WO2016165917A1 - Vorrichtung und verfahren zum mischen, insbesondere zum dispergieren - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum mischen, insbesondere zum dispergieren Download PDF

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forming
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Eduard Nater
Achim Philipp Sturm
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Bühler AG
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    • B02C17/18—Details

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for mixing, in particular dispersing according to the preamble of the independent claims.
  • a predetermined amount of liquid is premixed with a predetermined amount of a powdered solid, usually pigment frequently ⁇ fig. Such mixtures are then, if necessary, be further milled in stirred ⁇ factory mill and dispersed.
  • exemplary industrial applications are the manufacture of paints and varnishes or the like.
  • the mixing is used in particular for the preparation of dispersions, ie dispersing.
  • a dispersion is understood as meaning a heterogeneous mixture of at least two substances which do not dissolve or hardly dissolve into one another or chemically combine with one another.
  • a substance dispersed in another substance, optionally un ⁇ ter use of auxiliary grinding bodies; For example, spherical grinding aids are frequently used in agitator mills.
  • the present invention relates in particular to (the production of) suspensions - ie dispersions in which a liquid forms the continuous phase and a solid forms the disperse phase.
  • the wetting of the substance to be dispersed and given if necessary, the subsequent stabilization) understood.
  • Comminution may typically be the dissolution of agglomerates into primary particles.
  • aggregates or as- sociates when combined by van der Wals forces or stronger chemical forms of formation
  • Mahlosenia can succeed as in a disperser or dissolver, are required for crushing of aggregates or crystals devices with Mahlostage, such as a stirred mill with spherical Mahlosêtn.
  • Mahlos 1969 By aggregates in the broader sense, larger crystalline or amorphous structures can be understood here.
  • comminution of aggregates crystalline or amorphous structures, real comminution is used.
  • Generic device for mixing two substances in particular a liquid and a solid such as ⁇ example, a powder, have in a conventional manner a housing and a rotor rotating therein. By means of at least one supply line, the substances are introduced into the housing.
  • Currency ⁇ rend an operation of the device, the materials are mixed by means of the rotor and then tet ⁇ reallylei from the housing.
  • the dispersing apparatus comprises a dispersing chamber, at least one stirring disk, an inlet through which the liquid with the material to be treated and the dispersion medium are sucked by the rotation of the stirring disk, an outlet, and a separator.
  • the separating device is arranged at the outlet. By means of the separator, the Mahltosêt separated from the dispersion.
  • the separator may discharge the dispersion through the outlet, the
  • DE 10 2010 053 484 discloses an agitator ball mill having a separating device for auxiliary grinding bodies, wherein the separating device is arranged around an axis of rotation.
  • the Trennein ⁇ direction consists of two components wherein one component min ⁇ least a separation device and a second component is a dy- namisches element for generating a material flow.
  • the device includes a very small dynamic gap as a separator, so that the flow rate is reduced.
  • Separating device for separating the grinding media consists of a sieve. Such a sieve can clog easily and thus increases the maintenance frequency of the device.
  • the object is achieved by a device and a method for mixing according to the characterizing part of the independent claims.
  • a device for Mi ⁇ rule in particular dispersed, which comprises the following features: - a housing having at least one inlet,
  • a first process area for mixing supplied substances wherein the substances can be introduced into the first process area through the at least one inlet,
  • a first gap-forming member preferably a rotor, which is assigned to the first process area and comprises Publ ⁇ voltages,
  • At least one of the gap-forming elements preferably the rotor, is designed to be rotatable relative to the other gap-forming element about a rotation axis.
  • the openings of the first gap-forming element and the openings of the second gap-forming element are arranged in such a way. net, that a mixture of the materials supplied through the openings in the two gap-forming elements from the first to the second process area is conductive. Such a device leads to a high throughput without the risk of constipation.
  • the gap-forming elements must be rotatable relative to each other, so that both elements can be designed to be rotatable. In this case, the rotational speeds and / or the direction of rotation must be different.
  • the openings in the gap-forming elements are preferably arranged such that the openings do not overlap and a material transfer from the openings of the first gap-forming element to the openings of the second gap-forming element is possible only through a gap between the openings. After passing through the gap, the openings should allow a large flow of material and therefore have a large opening diameter / opening area compared to the gap.
  • the gap according to the invention is formed between the two gap-forming elements.
  • the smallest extent of the openings in the first gap-forming element is preferably at least 3 times as large as the greatest extent of the gap between the two gap-forming elements.
  • the smallest dimension of the openings in the second gap-forming member is at least 3 times as large as the largest Ausdeh ⁇ voltage of the gap between the two nip-forming elements.
  • the extents of the annular gaps must of course be substantially in the extension of the gap between the gap-forming elements or smaller as the gap between the gap-forming elements.
  • a high flow through a high number of annular gaps is achieved.
  • the inventive gap between the first gap-forming element and the second gap-forming element has a separation function.
  • the expansion of the gap prevents particles larger than the gap from entering the second process area.
  • Between the housing and the first gap-forming element may be at least one, preferably two, preferably dynamic, column ge ⁇ be formed.
  • the first gap-forming element may surround the second gap-forming element, and a gap of at most 3 mm, preferably 1.0 mm and particularly preferably 0.5 mm may be formed between the two elements.
  • the minimum gap has a transverse dimension of 0, 1mm.
  • a gap is formed between the two gap-forming elements whose maximum extent is smaller than the smallest element of the grinding bodies which can be filled or filled into the device.
  • the gap is at most half as large as the diameter of the smallest grinding body.
  • first gap-forming element and / or on the housing grinding tools can be arranged, which are used for mixing or for dis- persion of imported substances in the first process area are formed.
  • Such grinding tools may be pins or discs or other known embodiments of grinding tools.
  • the first gap-forming element is designed as a rotor, so that with the grinding tools on the rotor, the movement of the supplied materials and possibly the grinding media is generated and thus a dispersion in the first process area is achieved.
  • the first gap forming element may extend substantially completely along a length of the first process area.
  • grinding media In the first process area grinding media can be filled, whose forwarding in the second process area by column, in particular dynamic column, can be prevented.
  • the second gap-forming element may be formed as a static separation device, wherein preferably the openings in the static separation device are smaller than the minimum diameter of the grinding media.
  • the Publ ⁇ voltages in the static separation device are formed by annular gaps.
  • Such a static separation device reliably keeps grinding media as well as particles that are too large from the second process area.
  • Both gap-forming elements may be cylindrical or conical.
  • the gap-forming elements as circular disks, which are arranged between the first and the second process area.
  • the gap between the first gap-forming element and the second gap-forming element may have a longitudinal extent, which is formed parallel to the axis of rotation.
  • the gap may be formed substantially perpendicular to the axis of rotation be.
  • the gap may be formed from ⁇ at an angle of 1 ° to 89 ° to the axis of rotation.
  • the openings of the gap-forming elements may extend over a length of at least 50%, preferably 60%, more preferably 70%, of the length of the first gap-forming element in the first process area.
  • two or more bores can be connected to one another at the circumference of the second gap-forming element by a groove, preferably a milled groove.
  • the groove must not overlap with the openings in the first gap-forming element.
  • the housing of the device may further comprise a pump housing or be connected to a pump housing, which forms a pump on the housing of the device.
  • Pump housing and housing of the device may be formed in one piece or in several pieces.
  • the pump housing ⁇ housing is preferably flange-mounted on the housing of the device.
  • a pump is arranged in the pump housing.
  • the required pump is directly connected to the device for Mi ⁇ rule and it is only a control and less external lines necessary.
  • the same shaft can be used as for driving the moving gap-forming element and / or the grinding tools.
  • the pump housing includes a pump inlet and a pump outlet.
  • the pump can be a centrifugal pump, a liquid ⁇ keitsringpumpe, a side channel pump or a positive displacement pump, such as an impeller pump action.
  • the object is further achieved by a method for dispersing materials in a device, preferably as previously ⁇ be written.
  • the method comprises the steps:
  • the mixture may be additionally passed through one or more dynamic gaps between the first gap-forming element and a housing of the device.
  • a dynamic separation device is provided between the housing and device that does not clogged and simultane- ously simplifies the design of the device.
  • the dispersion in the first process area can be achieved by grinding media and / or grinding tools.
  • Grinding tools may be discs or pins or similar grinding ⁇ tools, which are already known from the prior art. Grinding media are hard, round or elliptical bodies that help to disperse the material. The grinding media are adapted to the desired degree of dispersion and may also have a different size depending on the imported material. The grinding media are held up by the gap (s) between the gap-forming elements and / or the housing.
  • the dispersion can be achieved by grinding bodies which are at least 1.5 times, preferably 3 times, in particular 10 times larger Have diameter than the largest gap has a transverse extent.
  • the grinding media can not pass through the gap and the gap serves as a dynamic separator.
  • the mixture may be passed through at least 4, preferably 20, more preferably 100 openings in the first gap-forming element.
  • the mixture may further, by at least 4 preferably Minim ⁇ least 50, more preferably min. 200 openings are passed in the second gap-forming element.
  • the openings in the second gap-forming member may be at least partially ge through bores ⁇ forms.
  • two or more holes may be connected to each other at the periphery by a groove, preferably a milled groove.
  • the groove must not overlap with the openings in the first gap-forming element. Thus, a large outflow volume can be created and the mixture is quickly discharged into the second process area.
  • FIG. 1 shows a section through a first and a second gap-forming element
  • Figure 2 A view of a first embodiment according to
  • FIG. 1, 3 shows a view of a section through a first embodiment according to FIG. 1, FIG.
  • Figure 4 A view of a second embodiment of a first and second gap-forming element
  • FIG. 5 shows a section through a second embodiment according to FIG. 4, FIG.
  • Figure 6 An oblique view of a second execution ⁇ form according to Figure 4,
  • FIG. 7 shows a view of a section of a second embodiment according to FIG. 4,
  • FIG. 8 shows a section through a third embodiment of a first and second gap-forming element
  • Figure 9 A view of a third embodiment ge ⁇ Josess Figure 8,
  • FIG. 10 shows a view of a section of a third embodiment according to FIG. 8,
  • FIG. 11 shows a section through a fourth embodiment of a first and second gap-forming element
  • Figure 12 A view of a fourth embodiment ge ⁇ Yamass Figure 11,
  • Figure 13 A view of a section through a fourth
  • FIG. 14 shows a section through an embodiment of the first and second gap-forming element with conveying element
  • FIG. 15 shows a view of a device from FIG. 14,
  • Figure 16 A view on a section through a Vorrich ⁇ processing of Figure 14, Figure 17 is a section through a first embodiment of a first and second gap-forming member
  • FIG. 18 section from FIG. 17, FIG. 19: a section through a fifth embodiment of a first and second gap-forming element
  • FIG. 20 a view from the device from FIG. 19,
  • FIG. 21 a view onto a section from the device from FIG. 19,
  • FIG. 22 shows a section from a sixth embodiment of a first and second gap-forming element
  • FIG. 23 a view of a device from FIG. 22,
  • Figure 24 A view of a section of a Vorrich ⁇ processing of Figure 22,
  • FIG. 25 shows a section through an inventive device ;
  • FIG. 26 a view of a section from FIG. 25,
  • FIG. 27 shows a second embodiment of an apparatus according to the invention
  • Figure 28 A view of a section of a Vorrich ⁇ processing of Figure 27,
  • FIG. 29 shows a section through a third embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 30 A view of a section of the device
  • Figure 29, Figure 31 A section through a third embodiment of the inventive device.
  • FIGS. 1 to 13 each show different views of different embodiments of the gap-forming elements 7, 9. Each of these embodiments can be installed in a housing 2 of a device 1.
  • Figures 1 to 3 show a first embodiment of the gap-forming elements 7, 9.
  • Figure 1 shows a section
  • Figure 2 is a view
  • Figure 3 is a view of a section.
  • the first gap-forming element 7 is cylindrical and surrounds the second gap-forming element 9.
  • the second gap-forming element 9 is cylindrical.
  • the first gap-forming element 7 comprises openings 8, which are formed rectangular, wherein the corners of the openings 8 rounded wur ⁇ the.
  • the second gap-forming element 9 comprises openings 10 which are round.
  • the openings 8 and the openings 10 do not overlap.
  • Between the openings 8 and the openings Gen 10 are formed column 13.
  • At least one of the two gap-forming elements 7, 9 is rotatably formed about the rotation axis 11. This results in dynamic gaps 13.
  • the first gap-forming element 7 is directed towards the first process area 4, while the second gap-forming element 9 is directed toward the second process area 5.
  • the second gap-forming member 9 further comprises a connecting groove 29 which connects the Publ ⁇ voltages 10 along the circumference of the second gap-forming member.
  • the Ver ⁇ effetsnut 29 does not overlap with the openings 8 of the f th ⁇ gap-forming member 7.
  • the apertures 8 have an area of 15x30mm
  • the openings 10 have a diameter of 12mm in the area of the bore.
  • the openings 10 are connected in the circumferential direction by a groove having an extension of 13mm.
  • the necessary extent of the openings 8,10 is at least three times the largest diameter of the grinding media used, if grinding media are used.
  • Figures 4 to 7 show a second embodiment of the gap-forming elements 7, 9.
  • Figure 4 hereby shows an on ⁇ view
  • Figure 5 shows a section
  • Figure 6 is an oblique view
  • Figure 7 is a view of a section.
  • the two gap-forming elements 7 and 9 are circular-disk-shaped.
  • the first gap-forming element 7 comprises openings 8, which are formed around ⁇ .
  • the second gap-forming member 9 comprises Publ ⁇ voltages 10 which are also round.
  • the openings 8 do not overlap with the openings 10.
  • a gap 13 is formed through which the mixture from the first process area 4
  • the first gap-forming element 7 is the first
  • the first gap-forming element 7 comprises openings 8 which are round.
  • the first gap-forming element 7 surrounds the second gap-forming element 9 completely, wherein both gap-forming elements 7 and 9 are rotationally symmetrical, conical.
  • the second gap-forming element 9 surrounds ⁇ openings 10, which are also round.
  • ⁇ at least one of the nip-forming elements 7, 9 is to Rotationsach- se designed to be rotatable. 11
  • the openings 8 and the openings 10 do not overlap but form gaps 13 (exemplarily inserted) through which the mixture can flow from the first process area 4 (not shown) into the second process area 5.
  • FIGS. 11 to 13 show a further embodiment of the gap-forming elements 7, 9.
  • FIG. 11 shows a section
  • FIG. 12 shows a view
  • FIG. 13 shows a section through the plane BB of FIG. 11.
  • the embodiment from FIGS. 11 to 13 substantially corresponds the embodiment of Figures 1 to 3 except for the shape and the number of openings 8.
  • the openings 8 in the first gap-forming element 7 are formed asymmetrically and comprise, unlike the openings 8 of the embodiment of Figures 1 to 3, a ramp 19.
  • Die Ramp 19 serves as a flow-optimized embodiment for Mahl stresses ⁇ rejection in forming the first gap-forming element 7 as a rotor.
  • the second process area 5 is a conveyor derelement arranged 18, which is formed around the rotational axis 11, exactly as the first gap-forming member 7 3 rotatably ,
  • the conveying member conveys the mixture from the second ⁇ Pro zess Scheme 5 and thus also ensures a good flow through the device.
  • FIG. 17 shows the embodiment from FIGS. 1 to 3 with the gap-forming elements 7, 9 and the openings 8, 10. At least one of the gap-forming elements 7, 9 is designed to be rotatable about the axis of rotation 11.
  • FIG. 18 shows a section A from FIG. 17.
  • the first gap-forming element 7 is shown with the second gap-forming element 9 and between the gap-forming elements 7 and 9
  • the gap portion 24 has a longitudinal extent b and a transverse extent a.
  • the transverse extent a of the gap section 24 is smaller than the smallest grinding element that can be filled into the first process area 4 (not shown).
  • the second gap-forming member 9 can be designed exchangeable so formed ⁇ that the gap 24 of the grinding media 16 (not shown) Toggle fittable, even if the grinding media 16 is a different size in a first process have as in a wide ⁇ ren process.
  • the transverse dimension of a gap section 24 ent ⁇ the transverse extent of the gap 13 speaks (see Fig. 17).
  • FIGS. 19 to 21 show a further embodiment of the gap-forming elements 7, 9.
  • FIG. 19 shows one
  • Section, Figure 20 is a view and Figure 21 is a view on egg ⁇ nen cut.
  • the gap forming element 7 is formed analogously to the gap forming element 7 of Figures 1 to 3.
  • the second gap-forming element 9 is designed such that it comprises a plurality of annular gaps 20.
  • the annular gaps 20 are so dimensioned that only suffi ⁇ accordingly dispersed material may enter into the second process space. 5
  • any existing grinding media 16 (not shown) from the first process area 4 (not shown) can not pass through the annular gaps 20.
  • To ⁇ least one of the nip-forming elements 7, 9 is rotatably formed about the axis of rotation. 11
  • the annular gaps 20 are stabilized by Sta ⁇ bilmaschinesstege 25.
  • FIGS. 22 to 24 show a further embodiment of the second gap-forming element 9.
  • the first gap-forming element 7 corresponds to the first gap-forming element from FIGS to 3.
  • Figure 22 is a sectional view in this case, Figure 23 shows an on ⁇ view and Figure 24 is a view of a section.
  • the first gap-forming element 7 comprises openings 8 which are formed analogously to FIGS. 1 to 3.
  • the second gap-forming element 9 comprises openings 10 and, in addition, annular gaps 20. Die
  • Annular gaps 20 are arranged such that they overlap with the voltages Publ ⁇ 8 in the first gap-forming element. 7 Through the annular gaps 20 can exclusively been dispersed Ge ⁇ mixing pass therethrough and larger particles are held. Thus, this embodiment allows a larger passage, as a larger passage volume is made possible by the annular gaps
  • Figures 25 and 26 show the arrangement of a first and second gap-forming element 7, 9 according to Figures 14 to 16 in a device 1.
  • Figure 25 shows a section and
  • Figure 26 is a view of a section.
  • the device 1 for ⁇ summarizes a housing 2 which includes a first gap-forming member 7 and a second gap-forming member. 9
  • An inlet 3 is formed in the housing 2. The to be mixed
  • the first process area 4 further comprises grinding body 16.
  • the housing 2 is equipped with grinding tools 14 on the housing wall.
  • Corresponding grinding tools 14 are formed on the first gap-forming element 7.
  • the dispersed mixture passes from the first process area 4 through gaps 12, 13 into the second process area 5.
  • a conveying element 18 is formed, which rotates about the axis of rotation 11.
  • the first gap-forming element 7 also rotates about the rotation axis 11. From the second process area 5, the mixture exits the housing through the outlet 6.
  • the gaps 12, 13 are smaller than the diameter of the grinding bodies 16. Thus, no grinding bodies 16 in the two process area 5.
  • the length of the first process area 15 corresponds substantially to the length of the first gap ⁇ forming member 7.
  • the embodiment of the device 1 in the figures 27 and 28 corresponds substantially to the embodiment of Figures 25 and 26.
  • the pump housing 21 is flanged onto the housing 2 and includes a pump inlet 23 and a pump outlet 22. Premix is pumped from the pump outlet 22 to the inlet 3 of the apparatus.
  • FIG. 27 shows a section and FIG. 28 shows a view of one
  • the device 1 has an inlet 3 and an outlet 6 in the housing 2 in this embodiment.
  • no auxiliary grinding bodies are present in this embodiment.
  • the first process area extends essentially along the first gap-forming element 7.
  • the advantage of the simultaneous formation of a pump lies in particular in the simplified control.
  • FIGS. 29 and 30 show a further embodiment of the device 1.
  • FIG. 29 shows a section
  • FIG. 30 shows a view of a section.
  • a side channel pump in the pump housing 21 is arranged ⁇ .
  • the pump housing also includes a pump inlet 23 and a pump outlet 22.
  • the premix is pumped from the pump outlet 22 into the inlet 3 of the apparatus.
  • the Ausbil ⁇ dung of the device apart from the pump housing 21 corresponds essentially to the embodiment in Fig. 25 and 26.
  • FIG. 31 shows an alternative embodiment of the device 1 in which the gap-forming elements 7, 9 only extend over a partial area of the first process area 4.
  • milling tools 14 are further formed in the form of discs with holes.
  • the first gap-forming ele ment ⁇ 7 rotates around the second gap-forming member 9. Both gap-forming elements 7, 9 respectively have openings 8, 10.
  • the mixture flows from the first process area 4 through the gaps 13 into the second process area 5.
  • the housing 2 also has an inlet 3 and outlets 6.
  • the grinding tools 14 are arranged on a shaft 26.
  • the shaft 26 includes a shaft ⁇ nut 27 engage in the engagement cam 28 of the first gap-forming element 7.
  • the first gap-forming element is driven by the same shaft as the grinding tools 14.

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Mischen, insbesondere dispergieren, umfasst ein Gehäuse (2) mit zumindest einem Einlass (3). Die Vorrichtung umfasst einen ersten Prozessbereich (4) zum Vermischen von zugeführten Stoffen, wobei die Stoffe durch den zumindest einen Einlass (3) in den ersten Prozessbereich (4) einführbar sind. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen zweiten Prozessbereich (5) zum Ableiten des Gemisches zu einem Auslass (6). Ausserdem umfasst die Vorrichtung ein erstes spaltbildendes Element (7), bevorzugt einen Rotor, welches den ersten Prozessbereich (4) zugeordnet ist und Öffnungen (8) umfasst sowie ein zweites spaltbildendes Element (9), bevorzugt einen Stator, welches den zweiten Prozessbereich (5) zugeordnet ist und mit dem ersten spaltbildenden Element (7) korrespondiert, wobei das zweite spaltbildende Element (9) Öffnungen (10) umfasst. Zumindest eines der spaltbildenden Elemente (7, 9) bevorzugt der Rotor, ist relativ zu dem anderen spaltbildenden Element (7, 9) um eine Rotationsachse (11) drehbar ausgebildet. Die Öffnungen (8) des ersten spaltbildenden Elements (7) und die Öffnungen (10) des zweiten spaltbildenden Elementes (9) sind derart angeordnet, dass ein Gemisch aus den zugeführten Stoffen durch die Öffnungen (8, 10) in den beiden spaltbildenden Elementen (7, 9) vom ersten (4) in den zweiten Prozessbereich (5) leitbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Mischen, insbesondere zum Disper- gieren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Ver- fahren zum Mischen, insbesondere Dispergieren gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
In der Praxis, beispielsweise in der Farbenindustrie, wird häu¬ fig eine vorgegebene Menge Flüssigkeit mit einer vorgegebenen Menge eines pulverförmigen Feststoffs, in der Regel Pigment, vorgemischt. Derartige Gemische werden anschliessend in Rühr¬ werksmühlen nötigenfalls noch weiter gemahlen und dispergiert. Beispielhafte industrielle Anwendungen sind die Herstellung von Farben und Lacken oder Ähnlichem.
Unter Mischen wird vorliegend das derartige Vereinigen von Stof¬ fen oder Stoffströmen verstanden, das eine möglichst gleichmäs- sige Zusammensetzung erreicht wird; im Rahmen der Erfindung dient das Mischen insbesondere der Herstellung von Dispersionen, also dem Dispergieren. Unter einer Dispersion wird hierbei ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen verstanden, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Beim Vorgang des Dispergierens wird ein Stoff (dis¬ perse Phase) möglichst fein in einen anderen Stoff (Dispersions- mittel bzw. kontinuierliche Phase) verteilt, gegebenenfalls un¬ ter Verwendung von Mahlhilfskörpern; in Rührwerksmühlen werden beispielsweise häufig kugelförmige Mahlhilfskörper eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft vor allem (die Herstellung von) Suspensionen - also Dispersionen, bei welchen eine Flüssig- keit die kontinuierliche Phase und ein Feststoff die disperse Phase bildet. Neben der gleichmässigen Verteilung der disperse Phase in der kontinuierlichen Phase wird unter der Dispergierung auch die Benetzung des zu dispergierenden Stoffes (und gegebe- nenfalls die anschliessende Stabilisierung) verstanden. Bei der Zerkleinerung kann es sich typischerweise um die Auflösung von Agglomeraten in Primärteilchen handeln. Auch Aggregate bzw. As- soziate (wenn eine Zusammenlagerung durch van-der-Wals-Kräfte o- der stärkere chemische Bildungsarten bewirkt ist) können jedoch beim Dispergieren in Primärteilchen zerkleinert werden. Während die Auflösung von Agglomeraten auch in Vorrichtungen ohne
Mahlhilfskörper wie in einem Disperser oder Dissolver gelingen kann, werden zur Zerkleinerung von Aggregaten oder Kristallen Vorrichtungen mit Mahlhilfskörper benötigt, wie beispielsweise eine Rührwerksmühle mit kugelförmigen Mahlhilfskörpern. Unter Aggregaten im weiteren Sinne können hierbei auch grössere kristalline oder amorphe Strukturen verstanden werden. Im Falle der Zerkleinerung von Aggregaten, kristallinen oder amorphen Struk- turen wird von EchtZerkleinerung gesprochen.
Gattungsgemässe Vorrichtung zum Mischen von zwei Stoffen, insbesondere von einer Flüssigkeit und einem Feststoff wie beispiels¬ weise einem Pulver, weisen in üblicher Weise ein Gehäuse sowie ein sich darin drehenden Rotor auf. Mittels mindestens einer Zuführleitung werden die Stoffe in das Gehäuse eingeleitet. Wäh¬ rend eines Betriebs der Vorrichtung werden die Stoffe mittels des Rotors vermischt und anschliessend aus dem Gehäuse ausgelei¬ tet .
Eine Vorrichtung zum Dispergieren sowie ein dazugehöriges Verfahren sind in US 6,029,853 beschrieben. Die Vorrichtung zum Dispergieren umfasst eine Kammer zum Dispergieren, mindestens eine Rührscheibe, einen Einlass, durch den die Flüssigkeit mit dem zu behandelnden Material sowie das Dispersionsmedium durch die Drehung der Rührscheibe eingesaugt werden, ein Auslass sowie eine Trennvorrichtung. Die Trennvorrichtung ist am Auslass angeordnet. Mittels der Trennvorrichtung werden die Mahlhilfskörper von der Dispersion getrennt. Zusätzlich kann die Trennvorrichtung die Dispersion durch den Auslass auslassen, wobei die
Mahlhilfskörper zurück gehalten werden, wie beschrieben. Die DE 10 2010 053 484 offenbart eine Rührwerkskugelmühle mit einer Trenneinrichtung für Mahlhilfskörper, wobei die Trenneinrichtung um eine Rotationsachse angeordnet ist. Die Trennein¬ richtung besteht aus zwei Komponenten wobei eine Komponente min¬ destens eine Trenneinrichtung und eine zweite Komponente ein dy- namisches Element zum Erzeugen eines Materialstromes ist. Die Vorrichtung umfasst einen sehr kleinen dynamischen Spalt als Trennvorrichtung, sodass die Fördermenge reduziert ist.
Die DE 1 507 493 offenbart eine Rührwerkskugelmühle mit schei- benförmigen Rührwerkzeugen in einem zylinderförmigen Gehäuse wobei oberhalb des Rotors eine oder zwei Scheiben angebracht sind, die mit Statorelementen dynamische Spalte ergeben. Auch hier ist die Fördermenge durch die geringe Anzahl von Austrittsspalten sehr begrenzt. Weiterhin ist die Möglichkeit zum Austritt des Gemisches aus der Vorrichtung nur sehr lokal möglich.
Die DE 35 21 668 offenbart eine Rührwerksmühle, in der die
Trennvorrichtung zum Abtrennen der Mahlkörper aus einem Sieb besteht. Ein derartiges Sieb kann leicht verstopfen und erhöht so- mit die Wartungshäufigkeit der Vorrichtung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere eine Vor¬ richtung und ein Verfahren zum Mischen, Dispergieren und insbe- sondere zur Abtrennung von Mahlhilfskörpern, zu schaffen, welche einen hohen Durchsatz an Material und gleichzeitig die Wahr¬ scheinlichkeit einer Verstopfung oder Zusetzung eines Durchflus¬ ses verringert. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen gemäss dem kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche .
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Mi¬ schen, insbesondere Dispergieren gelöst, welches die folgenden Merkmale umfasst: - Ein Gehäuse mit zumindest einem Einlass,
- Einen ersten Prozessbereich zum Vermischen von zugeführten Stoffen, wobei die Stoffe durch den zumindest einen Einlass in den ersten Prozessbereich einführbar sind,
- Einen zweiten Prozessbereich zum Ableiten des Gemisches zu einem Auslass,
- Ein erstes spaltbildendes Element, bevorzugt einen Rotor, welches den ersten Prozessbereich zugeordnet ist und Öff¬ nungen umfasst,
- Ein zweites spaltbildendes Element, bevorzugt einen Stator, welches den zweiten Prozessbereich zugeordnet ist und mit dem ersten spaltbildenden Element korrespondiert, wobei das zweite spaltbildende Element Öffnungen umfasst,
- Wobei zumindest eines der spaltbildenden Elemente, bevorzugt der Rotor, relativ zu dem anderen spaltbildenden Element um eine Rotationsachse drehbar ausgebildet ist.
Die Öffnungen des ersten spaltbildenden Elementes und die Öffnungen des zweiten spaltbildenden Elementes sind derart angeord- net, dass ein Gemisch aus den zugeführten Stoffen durch die Öffnungen in den beiden spaltbildenden Elementen vom ersten in den zweiten Prozessbereich leitbar ist. Eine derartige Vorrichtung führt zu einem hohen Durchsatz ohne dass die Gefahr einer Verstopfung besteht.
Die spaltbildenden Elemente müssen relativ zueinander drehbar sein, sodass auch beide Elemente drehbar ausgebildet sein kön- nen. In diesem Fall müssen die Drehgeschwindigkeiten und/oder die Drehrichtung sich unterscheiden.
Die Öffnungen in den spaltbildenden Elementen sind bevorzugt derart angeordnet, dass sich die Öffnungen nicht überlappen und ein Materialübertritt von den Öffnungen des ersten spaltbildenden Elementes zu den Öffnungen des zweiten spaltbildenden Elementes nur durch einen Spalt zwischen den Öffnungen möglich ist. Nach dem Passieren des Spaltes sollen die Öffnungen einen grossen Materialfluss ermöglichen und daher einen im Vergleich zum Spalt grossen Öffnungsdurchmesser/Öffnungsquerschnitt aufweisen.
Der erfindungsgemässe Spalt ist zwischen den beiden spaltbildenden Elementen ausgebildet. Die kleinste Ausdehnung der Öffnungen in dem ersten spaltbildenden Element ist bevorzugt mindestens 3 mal so gross wie die grösste Ausdehnung des Spaltes zwischen den beiden spaltbildenden Elementen. Bevorzugt ist ausserdem auch die kleinste Ausdehnung der Öffnungen in dem zweiten spaltbildenden Element mindestens 3 mal so gross wie die grösste Ausdeh¬ nung des Spaltes zwischen den beiden spaltbildenden Elementen. Für eine Ausführungsform bei der das zweite spaltbildende Ele¬ ment Ringspalte umfasst, müssen die Ausdehnungen der Ringspalte selbstverständlich im Wesentlichen der Ausdehnung des Spaltes zwischen den spaltbildenden Elementen entsprechen oder kleiner als der Spalt zwischen den spaltbildenden Elementen sein. In einer Ausführungsform mit Ringspalten eines spaltbildenden Elementes wird ein hoher Durchfluss durch eine hohe Anzahl an Ringspalten erzielt. Der erfindungsgemässe Spalt zwischen dem ersten spaltbildenden Element und dem zweiten spaltbildenden Element weist eine Trennfunktion auf. Durch die Ausdehnung des Spaltes wird verhindert, dass Teilchen, die grösser sind als der Spalt, in den zweiten Prozessbereich gelangen. Zwischen dem Gehäuse und dem ersten spaltbildenden Element kann zumindest ein, bevorzugt zwei, bevorzugt dynamische, Spalte ge¬ bildet sein.
Somit wird ein Durchtritt von zu grossen Elementen auch zwischen Gehäuse und erstem spaltbildendem Element verhindert. Trotzdem sind keine weiteren Trenneinrichtungen notwendig.
Das erste spaltbildende Element kann das zweite spaltbildende Element umgeben und zwischen beiden Elementen kann ein Spalt von maximal 3 mm, bevorzugt 1,0 mm und insbesondere bevorzugt 0,5 mm ausgebildet sein. Der minimale Spalt hat eine Querausdehnung von 0 , 1mm.
Insbesondere ist zwischen den beiden spaltbildenden Elementen ein Spalt ausgebildet, dessen maximale Ausdehnung kleiner ist als das kleinste Element der Mahlkörper, die in die Vorrichtung einfüllbar sind oder eingefüllt sind. Bevorzugt ist der Spalt maximal halb so gross wie der Durchmesser des kleinesten Mahlkörpers .
Am ersten spaltbildenden Element und/oder am Gehäuse können Mahlwerkzeuge angeordnet sein, die zum Vermischen oder zur Dis- persion der eingeführten Stoffe im ersten Prozessbereich ausgebildet sind.
Derartige Mahlwerkzeuge können Stifte oder Scheiben oder andere bekannte Ausführungsformen von Mahlwerkzeugen sein.
Durch Mahlwerkzeuge wird die Effektivität der Dispergierung er¬ höht. Bevorzugt ist das erste spaltbildende Element als Rotor ausgebildet, sodass mit den Mahlwerkzeugen am Rotor die Bewegung von den zugeführten Stoffen und eventuell der Mahlkörper erzeugt wird und so eine Dispersion im ersten Prozessbereich erzielt wird. Das erste spaltbildende Element kann sich entlang einer Länge des ersten Prozessbereiches im Wesentlichen vollständig erstrecken .
Somit wird eine grosse Fläche mit Spalten versehen, die nicht zusetzen können und trotzdem einen grossen Durchfluss erzielen.
In den ersten Prozessbereich können Mahlkörper einfüllbar sein, deren Weiterleitung in den zweiten Prozessbereich durch Spalte, insbesondere dynamische Spalte, verhinderbar ist.
Die dynamischen Spalte können zwischen dem ersten spaltbildenden und dem zweiten spaltbildenden Element sowie zusätzlich zwischen dem ersten spaltbildenden Element und dem Gehäuse ausgebildet sein. Somit gelangt ausschliesslich fertig dispergiertes Materi¬ al in den zweiten Prozessbereich und eine Verstopfung der Spalte ist durch die Bewegung an den Spalträndern nicht möglich. Zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessbereich ist bevorzugt keine statische Trennvorrichtung ausgebildet. Somit kann die statische Trennvorrichtung nicht verstopfen. Eine statische Trennvorrichtung ist eine Trennvorrichtung, bei der sich die Ränder der Öffnungen, durch die das Gemisch hindurchtritt, nicht bewegen. Statische Trennvorrichtungen sind somit insbesondere fest montierte Siebe.
Alternativ, kann das zweite spaltbildende Element als statische Trennvorrichtung ausgebildet sein, wobei bevorzugt die Öffnungen in der statischen Trennvorrichtung kleiner sind als der minimale Durchmesser der Mahlkörper. Insbesondere bevorzugt sind die Öff¬ nungen in der statischen Trennvorrichtung durch Ringspalte gebildet .
Eine derartige statische Trennvorrichtung hält Mahlkörper sowie zu grosse Partikel zuverlässig von dem zweiten Prozessbereich ab .
Beide spaltbildenden Elemente können zylindrisch oder konisch ausgebildet sein.
Somit lässt sich eine grosse Fläche zum Übertritt vom ersten in den zweiten Prozessbereich und gleichzeitig eine hohe rotatorische Energie erzielen. Alternativ wäre eine Ausbildung der spaltbildenden Elemente als Kreisscheiben denkbar, die zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessbereich angeordnet sind.
Der Spalt zwischen dem ersten spaltbildenden Element und dem zweiten spaltbildenden Element kann eine Längsausdehnung aufweisen, die parallel zur Rotationsachse ausgebildet ist. Für den Fall von kreisscheibenförmigen spaltbildenden Elementen kann der Spalt im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse ausgebildet sein. Für den Fall von konischen spaltbildenden Elementen kann der Spalt in einem Winkel von 1° bis 89° zur Rotationsachse aus¬ gebildet sein. Somit lässt sich eine zuverlässige Abtrennung der Malhilfskörper erreichen ohne dass Verstopfungen möglich sind.
Die Öffnungen der spaltbildenden Elemente können sich auf einer Länge von mindestens 50%, bevorzugt 60% insbesondere bevorzugt 70% der Länge des ersten spaltbildenden Elementes im ersten Prozessbereich erstrecken.
Somit lässt sich ein hoher Durchsatz erreichen. Die relativen Angaben beziehen sich hierbei nicht auf die Ausdehnung der Öffnungen, sondern auf den Bereich, der mit Öffnungen versehen ist.
Des Weiteren können zwei oder mehr Bohrungen am Umfang des zweiten spaltbildenden Elementes durch eine Nut, bevorzugt eine ge- fräste Nut, miteinander verbunden sein. Selbstverständlich darf die Nut sich nicht mit den Öffnungen im ersten spaltbildenden Element überlappen. Somit lässt sich ein grosses Abflussvolumen schaffen und das Gemisch wird schnell in den zweiten Prozessbe¬ reich abgeführt.
Das Gehäuse der Vorrichtung kann weiterhin ein Pumpengehäuse umfassen oder mit einem Pumpengehäuse verbunden sein, welches eine Pumpe auf dem Gehäuse der Vorrichtung ausbildet. Pumpengehäuse und Gehäuse der Vorrichtung können einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Bei mehrstückiger Ausbildung ist das Pumpenge¬ häuse bevorzugt auf dem Gehäuse der Vorrichtung angeflanscht.
Im Pumpengehäuse ist eine Pumpe angeordnet. Somit ist die benötigte Pumpe direkt mit der Vorrichtung zum Mi¬ schen verbunden und es ist nur eine Steuerung sowie weniger externe Leitungen notwendig. Zum Antrieb der Pumpe kann die gleiche Welle verwendet werden, wie zum Antrieb des sich bewegenden spaltbildenden Elementes und/oder der Mahlwerkzeuge.
Dies führt zu weniger Einzelteilen und dadurch zu weniger Kom- plexität.
Das Pumpengehäuse umfasst einen Pumpeneinlass und einen Pumpen- auslass . Bei der Pumpe kann es sich um eine Kreiselpumpe, eine Flüssig¬ keitsringpumpe, eine Seitenkanalpumpe oder eine Verdrängerpumpe, wie beispielsweise eine Impellerpumpe handeln.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Dispergieren von Stoffen in einer Vorrichtung, bevorzugt wie vorhergehend be¬ schrieben, gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Einbringen von mindestens zwei Stoffen, bevorzugt eines
Feststoffs und einer Flüssigkeit, in einen ersten Prozess- bereich einer Vorrichtung,
- Mischen der mindestens zwei Stoffe im ersten Prozessbereich zu einem Gemisch, - Leiten des Gemisches durch einen Spalt, der zwischen einem ersten und einem zweiten spaltbildendem Element ausgebildet ist, - wobei die spaltbildenden Elemente Öffnungen umfassen und wobei die beiden spaltbildenden Elemente sich relativ zueinander bewegen, und das Gemisch durch den Spalt und die Öffnungen von dem ersten Prozessbereich in einen zweiten Prozessbereich geleitet wird.
Mit einem derartigen Verfahren lassen sich grössere Mengen von Stoffen mischen, insbesondere dispergieren, insbesondere bevorzugt vordispergieren, ohne dass Stoffe die Trennvorrichtungen verstopfen und eine Wartung der Vorrichtung notwendig wird.
Das Gemisch kann weiterhin zusätzlich durch einen oder mehrere dynamische Spalte zwischen dem ersten spaltbildenden Element und einem Gehäuse der Vorrichtung geleitet werden.
Somit ist auch zwischen Gehäuse und Vorrichtung eine dynamische Trenneinrichtung vorgesehen, die nicht verstopft und gleichzei¬ tig die Bauart der Vorrichtung vereinfacht. Die Dispergierung im ersten Prozessbereich kann durch Mahlkörper und/oder Mahlwerkzeuge erzielt werden.
Mahlwerkzeuge können Scheiben oder Stifte oder ähnliche Mahl¬ werkzeuge sein, die bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Mahlkörper sind harte, runde oder elliptische Körper, die zur Dispergierung des Materials beitragen. Die Mahlkörper sind auf dem gewünschten Dispersionsgrad angepasst und können auch je nach eingeführtem Stoff eine andere Grösse aufweisen. Die Mahlkörper werden durch den Spalt/die Spalte zwischen den spaltbil- denden Elementen und/oder dem Gehäuse aufgehalten.
Die Dispergierung kann durch Mahlkörper erzielt werden, die eine mindestens 1,5-mal bevorzugt 3-mal insbesondere 10-mal grösseren Durchmesser aufweisen als der grösste Spalt als Querausdehnung aufweist .
Somit können die Mahlkörper nicht durch den Spalt gelangen und der Spalt dient als dynamische Trennvorrichtung.
Das Gemisch kann durch mindestens 4, bevorzugt 20, insbesondere bevorzugt 100, Öffnungen in dem ersten spaltbildenden Element geleitet werden.
Das Gemisch kann weiterhin durch mindestens 4, bevorzugt mindes¬ tens 50, insbesondere bevorzugt min. 200 Öffnungen im zweiten spaltbildenden Element geleitet werden.
Somit lässt sich durch die Anzahl der Öffnungen ein optimierter Durchsatz an Gemisch erzielen. Die Öffnungen im zweiten spalt- bildenden Element können zumindest teilweise durch Bohrungen ge¬ bildet sein.
Des Weiteren können zwei oder mehr Bohrungen am Umfang durch eine Nut, bevorzugt eine gefräste Nut miteinander verbunden sein. Selbstverständlich darf die Nut sich nicht mit den Öffnungen im ersten spaltbildenden Element überlappen. Somit lässt sich ein grosses Abflussvolumen schaffen und das Gemisch wird schnell in den zweiten Prozessbereich abgeführt. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
Figur 1 : Einen Schnitt durch ein erstes und ein zweites spaltbildendes Element,
Figur 2 : Eine Ansicht auf eine erste Ausführungsform gemäss
Figur 1, Figur 3 : Eine Ansicht auf einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform gemäss Figur 1,
Figur 4: Eine Ansicht auf eine zweite Ausführungsform eines ersten und zweiten spaltbildenden Elementes
Figur 5: Einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform gemäss Figur 4,
Figur 6: Eine schräge Ansicht auf eine zweite Ausführungs¬ form gemäss Figur 4,
Figur 7: Eine Ansicht auf einen Schnitt einer zweiten Aus¬ führungsform gemäss Figur 4,
Figur 8: Einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines ersten und zweiten spaltbildenden Elementes
Figur 9: Eine Ansicht auf eine dritte Ausführungsform ge¬ mäss Figur 8,
Figur 10: Eine Ansicht auf einen Schnitt einer dritten Aus¬ führungsform gemäss Figur 8,
Figur 11: Einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines ersten und zweiten spaltbildenden Elementes
Figur 12: Eine Ansicht auf eine vierte Ausführungsform ge¬ mäss Figur 11,
Figur 13: Eine Ansicht auf einen Schnitt durch eine vierte
Ausführungsform gemäss Figur 11, Figur 14: Einen Schnitt durch eine Ausführungsform des ersten und zweiten spaltbildenden Elementes mit Förderelement, Figur 15: Eine Ansicht einer Vorrichtung aus Figur 14,
Figur 16: Eine Ansicht auf einen Schnitt durch eine Vorrich¬ tung aus Figur 14, Figur 17: Einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines ersten und zweiten spaltbildenden Elementes,
Figur 18: Ausschnitt aus Figur 17, Figur 19: Einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines ersten und zweiten spaltbildenden Elementes,
Figur 20: Eine Ansicht aus der Vorrichtung aus Figur 19, Figur 21: Eine Ansicht auf einen Schnitt aus der Vorrichtung aus Figur 19,
Figur 22: Einen Schnitt aus einer sechsten Ausführungsform eines ersten und zweiten spaltbildenden Elementes,
Figur 23: Eine Ansicht einer Vorrichtung aus Figur 22,
Figur 24: Eine Ansicht auf einen Schnitt auf eine Vorrich¬ tung aus Figur 22,
Figur 25: Einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vor¬ richtung, Figur 26: Eine Ansicht auf einen Schnitt aus Figur 25,
Figur 27: Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäs- sen Vorrichtung,
Figur 28: Eine Ansicht auf einen Schnitt aus einer Vorrich¬ tung aus Figur 27,
Figur 29: Einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Figur 30: Eine Ansicht auf einen Schnitt der Vorrichtung aus
Figur 29, Figur 31: Einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Die Figuren 1 bis 13 zeigen jeweils verschiedene Ansichten von verschiedenen Ausführungsformen der spaltbildenden Elemente 7, 9. Jede dieser Ausführungsformen kann in ein Gehäuse 2 einer Vorrichtung 1 eingebaut werden.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform der spaltbildenden Elemente 7, 9. Figur 1 zeigt hierbei einen Schnitt, Figur 2 eine Ansicht und Figur 3 eine Ansicht auf einen Schnitt. Das erste spaltbildende Element 7 ist zylindrisch ausgebildet und umgibt das zweite spaltbildende Element 9. Auch das zweite spaltbildende Element 9 ist zylindrisch ausgebildet. Das erste spaltbildende Element 7 umfasst Öffnungen 8, die rechteckig aus- gebildet sind, wobei die Ecken der Öffnungen 8 abgerundet wur¬ den. Das zweite spaltbildende Element 9 umfasst Öffnungen 10, die rund ausgebildet sind. Die Öffnungen 8 und die Öffnungen 10 überlappen sich nicht. Zwischen den Öffnungen 8 und den Öffnun- gen 10 sind Spalte 13 ausgebildet. Zumindest eines der beiden spaltbildenden Elemente 7, 9 ist drehbar um Rotationsachse 11 ausgebildet. Somit entstehen dynamische Spalte 13. Das erste spaltbildende Element 7 ist zum ersten Prozessbereich 4 hin ge- richtet, während das zweite spaltbildende Element 9 zum zweiten Prozessbereich 5 hin gerichtet ist. Das zweite spaltbildende Element 9 umfasst weiterhin eine Verbindungsnut 29, die die Öff¬ nungen 10 entlang des Umfangs des zweiten spaltbildenden Elementes verbindet. Somit wird ein verbesserter Abtransport des Gemi- sches nach Durchtritt durch den Spalt ermöglicht. Auch die Ver¬ bindungsnut 29 überlappt sich nicht mit den Öffnungen 8 des ers¬ ten spaltbildenden Elementes 7. Die Öffnungen 8 haben eine Ausdehnung von 15x30mm, die Öffnungen 10 haben einen Durchmesser von 12mm im Bereich der Bohrung. Weiterhin sind die Öffnungen 10 in Umfangsrichtung durch eine Nut verbunden, die eine Ausdehnung von 13mm aufweist. Die notwendige Ausdehnung der Öffnungen 8,10 beträgt mindestens drei Mal den grössten Durchmesser der verwendeten Mahlkörper, falls Mahlkörper verwendet werden.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen eine zweite Ausführungsform der spaltbildenden Elemente 7, 9. Figur 4 zeigt hierbei eine An¬ sicht, Figur 5 einen Schnitt, Figur 6 eine schräge Ansicht und Figur 7 eine Ansicht auf einen Schnitt. Die beiden spaltbilden- den Elemente 7 und 9 sind kreisscheibenförmig ausgebildet. Das erste spaltbildende Element 7 umfasst Öffnungen 8, die rund aus¬ gebildet sind. Das zweite spaltbildende Element 9 umfasst Öff¬ nungen 10 die ebenfalls rund ausgebildet sind. Die Öffnungen 8 überlappen sich nicht mit den Öffnungen 10. Somit entsteht ein Spalt 13 durch den das Gemisch vom ersten Prozessbereich 4
(nicht dargestellt) in den zweiten Prozessbereich 5 (nicht dargestellt) übertreten kann. Zumindest eines der spaltbildenden Elemente 7, 9 ist um Rotationsachse 11 drehbar ausgebildet. Die Figuren 8 bis 10 zeigen eine dritte Ausführungsform der spaltbildenden Elemente 7, 9. Figur 8 zeigt hierbei einen
Schnitt, Figur 9 eine Ansicht und Figur 10 eine Ansicht auf ei- nen Schnitt. Das erste spaltbildende Element 7 ist zum ersten
Prozessbereich 4 (nicht dargestellt) hin gerichtet und das zwei¬ te spaltbildende Element 9 ist zum zweiten Prozessbereich 5 hin gerichtet. Das erste spaltbildende Element 7 umfasst Öffnungen 8 die rund ausgebildet sind. Das erste spaltbildende Element 7 umgibt das zweite spaltbildende Element 9 vollständig, wobei beide spaltbildenden Elemente 7 und 9 rotationssymmetrisch, konisch ausgebildet sind. Das zweite spaltbildende Element 9 um¬ fasst Öffnungen 10, die ebenfalls rund ausgebildet sind. Zumin¬ dest eines der spaltbildenden Elemente 7, 9 ist um Rotationsach- se 11 drehbar ausgebildet. Die Öffnungen 8 und die Öffnungen 10 überlappen sich nicht, sondern bilden Spalte 13 (exemplarisch eingefügt) durch die das Gemisch von dem ersten Prozessbereich 4 (nicht dargestellt) in den zweiten Prozessbereich 5 fliessen kann .
Figuren 11 bis 13 zeigen eine weitere Ausführungsform der spaltbildenden Elemente 7, 9. Figur 11 zeigt hierbei einen Schnitt, Figur 12 eine Ansicht und Figur 13 einen Schnitt durch die Ebene B-B der Figur 11. Die Ausführungsform aus den Figuren 11 bis 13 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform aus den Figuren 1 bis 3 abgesehen von der Form und der Anzahl der Öffnungen 8. Die Öffnungen 8 im ersten spaltbildenden Element 7 sind asymmetrisch geformt und umfassen abweichend von den Öffnungen 8 aus der Ausführungsform der Figuren 1 bis 3 eine Rampe 19. Die Rampe 19 dient als strömungsoptimierte Ausführungsform zur Mahlkörper¬ abweisung bei Ausbildung des ersten spaltbildenden Elements 7 als Rotor. Die Anzahl der Öffnungen 8 beträgt jeweils acht Öff¬ nungen 8 in Umfangsrichtung und vier in Längsrichtung, daher insgesamt 32 Öffnungen 8 im ersten spaltbildenden Element 7. Somit kann das Gemisch leichter in die Öffnungen 8 gelangen und ein höherer Durchfluss in den zweiten Prozessbereich 5 wird erzielt. Das erste spaltbildende Element 7 ist hierbei um Rotati- onsachse 11 drehbar ausgebildet. Die Rampe 19 hat hierbei eine Neigung (alpha) zur Tangente am Innendurchmesser des ersten spaltbildenden Elementes (7) von 10° bis 80°, bevorzugt 30°.
Die Figuren 14 bis 16 zeigen die Ausführungsform der spaltbil- denden Elemente 7, 9 aus den Figuren 1 bis 3 mit Mahlwerkzeugen 14 und einem Förderelement 18. Figur 14 zeigt hierbei einen Schnitt, Figur 15 eine Ansicht und Figur 16 eine Ansicht auf ei¬ nen Schnitt. Das erste spaltbildende Element 7 umfasst Öffnungen 8 und Mahlwerkzeuge 14. Das erste spaltbildende Element 7 ist als Rotor ausgebildet, sodass die Mahlwerkzeuge 14 zu einer Dis¬ persion der Stoffe im ersten Prozessbereich 4 (nicht dargestellt) beitragen können. Das spaltbildende Element 9 umgibt den zweiten Prozessbereich 5. Das zweite spaltbildende Element 9 um¬ fasst Öffnungen 10. Im zweiten Prozessbereich 5 ist ein För- derelement 18 angeordnet, welches um Rotationsachse 11, genau wie das erste spaltbildende Element 7, 3 drehbar ausgebildet ist. Das Förderelement fördert das Gemisch aus dem zweiten Pro¬ zessbereich 5 hinaus und sorgt somit für einen guten Durchsatz durch die Vorrichtung.
Figur 17 zeigt die Ausführungsform aus Figur 1 bis 3 mit den spaltbildenden Elementen 7, 9 und den Öffnungen 8, 10. Zumindest eines der spaltbildenden Elemente 7, 9 ist um Rotationsachse 11 drehbar ausgebildet.
Figur 18 zeigt einen Ausschnitt A aus Figur 17. Dargestellt ist das erste spaltbildende Element 7 mit dem zweiten spaltbildenden Element 9 und dem zwischen den spaltbildenden Elementen 7 und 9 gebildeten Spaltabschnitt 24. Der Spaltabschnitt 24 weist eine Längenausdehnung b und eine Querausdehnung a auf. Die Längenausdehnung b liegt in einem Bereich von 0.5 mal a bis 3 mal a. In diesem Fall beträgt die Länge b=2*a. Die Querausdehnung a des Spaltabschnitts 24 ist kleiner als der kleinste Mahlkörper, der in den ersten Prozessbereich 4 (nicht dargestellt) einfüllbar ist. Zur Anpassung der Querausdehnung a des Spaltes 24 kann das zweite spaltbildende Element 9 austauschbar gestaltet sein, so¬ dass der Spalt 24 an die Mahlkörper 16 (nicht dargestellt) an- passbar ausgebildet ist, auch falls die Mahlkörper 16 in einem ersten Prozess eine andere Grösse aufweisen als in einem weite¬ ren Prozess. Die Querausdehnung a des Spaltabschnittes 24 ent¬ spricht der Querausdehnung des Spaltes 13 (siehe Fig. 17) . Die Figuren 19 bis 21 zeigen eine weitere Ausführungsform der spaltbildenden Elemente 7, 9. Figur 19 zeigt hierbei einen
Schnitt, Figur 20 eine Ansicht und Figur 21 eine Ansicht auf ei¬ nen Schnitt. Das spaltbildende Element 7 ist analog zu dem spaltbildenden Element 7 aus den Figuren 1 bis 3 ausgebildet. Abweichend davon ist das zweite spaltbildende Element 9 derart ausgebildet, dass es eine Vielzahl von Ringspalten 20 umfasst. Die Ringspalte 20 sind derartig dimensioniert, dass nur ausrei¬ chend dispergiertes Material in den zweiten Prozessbereich 5 eintreten kann. Weiterhin können eventuell vorhandene Mahlkörper 16 (nicht dargestellt) aus dem ersten Prozessbereich 4 (nicht dargestellt) nicht durch die Ringspalte 20 hindurch treten. Zu¬ mindest eines der spaltbildenden Elemente 7, 9 ist drehbar um Rotationsachse 11 ausgebildet. Die Ringspalte 20 sind durch Sta¬ bilisierungsstege 25 stabilisiert.
Figuren 22 bis 24 zeigen eine weitere Ausführungsform des zweiten spaltbildenden Elementes 9. Das erste spaltbildende Element 7 entspricht dem ersten spaltbildenden Element aus den Figuren 1 bis 3. Figur 22 zeigt hierbei einen Schnitt, Figur 23 eine An¬ sicht und Figur 24 eine Ansicht auf einen Schnitt. Das erste spaltbildende Element 7 umfasst Öffnungen 8 die analog zu den Figuren 1 bis 3 ausgebildet sind. Das zweite spaltbildende Ele- ment 9 umfasst Öffnungen 10 und zusätzlich Ringspalte 20. Die
Ringspalte 20 sind derart angeordnet, dass sie sich mit den Öff¬ nungen 8 im ersten spaltbildenden Element 7 überlappen. Durch die Ringspalte 20 kann ausschliesslich bereits dispergiertes Ge¬ misch hindurch treten und grössere Teilchen werden abgehalten. Somit ermöglicht diese Ausführungsform einen grösseren Durchtritt, da durch die Ringspalte ein grösseres Durchtrittsvolumen ermöglicht wird
Die Figuren 25 und 26 zeigen die Anordnung von einem ersten und zweiten spaltbildenden Element 7, 9 gemäss den Figuren 14 bis 16 in einer Vorrichtung 1. Figur 25 zeigt hierbei einen Schnitt und Figur 26 eine Ansicht auf einen Schnitt. Die Vorrichtung 1 um¬ fasst ein Gehäuse 2, welches ein erstes spaltbildendes Element 7 und ein zweites spaltbildendes Element 9 beinhaltet. In das Ge- häuse 2 ist ein Einlass 3 ausgebildet. Die zu vermischenden
Stoffe werden durch den Einlass 3 in den ersten Prozessbereich 4 eingeführt. Der erste Prozessbereich 4 umfasst des Weiteren Mahlkörper 16. Das Gehäuse 2 ist mit Mahlwerkzeugen 14 an der Gehäusewand ausgestattet. Korrespondierende Mahlwerkzeuge 14 sind am ersten spaltbildenden Element 7 ausgebildet. Das disper- gierte Gemisch tritt von dem ersten Prozessbereich 4 durch Spalte 12, 13 in den zweiten Prozessbereich 5 über. Im zweiten Prozessbereich 5 ist ein Förderelement 18 ausgebildet, welches um Rotationsachse 11 rotiert. Weiterhin rotiert auch das erste spaltbildende Element 7 um Rotationsachse 11. Aus dem zweiten Prozessbereich 5 tritt das Gemisch durch den Auslass 6 aus dem Gehäuse aus. Die Spalten 12, 13 sind kleiner als der Durchmesser der Mahlkörper 16. Somit können keine Mahlkörper 16 in den zwei- ten Prozessbereich 5 geraten. Die Länge des ersten Prozessbereiches 15 entspricht im Wesentlichen der Länge des ersten spalt¬ bildenden Elementes 7. Die Ausführungsform der Vorrichtung 1 in den Figuren 27 und 28 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der Figuren 25 und 26. Die Vorrichtung 1 umfasst jedoch zusätzlich ein Pumpengehäuse 21 einer Wasserringpumpe. Das Pumpengehäuse 21 ist auf dem Gehäuse 2 angeflanscht und umfasst einen Pumpeneinlass 23 und einen Pumpenauslass 22. Vom Pumpenauslass 22 wird Vorgemisch zum Einlass 3 der Vorrichtung gepumpt. Die Figur 27 zeigt hierbei einen Schnitt und die Figur 28 eine Ansicht auf einen
Schnitt. Die Vorrichtung 1 weist im Gehäuse 2 in dieser Ausführungsform einen Einlasse 3 und einen Auslass 6 auf. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Figuren 25 und 26 sind in dieser Ausführungsform keine Mahlhilfskörper vorhanden. Es ist jedoch selbstverständlich möglich diese einzufüllen falls dieses gewünscht ist. Der erste Prozessbereich erstreckt sich im Wesentlichen entlang des ersten spaltbildenden Elementes 7. Somit lässt sich ein hoher Durchsatz erzielen. Der Vorteil der gleichzeitigen Ausbildung eine Pumpe liegt insbesondere in der vereinfachten Steuerung .
Die Figuren 29 und 30 zeigen eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1. Die Figur 29 zeigt hierbei einen Schnitt und die Figur 30 eine Ansicht auf einen Schnitt. Anstatt einer Wasser¬ ringpumpe wie in den Figuren 27 und 28 gezeigt, ist in dieser Ausführungsform eine Seitenkanalpumpe im Pumpengehäuse 21 ange¬ ordnet. Das Pumpengehäuse umfasst ebenfalls einen Pumpeneinlass 23 und einen Pumpenauslass 22. Das Vorgemisch wird vom Pumpen- auslass 22 in den Einlass 3 der Vorrichtung gepumpt. Die Ausbil¬ dung der Vorrichtung abgesehen von dem Pumpengehäuse 21 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform in Fig. 25 und 26. Figur 31 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1 in der sich die spaltbildenden Elemente 7, 9 nur über ein Teilbereich des ersten Prozessbereichs 4 erstrecken. Im ersten Prozessbereich 4 sind weiterhin Mahlwerkzeuge 14 in Form von Scheiben mit Löchern ausgebildet. Das erste spaltbildende Ele¬ ment 7 dreht sich um das zweite spaltbildende Element 9. Beide spaltbildende Elemente 7, 9 weisen jeweils Öffnungen 8, 10 auf. Das Gemisch fliesst vom ersten Prozessbereich 4 durch die Spalte 13 in den zweiten Prozessbereich 5. Das Gehäuse 2 weist weiterhin einen Einlass 3 und Auslässe 6 auf. Die Mahlwerkzeuge 14 sind auf eine Welle 26 angeordnet. Die Welle 26 umfasst eine Wellen¬ nut 27 in die Eingriffsnocken 28 des ersten spaltbildenden Elementes 7 eingreifen. Somit wird das erste spaltbildende Element durch die gleiche Welle wie die Mahlwerkzeuge 14 angetrieben.

Claims

Vorrichtung (1) zum Mischen, insbesondere Dispergieren, umfassend
- ein Gehäuse
(2) mit zumindest einem Einlass (3),
- einen ersten Prozessbereich (4) zum Mischen und insbesondere Dispergieren von zugeführten Stoffen, wobei die Stoffe durch den zumindest einen Einlass
(3) in den ersten Prozessbereich (4) einführbar sind,
- einen zweiten Prozessbereich (5) zum Ableiten des Gemi sches zu einem Auslass (6),
- ein erstes spaltbildendes Element (7), bevorzugt ein Rotor, welches dem ersten Prozessbereich (4) zugeordnet ist und Öffnungen (8) umfasst,
- eine zweites spaltbildendes Element (9), bevorzugt ein Stator, welches dem zweiten Prozessbereich (5) zugeordnet ist und mit dem ersten spaltbildenden Element (7) korrespondiert, wobei das zweite spaltbildende Element (9) Öffnungen (10) umfasst,
- wobei zumindest eines der spaltbildenden Elemente
(7,9), bevorzugt der Rotor, relativ zu dem anderen spaltbildenden Element (7,9) um eine Rotationsachse (11) drehbar ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Öffnungen (8) des ersten spaltbildenden Elementes (7) und die Öffnungen (10) des zweiten spaltbildenden Elementes (9) derart angeordnet sind, dass ein Gemisch aus den zuge¬ führten Stoffen durch die Öffnungen (8,10) in den beiden spaltbildenden Elementen (7,9) vom ersten (4) in den zweiten Prozessbereich (5) leitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (2) und dem ersten spaltbildenden Ele- ment (7) zumindest ein, bevorzugt zwei, bevorzugt dynami¬ sche, Spalte (12) gebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste spaltbildende Ele¬ ment (7) das zweite spaltbildende Element (9) umgibt und zwischen beiden Elementen (7,9) ein Spalt (13) von maximal 3mm, bevorzugt 1,0mm und insbesondere bevorzugt 0,5mm aus¬ gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten spaltbildenden Element (7) und/oder am Gehäuse (2) Mahlwerkzeuge (14) ange¬ ordnet sind, die zur Dispersion der eingeführten Stoffe im ersten Prozessbereich (4) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste spaltbildende Element (7) entlang einer Länge (15) des ersten Prozessbe¬ reichs (4) im Wesentlichen vollständig erstreckt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten Prozessbereich
(4) Mahlkörper (16) einfüllbar sind, deren Weiterleitung in den zweiten Prozessbereich (5) durch dynamischen Spalte
(12, 13) verhinderbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine statischen Trennvorrichtungen zwischen dem ersten (4) und dem zweiten Prozessbereich (5) ausgebildet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite spaltbildende Element als statische Trennvorrichtung ausgebildet ist, wobei bevorzu die Öffnungen in der statischen Trennvorrichtung kleiner sind als der minimale Durchmesser der Mahlkörper.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide spaltbildenden Elemente (7,9) zylindrisch oder konisch ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein Pumpengehäuse (21) umfasst oder dass das Gehäuse (2) mit einem Pumpengehäuse (21) verbunden ist, wobei in dem Pumpengehäuse (21) eine Pumpe angeordnet ist, wobei die Pumpe bevorzugt mit einer Welle angetrieben wird, die gleichzeitig eines der spalt¬ bildenden Elemente (7,9) antreibt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spalte (13) zwischen den spaltbildenden Elementen (7,9) auf einer Länge von mindesten 50% bevorzugt mindestens 60% insbesondere bevorzugt mindestens 70% der Länge des ersten spaltbildende Elementes (7) im ersten Prozessbereich (4) erstrecken.
Verfahren zum Dispergieren von Stoffen in einer Vorrichtung, bevorzugt einer Vorrichtung (1) gemäss den Ansprüchen 1 bis 11, umfassend die Schritte
- Einbringen von mindestens zwei Stoffen, bevorzugt eines Feststoffs und einer Flüssigkeit in einen ersten Pro¬ zessbereich (4) einer Vorrichtung (1), - Mischen und insbesondere Dispergieren der mindestens zwei Stoffe im ersten Prozessbereich (4) zu einem Gemisch,
- Leiten des Gemisches durch einen Spalt (13), der zwi¬ schen einem ersten (7) und einem zweiten spaltbildenden Element (9) ausgebildet ist,
- wobei die spaltbildenden Elemente (7,9) Öffnungen
(8,10) umfassen und wobei die beiden spaltbildenden Elemente (7,9) sich relativ zueinander bewegen, und das Gemisch durch den Spalt (13) und die Öffnungen (8,10) von dem ersten Prozessbereich (4) in einen zweiten Prozessbereich (5) geleitet wird.
Verfahren gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch weiterhin durch dynamische Spalte (12) zwischen dem ersten spaltbildenden Element (7) und einem Gehäuse (2) der Vorrichtung (1) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung im ersten Prozessbe¬ reich (4) durch Mahlkörper (16) und/oder Mahlwerkzeuge (14) erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierung durch Mahlkörper (16) erzielt wird, die einen mindestens 1,5-mal, bevorzugt 2-mal, insbesondere bevorzugt 2,5-mal grösseren Durchmesser aufweisen als der grösste Spalt (12,13) als Querausdehnung (a) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch durch mindestens 4, bevor¬ zugt 20, insbesondere bevorzugt 100, Öffnungen in dem ers¬ ten spaltbildenden Element (7) wird und/oder das Gemisch durch mindestens 4, bevorzugt mindestens 50, insbesondere bevorzugt min. 200 Öffnungen im zweiten spaltbildenden Element (9) geleitet wird.
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