturen (11) auf der der
Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz zugewandten Seite des Rotors (3) ausgebildet sind und wobei mindestens eine der Leitstrukturen (11) über einen massiven Kern (10) des Rotors (3) axial in Richtung der Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz verlängert ist, insbesondere wobei die mindestens eine Austrittsöffnung (21) der Zuleitung (6) für die zu
dispergierende Substanz zumindest teilweise von der mindestens einen verlängerten Leitstruktur (11) umschlossen ist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die die Anzahl der verlängerten Leitstrukturen in Bezug auf die Anzahl der gesamten Leitstrukturen variabel ist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Zuleitung (6) für die zu
dispergierende Substanz eine erste Längsachse (L6) aufweist und wobei der Rotor (3) um eine Rotationsachse (R) drehbar gelagert ist, wobei die
Längsachse (L6) der Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz und die Rotationsachse (R) des Rotors (3) koaxial oder parallel ausgerichtet sind und wobei eine Austrittsöffnung (21) der Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz fluchtend zu der ersten Längsachse (L6) der Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz und der Rotationsachse (R) des Rotors (3) angeordnet ist oder wobei die Längsachse (L6*) der Zuleitung (6*) für die zu dispergierende Substanz und die Rotationsachse (R) des Rotors (3) in einem definierten Winkel (a) zueinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die
Fluidzuführung (7) weitgehend orthogonal zur Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz angeordnet ist oder wobei die Fluidzuführung (7) in einem Winkel zwischen 0 Grad und 90 Grad zur Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Fluidzuführung (7) eine zweite Längsachse aufweist, die orthogonal oder in einem Winkel zur ersten Längsachse (L6) der Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz angeordnet ist und wobei die Fluidzuführung (7) beabstandet zum Rotor (3) angeordnet ist, so dass eingefülltes Fluid (F) die Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz zumindest bereichsweise umströmt.
10. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9, wobei das Fluid (F) vermittels der
Leitstrukturen (11) des Rotors (3) und der bei der Drehung des Rotors (3) auftretenden Zentrifugalkräfte von einer Mitte des Rotors (3) nach außen leitbar ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die
Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz axial einstellbar ist, insbesondere wobei die Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz parallel zur Rotationsachse (R) des Rotors verschiebbar ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , wobei die Eintauchtiefe eines Endbereiches (20) der Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz, insbesondere die Eintauchtiefe des die mindestens einen Austrittsöffnung (21 ) umfassenden Endbereiches (20), in die verlängerten Leitstrukturen (11) des Rotors (3) einstellbar ist.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei zwischen den
verlängerten Leitstrukturen (11) des Rotors (3) und der Zuleitung (6) für die zu dispergierende Substanz ein radialer Abstand ausgebildet ist, insbesondere ein radialer Abstand zwischen 0,1 mm und 10mm.
14. Verfahren zum Dispergieren mindestens einer Substanz (P) in einem Fluid (F), insbesondere in einer Flüssigkeit, vermittels einer Vorrichtung (1) umfassend ein Prozessgehäuse (5) mit Rotor (3), eine Fluidzuführung (7), eine Zuleitung (6) für die mindestens eine zu dispergierende Substanz mit mindestens einer Austrittsöffnung (21), sowie einen Produktauslass (8), wobei der Rotor (3) zumindest bereichsweise eine axiale Förderung eines zugeführten Fluides (F) bewirkt und wobei der Rotor (3) zumindest bereichsweise eine radiale
Förderung des zugeführten Fluides (F) bewirkt.
15. Verfahren zum Dispergieren mindestens einer Substanz (P) in einem Fluid (F) nach Anspruch 14 mit einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
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