WO1998000228A1 - Spaltmühle - Google Patents

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WO1998000228A1
WO1998000228A1 PCT/CH1997/000234 CH9700234W WO9800228A1 WO 1998000228 A1 WO1998000228 A1 WO 1998000228A1 CH 9700234 W CH9700234 W CH 9700234W WO 9800228 A1 WO9800228 A1 WO 9800228A1
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Arturo Bohm
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Bühler AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/23—Mixing by intersecting jets

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for comminuting, dispersing, homogenizing, deagglomeration and / or mixing flowable substances from the chemical industry, paint industry, textile industry, pharmaceutical industry, cosmetic industry and the food industry.
  • the previously known devices for performing the above-mentioned methods relate mainly to mills with rotatable parts, for example Ruhrwerkskugeimuhlen rolling mills or other devices in which mainly shear forces act on the particles to be treated
  • stretching currents can also be used to treat substances according to the above-mentioned applications (see Reichert dissertation 1973 University of Düsseldorf and Manas, Feke International Polymer Processing IV, page 3 ff). It was shown that in addition to shear flow there are other forms of flow, such as stretching currents, which are much more effective in terms of specific energy and treatment tent
  • the object of the invention is then to propose a method and a device which mainly use stretching forces for treatment, in particular which is used for comminuting, dispersing, homogenizing, deagglomeration and / or mixing flowable substances.
  • the device should not have any moving parts
  • the invention is achieved by a method in which the substances are subjected almost exclusively to stretching forces within a flow. Furthermore, the invention is achieved by a device in which the device referred to as splitting mechanism has at least one inlet for the substances to be treated, at least one Has a constriction and at least one outlet for the treated substances, the substances being demanded by at least one pump
  • Such a mill according to the invention has no moving parts apart from the necessary conveying elements, such as a pump).
  • the desired state of tension in the flow is achieved in that the product is pressed through the slit mill.
  • the required power must be applied in the form of pump power.
  • the expansion forces act one- or two-dimensionally on the particles of the substances to be treated
  • split mills according to the invention can be combined in the process with known Ruhrwerk ball mills, rolling mills or similar devices in that they are connected before, between and / or after
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a slit mill according to the invention
  • FIG. 4 shows a slit mill operated in a circuit
  • FIG. 5 shows a series connection of split mills
  • FIG. 6 shows a parallel connection of split mills
  • Figure 7 shows a split mill arrangement with two-dimensional effect of the expansion forces
  • the split mill 12 shown in FIG. 1 is constructed from two congruent basic bodies 8 and 9 which are directed towards one another.
  • the basic bodies 8 and 9, which are constructed in one or more pieces, can have a rectangular, rotationally symmetrical or any other conceivable cross section there are bores for the inlet 5 of the substances 1 to be treated and in the center 13 bores for the outlet 6 of the substances 7 treated.
  • the basic bodies 8 and 9 are designed such that together they have a constriction 2 from which the bore for the outlet 6 leads in the direction of the outer region 11 of the basic bodies 8 and 9, the constriction 2 widens to the inlet bores 5.
  • the basic bodies 8 and / or 9 can be provided with heating or cooling elements 14 8 and 9 provided
  • the arrows 3 show the direction of flow
  • FIGS. 2 and 3 show different possible gap mills 12.
  • the basic body 9 is designed as a flat plate.
  • a body 8, 9 is provided with a narrowing bore 15.
  • the inlets and outlets are not shown in Figure 3
  • FIG. 4 shows a split mill 12 operated in the circuit 10.
  • the substances 1 to be treated are conveyed from a container 16 through the split mill 12 by means of a pump 4, and the treated substances 7 possibly return to the container 16 for a further treatment
  • FIG. 5 three slit mills 12 are connected in series, the substances 1 and 7 being pumped through the slit mills 12 from the starting container 16 to the end container 17 by means of the pumps 4.
  • the constrictions 2 can have different cross sections, for example, become ever smaller.
  • FIG. 6 shows, in accordance with FIG. 5, a parallel connection of three split mills 12.
  • FIG. 7 shows a plate with three constrictions 2 according to FIG. 3. This embodiment also causes expansion flows. The direction of flow is shown with the arrows three. It is also conceivable to operate the split mills in half, that is to say in the left outer area the inlet bore and in the right area ( corresponds to the central area in FIG. 1) is the outlet bore.
  • FIG. 8 shows two slit mills 12 and 12 'connected in series. whereby the second split mill 12 'is operated in the opposite direction of the direction of the arrows 18. It also notes that, of course, a single split mill can also be operated in the opposite direction of conveyance. It is also conceivable. that the inlet and the outlet are designed as a narrowing bore Reference list

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern, Dispergieren, Homogenisieren, Desagglomerieren und/oder Mischen von fliessfähigen Stoffen, wobei die Stoffe (1) nahezu ausschliesslich Dehnkräften innerhalb einer Strömung unterzogen werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die als Spaltmühle (12) bezeichnete Vorrichtung mindestens einen Einlass (5) für die zu behandelnden Stoffe (1), mindestens eine Verengung (2) und mindestens einen Auslass (6) für die behandelten Stoffe (7) aufweist, wobei die Förderung der Stoffe (1, 7) mittels mindestens einer Pumpe (4) erfolgt.

Description

Spaltmühle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerkleinern, Disper- gieren, Homogenisieren, Desagglomeneren und/oder Mischen von fliessfähigen Stoffen aus der chemischen Industrie, Farbenindustrie, Textilindustrie pharmazeutischen Industrie, kosmetischen Industrie und der Lebensmittelindustrie Insbesondere sei beispielsweise hierzu das Dispergieren bzw das Desagglomeneren von Farbpigmenten oder das Blendmg von Kunststoffen erwähnt
Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Durchfuhrung der oben genannten Verfahren beziehen sich hauptsächlich auf Mühlen mit drehbaren Teilen beispielsweise Ruhrwerkskugeimuhlen Walzwerken oder anderen Vorrichtungen, bei denen hauptsachlich Scherkräfte auf die zu behandelnden Partikel einwirken
Ebenso sind stromungstechnische Verfahren bekannt (siehe E J Wmdhab "Stromungstechnische Verfahren zur Erzeugung funktioneller Strukturen in mehrphasigen Lebeπsmittelsystemen" Lebensmittel-Technologie 29/Nr 4/96) Durch die Kombination aus thermischer und mechanischer Beanspruchung von mehrphasigen Fluidsystemen lasst sich in definierten Stromuπgsfeldern (z B Scherstromungen) eine gezielte Erzeugung bzw Veränderung disperser Strukturen erreichen
Es wurde untersucht und bestätigt dass neben den Scherstromungen auch Dehn- stromungen zur Behandlung von Stoffen nach den oben genannten Anwendungen einsetzbar sind (siehe Reichert Dissertation 1973 Uni Karlsruhe und Manas, Feke International Polymer Processing IV, Seite 3 ff ) Es wurde gezeigt, dass neben der Scherstrotnung noch weitere Stromungsformen , wie z B Dehnstromungen, existieren, die bezüglich spezifischer Energie und Behandlungszelt wesentlich wirksamer sind
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr dann, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die hauptsächlich Dehnungskrafte zur Behandlung, insbeson- dere zum Zerkleinern, Dispergieren, Homogenisieren, Desagglomeneren und/oder Mischen von fliessfähigen Stoffen ausnutzt Insbesondere soll die Vorrichtung keine bewegten Teile aufweisen
Erfindungsgemass wird die Erfindung durch ein Verfahren gelost, bei dem die Stoffe nahezu ausschliesslich Dehnkräften innerhalb einer Strömung unterzogen werden Weiterhin wird die Erfindung durch eine Vorrichtung gelost, bei der die als Spalt- muhie bezeichnete Vorrichtung mindestens einen Einlass für die zu behandelnden Stoffe, mindestens eine Verengung und mindestens einen Auslass für die behandel- ten Stoffe aufweist wobei die Forderung der Stoffe mitteis mindestens einer Pumpe erfolgt
Eine solche erfmdungsgemasse Mühle besitzt keine bewegten Teile ausser den notwendigen Forderelementen, wie beispielsweise einer Pumpe) Der erwünschte Spannuπgszustand in der Strömung wird dadurch erreicht, dass das Produkt durch die Spaltmuhle gepresst wird Dabei muss die erforderliche Leistung in Form von Pumpleistung aufgebracht werden Untersuchungen haben gezeigt, dass die Beanspruchung der Agglomerate bezüglich Spannungsniveau Beanspruchungszahl und spezifischer Energie vergleichbar mit denjenigen im Walzenspait einer Walzen- muhle
Gemass einer bevorzugten Verfahrensweise wirken die Dehnkrafte ein- oder zweidi- mensioπal auf die Partikel der zu behandelnden Stoffe
Im übrigen können die erfindungsgemassen Spaltmuhlen im Prozess mit an sich bekannten Ruhrwerkskugelmuhlen, Walzwerken oder ähnlichen Vorrichtungen kombiniert werden, indem sie vor, zwischen und/oder nachgeschaltet werden
Weitere bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Un- teranspruchen und deren Kombinationen Auf diese beispielhaften in der Figur dargestellten Ausfuhrungen wird im folgenden eingegangen Es zeigen Figur 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemassen Spaltmuhle
Figur 2 und Figur 3 verschiedene Ausfuhrungsformen von Spaltmuhlen
Figur 4 eine im Kreislauf betriebene Spaltmuhle
Figur 5 eine Hintereinanderschaltung von Spaltmuhlen
Figur 6 eine Parallelschaltung von Spaltmuhlen
Figur 7 eine Spaltmuhlenanordnung mit zweidimensional wirken den Dehnkräften
Die in Figur 1 dargestellte Spaltmuhle 12 ist aus zwei gegeneinander gerichtete, kongruente Grundkorper 8 und 9 aufgebaut Die ein- oder mehrstuckig aufgebauten Grundkorper 8 und 9 können einen rechteckigen, rotationssymmetrischen oder jeden anderen denkbaren Querschnitt aufweisen Im Aussenbereich 1 1 der Grundkorper 8 und 9 befinden sich Bohrungen für den Einlass 5 der zu behandelnden Stoffe 1 und im Zentrum 13 Bohrungen für den Auslass 6 der behandelten Stoffe 7 Die Grund- korper 8 und 9 sind so ausgebildet dass sie zusammen eine Verengung 2 aufweisen, aus der die Bohrung für den Auslass 6 fuhrt In Richtung Aussenbereich 1 1 der Grundkorper 8 und 9 weitet sich die Verengung 2 zu den Einlassbohrungen 5 auf Vorzugsweise können die Grundkorper 8 und/oder 9 mit Heiz- oder Kuhlelementen 14 versehen sein Im weiteren Aussenbereich sind Befestigungsmittel 15 zum Zu- sammenhalten der Grundkorper 8 und 9 vorgesehen Mit den Pfeilen 3 ist die Sto- mungsrichtung dargestellt
Die Figuren 2 und 3 zeigen verschiedene mögliche Spaltmuhlen 12 In allen Figuren werden dieselben Bezugszeicheπ verwendet Bei der Figur 2 ist der Grundkorper 9 als ebene Platte ausgebildet In der Figur 3 ist ein Korper 8, 9 mit einer sich verengenden Bohrung 15 versehen Die Einlasse und Auslasse sind in Figur 3 nicht dargestellt Die Figur 4 zeigt eine im Kreislauf 10 betriebene Spaltmuhle 12 Die zu behandelnden Stoffe 1 werden mittels einer Pumpe 4 von einem Behälter 16 durch die Spaltmühle 12 gefordert, und die behandelten Stoffe 7 gelangen gegebenenfalls zu einer nochmaligen Behandlung in den Behälter 16 zurück
In Figur 5 sind drei Spaltmühlen 12 hintereinandergeschaltet, wobei die Stoffe 1 bzw. 7 mittels der Pumpen 4 durch die Spaltmühlen 12 von dem Ausgangsbehälter 16 zu dem Eπdbehälter 17 gefordert werden. Dabei können die Verengungen 2 un- terschiedlichen Querschnitt aufweisen beispielsweise immer kleiner werden.
Die Figur 6 zeigt entsprechend Figur 5 eine Parallelschaltung dreier Spaltmuhlen 12.
Die Figur 7 stellt eine Platte mit drei Verengungen 2 gemass Figur 3 dar Diese Ausführungsform verursacht ebenfalls Dehnstromungen Die Stromungsrichtung ist mit den Pfeilen drei gezeigt Ebenso denkbar ist es, die Spaltmuhlen hälftig zu betreiben, d h im linken Aussenbereich ist die Einlassbohrung und im rechten Bereich (entspricht in Figur 1 den Mittenbereich) ist die Auslassbohrung.
Die Figur 8 zeigt zwei hintereinandergeschaltete Spaltmühlen 12 und 12'. wobei die zweite Spaltmühle 12' in umgekehrter Forderrichtung, gemass den Pfeilen 18 betrieben wird Ferner sie bemerkt, dass selbstverständlich auch eine einzelne Spaltmühle in umgekehrter Förderrichtung betreibbar ist. Ebenso denkbar ist. dass der Ein- lass und der Auslass als sich verengende Bohrung ausgebildet ist Bezugszeichenliste
1 zu behandelnde Stoffe
2 Verengung
3 Stromungsrichtung
4 Pumpe
5 Einlass
6 Auslass
7 behandelte Stoffe
8 Grundkorper
9 Grundkorper
10 Kreislauf
1 1 Aussenbereich
12 Vorrichtung, Spaltmuhle
12' Vorrichtung, Spaltmuhle
13 Zentrum
14 Heiz- und Kuhlelemente
15 Bohrung
16 Behalter
17 Behalter
18 Pfeile

Claims

Ansprüche:
1 Verfahren zum Zerkleinern Dispergieren Homogenisieren, Desagglomeneren und/oder Mischen von fliessfähigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffe (1 ) nahezu ausschliesslich Dehnkräften innerhalb einer Strömung unterzogen werden
2 Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass die Dehnkrafte ein- und/oder zweidimensional auf die Partikel der zu behandelnden Stoffe (1 ) wirken
3 Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die zu behandelnden Stoffe (1 ) durch mindestens eine Verengung (2) in Richtung (3) kleiner werdenden Querschnitts (3) geleitet werden wobei die Forderung der Stoffe ( 1 , 7) mittels mindestens einer Pumpe (4) erfolgt
4 Verfahren nach Anspruch 1 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Stoffe (1 ) durch mehrere Verengungen (2) hintereinander oder parallel gefordert werden wobei die einzelnen Verengungen (2) gleiche und/oder verschiedene Querschnitte aufweisen
5 Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die zu behandelnden Stoffe (1 7) in einem Kreislauf (10) gefuhrt werden
6 Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach mindestens einem der An- Spruche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dass die als Spaltmuhle (12) bezeichnete Vorrichtung mindestens einen Einlass (5) für die zu behandelnden Stoffe (1 ), mindestens eine Verengung (2) und mindestens einen Auslass (6) für die behandelten Stoffe (7) aufweist wobei die Forderung der Stoffe (1 , 7) mittels mindestens einer Pumpe (4) erfolgt
7 Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei ein- oder mehrstuckige Grundkorper (8, 9) aufweist, deren gegenüberliegenden Seitenflächen (10, 1 1 ) die Verengung (2) bilden, in die die Stoffe (1 ) geleitet werden
8 Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkorper (8 9) kongruent sind
9 Vorrichtung nach den Ansprüchen 6,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (2) in der Mitte (1 1 ) der Grundkorper (8, 9) angeordnet ist, wobei der Ein¬ lass (5) im Aussenbereich (1 1 ) der Grundkorper (8, 9) und der Auslassoffnungen (6) im Bereich der Verengung (2) vorgesehen sind
10 Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass mehrere Vorrichtungen (12) parallel und/oder hintereinandergeschal- tet sind
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