NL7901305A

NL7901305A - Dispersion of solid matter in a fluid - esp. pelletised pigments broken down by high frequency pressure gradients

Info

Publication number: NL7901305A
Application number: NL7901305A
Authority: NL
Original assignee: Technessen B V
Priority date: 1979-02-19
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1980-08-21

Abstract

Pelletised or extruded pigments are added to a quantity of fluid in which they are to be dispersed, to preliminarily prepare a macroscopic homogeneous mixt. The mixt. is put into a circuit in which it is subjected to a high frequency alternating pressure filed with severe pressure gradients. This is intended, by virtue of the sheating forces generated by the pressure gradients to reduce the solid particles in size. For pref. the mixt. is put through two or more circuits in series with the frequency and/or the size of the pressure gradients increasing in the successive circuits. Used to make possible the dispersal of pelletised pigments into a fluid so that the free flow characteristics of the pigments in this form can be exploited and the inconvenience of the powdered pigments eliminated.

Description

/ -1-/ -1-

Jr *'¥ i · ί , Technessen B.V. fce Weesp, Nederland iJr * '¥ i · ί, Technessen B.V. fce Weesp, The Netherlands i

Werkwijze en inrichting voor het dispergeren van een ; vaste stof in een vloeistof.Method and device for dispersing one; solid in a liquid.

r t ί i De uitvinding heeft betrekking op een werkwij ze voor het dispergeren van een vaste stof, bestaande uit een geparelde of ge'éxtrudeerde pigment, in een vloeistof.The invention relates to a method for dispersing a solid, consisting of a beaded or extruded pigment, in a liquid.

5 Kleur of pigment stoffen worden meestal als poedervormige stof in de hendel gebracht, welke poedervorm * relatief gemakkelijk in een vloeistof is te dispergeren teneinde het gewenste produkt, bijvoorbeeld inkt te verkrijgen. Het bezwaar van poedervormige stoffen is dat 10 bij de verwerking de stof zich snel verspreid buiten de verwerkingsinrichting, hetgeen een grote belasting is voor het milieu respectievelijk de daarbij werkzame personen.Color or pigment substances are usually introduced into the handle as a powder substance, which powder form is relatively easy to disperse in a liquid in order to obtain the desired product, for example ink. The drawback of powdered substances is that during processing the substance spreads quickly outside the processing device, which is a great burden on the environment or the persons working therein.

Dit speelt bijv. . bij roet (carbon black) dat als kleurstof in vele produkten wordt toegepast. De proces-15 industrie heeft hiertegen een oplossing gevonden door het poedervormige roet in geparelde of gepelletiseerde vorm respectievelijk als geëxtrudeerd materiaal op de markt te brengen. De korrelgrootte wordt hierdoor zodanig, , verhoogd dat do verstuiving van de stof hierdoor is 20 vermeden, terwijl door deze bewerking het pigment "free-flowing" wordt, waardoor automatisch doseren in een gesloten systeem mogelijk wordt.This plays eg. with carbon black (carbon black), which is used as a coloring agent in many products. The process industry has found a solution to this by marketing the powdery carbon black in beaded or pelletized form or as an extruded material. The grain size is hereby increased such that the atomization of the substance is hereby avoided, while by this operation the pigment becomes "free-flowing", enabling automatic dosing in a closed system.

Het bezwaar van de gepelletiseerde of geëxtrudeerde vorm van de vaste stof is dat het dispergeren 25 niet of slechts moeilijk kan plaatsvinden.The drawback of the pelletized or extruded form of the solid is that dispersion cannot take place, or only with difficulty.

Met de werkwijze volgens de uitvinding wordt bovengenoemd bezwaar ondervangen.The above drawback is obviated with the method according to the invention.

De werkwijze onderscheidt zich hierin dat een hoeveelheid vloeistof en vaste stof vooraf tot een 30 * macroscopisch homogeen mengsel worden gemengd, waarna het 7901305 * -2- i ! ί I gehomogeniseerd mengsel m een kringloop wordt rond-: gevoerd, waarbij in die kringloop het mengsel aan een j hoogfrequent wisselend drukveld met grote drukgradiënten ! wordt onderworpen teneinde de vaste stofdeeltjes ten ge-5 I volge van door die drukbelasting geïnduceerde afschuif- ί krachten te verkleinen.The method is distinguished in that an amount of liquid and solid is pre-mixed into a 30 * macroscopic homogeneous mixture, after which the 7901305 * -2-i! Homogenized mixture is circulated in a cycle, the mixture being circulated in a cycle with a high-frequency fluctuating pressure field with large pressure gradients! is subjected to reduce the solid particles due to shear forces induced by that compression load.

! | Dankzij de door de uitvinding toegepaste [ kringloop wordt het mengsel regelmatig in het wisselende ! drukveld gevoerd, zodat na een vooraf bepaalde tijd de 10 vaste stof in voldoende mate in de vloeistof is gedisper-geerd.! | Thanks to the cycle used by the invention, the mixture is regularly changed in varying degrees! pressure field, so that after a predetermined time the solid is dispersed sufficiently in the liquid.

Volgens een ander kenmerk van de werkwijze wordt het mengsel in twee of meer in serie geschakelde kringlopen behandeld, waarbij de frequentie en/of grootte 15 van de drukgradiënten in opvolgende kringlopen vrij kan worden gekozen.According to another feature of the method, the mixture is treated in two or more series-connected cycles, the frequency and / or magnitude of the pressure gradients in successive cycles being freely selectable.

De inrichting volgens de uitvinding voor het uitvoeren van de hiervoor genoemde werkwijze kenmerkt zich door tenminste ëén mengvat, dat is voorzien van één menger, 20 al dan niet voorzien van afstrijker en tenminste één kringleiding, waarin een dispersietoestel bestaande uit een stator met aangedreven rotor en een pomp is aangebracht.The device according to the invention for carrying out the aforementioned method is characterized by at least one mixing vessel, which is provided with one mixer, with or without a scraper and at least one circulating line, in which a dispersion device consisting of a stator with a driven rotor and a pump is fitted.

De op zichzelf bekende stator en daarin draaiende rotor verzorgt het volgens de werkwijze voorge-25 ' schreven hoogfrequente drukveld in de vloeistof, waardoor de vaste stofdeeltjes worden verkleind. De in dezelfde kringleiding opgenomen pomp regelt de verblijftijd van het homogene mengsel in het dispersie toestel, zodat een optimaal werkende inrichting wordt verkregen, een en ander 30 zodanig dat een grote hoeveelheid gehomogeniseerd mengsel met een zo laag mogelijk ingevoerd vermogen kan worden' behandeld.The per se known stator and the rotor rotating therein provides the high-frequency pressure field prescribed in the method in the liquid, whereby the solid particles are reduced. The pump incorporated in the same circuit line controls the residence time of the homogeneous mixture in the dispersion device, so that an optimally operating device is obtained, all this in such a way that a large amount of homogenized mixture can be treated with the lowest possible input power.

In een uitvoeringsvorm onderscheidt de inrichting zich door meer dan twee kringlopen, waarbij het bij een kringloop horende dispersietoestel een'ander aantal «. *1·»· 7901305 -3- Λ ί statoren met samenwerkende rotoren heeft dan het dispersie t ; toestel van een andere kringloop.In one embodiment the device is distinguished by more than two cycles, the dispersion device belonging to a cycle having a different number. * 1 · »· 7901305 -3- ί stors with co-operating rotors then has the dispersion t; appliance from another cycle.

Dit biedt de mogelijkheid om de inrichting aan verschil-; lende stoffen aan te passen, waardoor deze universeel 5 i bruikbaar wordt.This offers the possibility of varying the device; materials, making them universally usable.

> In een andere uitvoeringsvorm is de inrichting uitgevoerd met twee of meer in seriegeschakelde mengvaten, waarbij elk vat is voorzien van een kringleiding ; waarin achter de pomp een op een naar het volgende 10 mengvat of voorraadvat voerende leiding aangesloten driewegklep is aangebracht.In another embodiment, the device is provided with two or more series-connected mixing vessels, each vessel being provided with a circuit conduit; in which a three-way valve connected to a pipe leading to the next mixing vessel or storage vessel is arranged behind the pump.

In deze uitvoeringsvorm kan de voor het transport doof de kringloop gebruikte pomp tevens worden gebruikt voor het transport van het voorgedispengeerde mengsel naar het 15 volgende mengvat.In this embodiment, the pump used for transport through the cycle can also be used to transport the predispersed mixture to the next mixing vessel.

Andere kenmerken van de inrichting zullen volgen uit de hierna volgende figuurbeschrijving van een tweetal uitvoeringsvoorbeelden.Other features of the device will follow from the figure description below of two exemplary embodiments.

In de tekening tonen: 20 fig.l een zijaanzicht van een eerste uitvoe ringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, fig.2 een vooraanzicht van de inrichting uit fig.l, fig.3 een schema van een tweede uitvoerings-25 vorm van de inrichting volgens de uitvinding.In the drawing: Fig. 1 shows a side view of a first embodiment of the device according to the invention, Fig. 2 a front view of the device from Fig. 1, Fig. 3 shows a diagram of a second embodiment of the device according to the invention.

In de figuren is met 1 het mengvat aangegeven dat alzijdig is gesloten.In the figures, 1 indicates the mixing vessel which is closed on all sides.

Het vat is ondersteund op een drietal posten 2 en is voorzien van een kegelvormige of doorgebolde bodem 3 aan 30 de onderzijde waarvan een kraan 4 is aangebracht. Op het deksel 5 van het vat is een elektrische motor 6 aangebracht die via een overbrenging 7 een roeras 8 aandrijft, zodat de aan het ondereinde van de roeras 8 aangebrachte roerbladen 9 in rotatie worden gebracht.The vessel is supported on three posts 2 and is provided with a conical or convex bottom 3 at the bottom of which a tap 4 is arranged. An electric motor 6 is arranged on the lid 5 of the vessel, which drives a stirring shaft 8 via a transmission 7, so that the stirring blades 9 arranged at the lower end of the stirring shaft 8 are rotated.

7901305 ' % -4- .7901305% -4-.

r*· · .......r * · · .......

i i Het deksel 5 is tevens voorzien van een ! inlaatopening 10 waarop een doseertoestel 11 is aangeslo-' ten. Het doseertoestel 11 wordt gevoed uit een bunker 12 ! waarin de te dispergeren vaste stof is opgeslagen.i i The cover 5 is also provided with a! inlet opening 10 to which a dosing device 11 is connected. The dosing device 11 is fed from a bunker 12! in which the solid to be dispersed is stored.

5 ! Het doseertoestel 11 alsmede de bunker 12 zijn ondersteund ! door een aan een muur van een gebouw 13 bevestigd gestel I 14.5! The dosing device 11 as well as the bunker 12 are supported! by a frame I 14 fixed to a wall of a building 13.

| ' Naast het vat 1 is een tweede vat 15 opge- | steld die op overeenkomstige wijze op posten 2 is onder-10 steund.Ook dit vat heeft een motor 6 met een roeras .8, aan de onderzijde waarvan niet getekende roerbladen 9 ; zijn aangebracht. De kegelvormige onderzijde 3 is eveneens ! afgesloten door een kraan 4.| A second vessel 15 is mounted next to vessel 1 which is likewise supported on posts 2 -10. This vessel also has a motor 6 with a stirring shaft .8, on the underside of which, not shown, stirring blades 9; are provided. The conical bottom 3 is also! closed by a tap 4.

'Elk vat heeft een bijbehorende kringloop 16, 15 waarin een dispergeertoestel 17', 17” en een pomp 18' respectievelijk 18" zijn ondergebracht.· . In de eerste kringloop 16' is de pomp na het dispergeertoestel 17' geplaatst terwijl in de tweede kringloop 16" de pomp 18" voor het dispergeertoestel 17" 20 is geplaatst. Voorts is in de kringloop een stroommeter 19', 19" geplaatst, waardoor nauwkeurig de stroomhoeveel-heid door de kringloop is te meten.Each vessel has an associated circuit 16, 15 housing a disperser 17 ', 17 ”and a pump 18' and 18”, respectively. · In the first circuit 16 ', the pump is placed after the disperser 17' while in the second circuit 16 "the pump 18" is placed in front of the disperser 17 "20. In addition, a flow meter 19 ', 19 "is placed in the circuit, so that the amount of current through the circuit can be accurately measured.

Na de pomp 18' respectievelijk 18" is in de kringloop een driewegklep 20' respectievelijk 20" 25 geplaatst, die enerzijds aansluit op de retourleiding van de kringloop 16' en anderzijds op een leiding 17 naar het vat 15 vanaf de eerste kringloop 16' respectievelijk de leiding 18 vanaf de tweede kringloop 16" naar een voorraadvat 21 voor het gerede produkt.After the pump 18 'and 18 "respectively, a three-way valve 20" and 20 "25 is placed in the circuit, which connects on the one hand to the return line of the circuit 16' and on the other hand to a line 17 to the vessel 15 from the first circuit 16 'respectively. the conduit 18 from the second circuit 16 "to a storage vessel 21 for the finished product.

30 De werking van de inrichting is als volgt.The operation of the device is as follows.

In het vat 1 wordt op niet nader aangegeven wijze een bepaalde hoeveelheid vloeistof ingebracht, waarna een voorgeschreven hoeveelheid vaste stof in de 7901305 ·* -5- : vorm van parels of pellets respectievelijk in geëxtrudeerde ; vorm door het doseertoestel 11 in het vat 1 wordt toegelaten. Door de menginrichting 6,7,8/9 wordt de vloeistof met de vaste stof tot een homogeen mengsel 5 gebracht, waarna het dispergeren kan beginnen.A certain amount of liquid is introduced into the vessel 1 in an unspecified manner, after which a prescribed quantity of solid in the form of pearls or pellets, in the form of pearls or pellets, respectively, is extruded; form is admitted by the dosing device 11 into the vessel 1. The liquid with the solid is brought to a homogeneous mixture by the mixer 6,7,8 / 9, after which dispersion can start.

Tijdens het mengen is de kraan 4 onderaan het vat gesloten. Voor het dispergeren moet het mengsel in de kringloop- 16' worden gebracht, waartoe de kraan 4 wordt geopend,de pomp 18' en het dispergeer toestel 17' worden 10 gestart, terwijl de driewegklep 201 zodanig is ingesteld dat de vloeistof via het deksel 5 van het vat 1 in het vat terugkeert. Het dispergeertoestel 17' bestaat uit een cylindrische rotor en cylindrische stator, die in elkaar draaien. Elk zijn voorzien van axiaal gerichte spleten, 15 zodat door het draaien vloeistof via de spleten radiaal naar buiten wordt gevoerd, zodanig dat de vloeistof aan sterk wisselende drukvelden wordt onderworpen. Tengevolge van deze sterk wisselende drukvelden worden de vaste stofdeeltjes aan hoge afschuifkrachten onderworpen, zodat 20 deze worden verkleind. Nadat de gehele vloeistof hoeveelheid één .of meerdere malen door het dispergeertoestel is gevoerd wordt de driewegklep 20' omgezet, waardoor de voorgedispergeerde vloeistof via leiding 17 in het vat 15 terecht komt. In de tweede kringloop 16" vindt vervolgens ’ 25 dezelfde dispergeerhandeling plaats met dien verstande dat het dispergeertoestel 17' een ander drukveld opbouwt, waardoor de verkleinde deeltjes nog verder worden verkleind en het dispergeren zodoende beter plaatsvindt.The tap 4 at the bottom of the vessel is closed during mixing. Before dispersing, the mixture must be introduced into the recycle 16 ', for which the valve 4 is opened, the pump 18' and the dispersing device 17 'are started, while the three-way valve 201 is set such that the liquid through the lid 5 from vessel 1 returns to vessel. The dispersing device 17 'consists of a cylindrical rotor and cylindrical stator which rotate together. Each of them is provided with axially oriented slits, so that by rotating, liquid is led radially outwards through the slits, such that the liquid is subjected to strongly varying pressure fields. As a result of these strongly varying pressure fields, the solid particles are subjected to high shearing forces, so that they are reduced. After the entire liquid quantity has been passed through the dispersing device one or more times, the three-way valve 20 'is converted, whereby the predispersed liquid enters the vessel 15 via line 17. Then, in the second cycle 16 ", the same dispersing operation takes place with the proviso that the dispersing device 17" builds up a different pressure field, whereby the comminuted particles are further reduced and the dispersion thus takes place better.

Na het bereiken van voldoende kleine deeltjes wordt de 30 driewegklep 20" omgezet zodat het gerede produkt via leiding 18 in de voorraadtank 21 wordt opgeslagen.After reaching sufficiently small particles, the three-way valve 20 "is converted so that the finished product is stored via line 18 in the storage tank 21.

Ter verduidelijking geldt het volgende voorbeeld voor het maken van inkt op basis van roet.For clarification, the following example applies to making carbon black ink.

7901305 .1 * ______ > -6- · f j !Uitgegaan wordt van gepelletiseerd carbon black, waarvan de !7901305 .1 * ______> -6- · f j! Pelletized carbon black is used, of which the!

Jdeeltjesgrootte ligt tussen 800 en 1200 micrometer.Particle size is between 800 and 1200 micrometers.

I Vooraf wordt in het vat 1 paraffine tot 90°C.I In the vessel 1 paraffin is pre-heated to 90 ° C.

jvoorverwarmd en gemengd met koude minerale olie.j preheated and mixed with cold mineral oil.

5 I Vervolgens wordt in het vat montan-was toegevoerd terwijl lhet vat tot 110°C. wordt opgewarmd. Daarna wordt een benat-I ter toegevoegd en het roet gedoseerd.Montan wax is then introduced into the vessel while the vessel is heated to 110 ° C. is being warmed up. A wetting agent is then added and the carbon black is metered in.

I „ In de eerste kringloop 16' komt na een aantal I malen de deeltjes grootte nagenoeg 100% onder de 250 micron 10 ' te liggen.In the first cycle 16 ', after a number of I times, the particle size is almost 100% below 250 microns 10'.

; In de tweede kringloop 16” komt na een aantal malen de deeltjes grootte nagenoeg 100% onder de : 100 micron te liggen.; In the second cycle 16 ”, after a number of times the particle size is almost 100% below: 100 micron.

In fig.3 is een alternatieve uitvoeringsvorm 15 getoond, waarbij gebruik wordt gemaakt van één : vat 22, die is voorzien van een eerste kringloop 23' alsmede een tweede kringloop.23".Fig. 3 shows an alternative embodiment 15, in which use is made of one vessel 22, which is provided with a first cycle 23 'as well as a second cycle 23 ".

In de eerste kringloop 23' is een eerste dispergeertoestel 24' opgenomen alsmede een pomp 25, 20 terwijl in de tweede kringloop een dispergeertoestel 24" is geplaatst.A first dispersing device 24 'and a pump 25, 20 are included in the first cycle 23', while a dispersing device 24 "is placed in the second cycle.

De kringloop 23" wordt door de pomp 25 gevoed via een driewegklep 26, die hetzij de kringloop 23' sluit, hetzij de kringloop 23". Een tweede driewegklep 27 leidt de 25 vloeistof via een afvoerleiding 28 naar een voorraadvat 29.The circuit 23 "is fed by the pump 25 via a three-way valve 26, which closes either the circuit 23 'or the circuit 23". A second three-way valve 27 directs the liquid via a discharge pipe 28 to a storage vessel 29.

In deze uitvoeringsvorm kan het dispergerên na een aantal malen via kringloop 23' eveneens plaatsvinden via de kringloop 23" met gebruikmaking van dezelfde pomp 25. Bij toepassing van de tweede kringloop 23' kan het eerste 30 , dispergeertoestel 24' al of niet zijn ingeschakeld.In this embodiment, the dispersion can also take place after a number of times via circuit 23 'via the circuit 23 "using the same pump 25. When using the second circuit 23', the first 30, disperser 24 'may or may not be on.

Vanzelfsprekend is de uitvoering niet beperkt • tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen.Obviously, the embodiment is not limited to the above described embodiments.

! ........ 790 1 3 0 5 • .-¾! ........ 790 1 3 0 5 •.-¾

Claims

A method of dispersing a solid, consisting of beaded or extruded pigments, in a liquid, characterized by premixing an amount of liquid and solid into a macroscopically homogeneous mixture, circulating the homogenized mixture, in which cycle the mixture is subjected to a high frequency varying pressure field with large gradients in order to reduce the solid particles due to shear forces induced by the pressure gradients.

Method according to claim 1, characterized in that the mixture is treated in two or more series-connected cycles, the frequency and / or magnitude of the pressure gradients increasing in subsequent cycles.

3. Device for dispersing a solid in a liquid, characterized by at least one mixing vessel which is provided with a mixer, whether or not provided, with a conduit, in which a dispersion device consisting of a stator with driven rotor and a pump is fitted.

4. Device according to claim 1, provided with more than one cycle, characterized in that the dispersion device associated with a cycle has a different number of stators with co-operating rotors than the dispersion device of the other cycle.

5. Device according to claim 4, provided with two or more series-connected mixing vessels, characterized in that each vessel is provided with a circuit 7901305 -8- ττ sr. in which a pipe leading to the following mixing vessel or storage vessel is connected behind the pump: three-way valve.

Device according to claim 4 or 5, characterized in that the mixing vessel or the first vessel in the series is provided with a device for dosing the solid. j m 7 7901305