CH412812A - Vorrichtung zur Behandlung von fliessfähigen Stoffen und Stoffgemischen - Google Patents

Description

  
 



  Vorrichtung zur Behandlung von fliessfähigen Stoffen und Stoffgemischen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von fliessfähigen Stoffen und Stoffgemischen insbesondere zum Aufschliessen, Dispergieren, Homogenisieren, Emulgieren, Lösen, Fördern oder ähnlichem Behandeln von Stoffen und/oder Gemischen, zum Einleiten bzw. Beschleunigen chemischer Reaktionen verschiedenster Art zwischen mehr oder weniger reaktiven Stoffen oder Verbindungen, und/ oder zur verbesserten Durchführung anderer, in der chemischen Technik vorkommender Prozesse zwischen oder an Stoffsystemen aller Aggregatzustände und verschiedenster Struktur.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch wenigstens eine auf einer Antriebswelle sitzende Scheibe, die in Umfangsrichtung mit abwechselnd in verschiedenem Sinne gegen die Rotationsebene geneigten Flächenbereichen versehen ist.



   Die überraschend intensive Wirkung einer solchen Vorrichtung beruht hauptsächlich auf der Erzeugung von Wellen in einem fliessfähigen oder strömenden Medium und auf der gleichzeitigen intensiven Förderung des Mediums über den Umfangsbereich der Scheibe hinaus. Durch die gegen die Rotationsebene der Scheibe geneigten Flächenbereiche, die man sich in Form einer diametralen Faltung bzw.



  Biegung der Scheibe vorstellen kann, entstehen auf der Oberfläche derselben saugende und fördernde Wirkungen, welche sich im Medium je nach der Drehzahl und Anzahl der schiefen Bereiche der Scheibe erstens als Stosswellen im Medium fortpflanzen und zweitens auch gleichzeitig im wesentlichen zentrifugal beschleunigend, also pumpend wirken.



  Dabei kann je nach Gestaltung des das Medium enthaltenden Behälters der Scheibe eine aussergewöhnlich intensive Turbulenz in dem Medium erzeugt werden, welche den beabsichtigten Prozess, z. B. eine chemische Reaktion, gegebenenfalls erheblich beschleunigen lässt.



   Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist die Scheibe so geformt, dass die Schnittlinie nach einer Zylindermantelfläche wellenförmig ist.



   Eine weitere Ausführungsform ist in einer solchen Gestaltung zu sehen, dass die Schnittfläche nach einer Zylindermantelfläche sägezahnförmig ist.



   Eine besondere heftige Turbulenz in dem Medium kann durch die in diesem rotierende Scheibe erzeugt werden, wenn man diese mit Öffnungen in zweckentsprechender, z. B. runder, ovaler oder eckiger Form versieht. Durch dieselbe dringt dann bei rotierender Scheibe das Medium je nach dem Drehsinn der Scheibe von der einen auf die andere Seite bzw. umgekehrt. Dabei entwickeln sich in dem Medium dasselbe heftig durchfliessende gewundene Strömungen, welche z. B. Teile des Mediums durch eine hohe   Stoffsäule    in verschiedenen Richtungen führen können.



   Bei einer besonderen Ausführungsart sind die Öffnungen jeweils nur an Flächenbereichen mit gleichem Neigungssinn angebracht.



   Die Flächenbereiche der Scheibe können mit messerförmigen, hakenförmigen oder ähnlich   ausge    bildeten Vorsprüngen versehen sein. Hierdurch lässt sich eine besonders intensive Zerreissung oder Zerschneidung von z. B. festen, klumpigen oder faserigen, thixotropen oder elastischen Strukturen in Flüssigkeiten herbeiführen.



   Zur weiteren Erhöhung dieser Wirkung können die Vorsprünge geschärft oder mit reissenden Spitzen versehen sein.



   DieVorrichtung gemäss der Erfindung ermöglicht auf besonders intensive Weise auch die Durcharbeitung viskoser oder thixotroper Medien in grossen Be  hältern, wenn auf einer gemeinsamen rotierenden Welle mehrere der vorbeschriebenen Scheiben im axialen Abstand voneinander angeordnet sind. Solche auf einer gemeinsamen Welle sitzenden Scheiben werden dann je nach dem Zweck in gleichartigen oder in verschiedenen Ausführungen kombiniert.



   Gemäss einer besonderen Ausführungsform sind am Umfang einer Scheibe Zähne vorgesehen. Hierdurch ergibt sich eine sehr intensiv wirkende, insbesondere zerscherende und dispergierende Wirkung.



   Die am Umfang vorgesehenen Zähne sind vorzugsweise abwechslnd gegeneinander verschränkt oder in verschiedenen Rotationsflächen angeordnet.



   Setzt man eine Scheibe in ein Gehäuse ein, so lässt sich erreichen, dass die von einer Scheibe ausgehende Pumpwirkung, die gewöhnlich nur zu einer Art Umwälzströmung des Mediums in dem Behälter führt, in gerichtete Bahnen gelenkt wird.



   Zu diesem Zweck ist es günstig, wenn die Mantelfläche des Gehäuses eng an den Umfang der Scheibe angrenzt. Die Eine und Auslassöffnungen des Gehäuses können dabei in ähnlicher Weise angeordnet sein wie bei Zentrifugalpumpen.



   Gemäss einer Weiterbildung liegen auch die Stirnwände des Gehäuses in unmittelbarer Nähe der axial äusseren Bereiche einer Scheibe.



   Der Innenmantel des Gehäuses kann mit einer Zahnung versehen sein, gegen welche die Scheibe grobes, stückiges, faseriges oder sonstiges Gut schleudert, so dass dieses an den Innenmantel zerrissen und zerschert wird.



   In weiterer Ausbildung können sowohl der Innenmantel des Gehäuses, als auch der Umfang der Scheiben mit zueinander komplementären und ineinandergreifend angeordneten Zahnungen versehen sein.



   Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist um den Umfangsbereich der Scheiben ein mit Unterbrechungen versehener Statorkäfig angeordnet.



   Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren   Ausführungsbeispic-    len ergänzend beschrieben.



   Fig. 1 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Scheibe gemäss der Erfindung.



   Fig. 9 bis 13 zeigen Anordnungen der Scheibe in einem Gehäuse zur Ausnutzung der Pumpwirkung.



   Fig. 1 zeigt zwei auf einer Welle 1 sitzende Scheiben 2 und 3. Die obere Scheibe 2 umfasst kreissektorförmige Bereiche 4, die aufeinanderfolgend in entgegengesetzem Sinn gegen die Rotationsebene der Scheibe geneigt sind. Die untere Scheibe 3 weist auf den Flächen einer bestimmten Neigung Öffnungen 5 auf, während die Flächen mit gegensinniger Neigung Vorsprünge 6 aufweisen, die aus dem Material der Scheibe heraus rechtwinklig nach oben gebogen sind.



   Die Wirkungsweise der oberen Scheibe 2 kann man sich so vorstellen, dass das zu behandelnde Medium z. B. an der Oberseite des Sektorenbereiches 4 über die Scheibe hinweggleitet und dann auf die entsprechend der Drehrichtung nächstfolgende Sek  torenfläche    aufprallt. Bei der unteren Scheibe wird in dem Medium eventuell enthaltenes grobstückiges Gut durch die Vorsprünge 6 zerissen. Durch die Öffnungen 5 tritt das Medium von einer Seite der Scheibe auf die andere, so dass sich ein stetiger Wechsel des der Schlagwirkung der Scheibe ausgesetzten Mediums ergibt und dadurch eine starke Förderung der Homogenisierungswirkung erreicht wird.



   Wie aus Fig. 2 hervorgeht, können die Öffnungen und die Vorsprünge natürlich auch getrennt vorgesehen sein. So ist z. B. die obere Scheibe an Sektorenflächen mit gleichem Neigungssinn nur mit Öffnungen versehen, während die Sektorenflächen der unteren Scheibe lediglich normal zu den Flächenbereichen orientierte Vorsprünge aufweisen.



   Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem am Umfang einer Scheibe 7 Zähne 8 vorgesehen sind.



  Hierdurch ergibt sich eine intensive, scherende und dispergierende Wirkung, die zu einer Umwälzströmung des behandelten Mediums in dem Behälter 9 führt. Eine derartige Vorrichtung hat eine intensivere Pumpwirkung als z. B. Kreissägeblätter, da deren am Umfang vorgesehene Zähne immer in der gleichen Spur verlaufen, so dass ihr räumlicher Wirkungsbereich und die kinetische bzw. hydrodynamische Arbeitsleistung gering sind. Sie sind nur sehr beschränkt fähig, in dem Medium, insbesondere wenn dieses höher viskos oder sogar thixotrop ist, eine intensive Pumpwirkung, Umwälzung oder Turbulenz zu erzeugen.

   Demgegenüber wirkt die Vorrichtung gemäss Fig. 3 durch die Kombination des hochfrequenten Wellenschlages, der zentrifugalen Beschleunigung, der Zerscherung und Dispergierung des über den Umfang mit ihren Zähnen hinweggeschleuderten Mediums über einen Bereich, der etwa der axialen Ausdehnung des Umfangsbereiches der Scheibe entspricht. Es ergibt sich dabei eine sehr intensive Pumpwirkung, welche die Umwälzung auch schwer fliessender Medien mit grösseren Verhältnissen des Durchmessers des Behälters zu dem der Scheibe bewirkt.



   Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit einer wellenförmigen Scheibe 10, welche in einem oder in mehreren Sektoren der Faltung runde bzw. ovale axiale Durchbrechungen 11 aufweist. Durch die in der Fig. erkennbare Öffnung 11 dringt das Medium z. B. von der Unterseite der Scheibe 10 über die letztere, worauf sich ein stetiger Wechsel des dem Wel  mensch'ag    der Scheibe ausgesetzten Mediums und dadurch eine starke Förderung der Homogenisierwirkung ergibt. Die Scheibe ist in einen oben offenen Behälter 12 eingesetzt, in dem das zu behandelnde Medium eingefüllt wird. Am Boden des Behälters ist ein Auslass 13 vorgesehen, der durch ein Ventil 14 verschliessbar ist. Dieser Auslass dient zur Entnahme des fertig behandelten Mediums.



   Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Scheibe mit einer Umfangszahnung versehen ist, wobei die Zähne 15 gegeneinander ver  schränkt, z. B. abwechselnd in axialer Richtung in entgegengesetzem Sinne gegenüber der Scheibe verkantet sind.



   Die Zähne können dabei in verschiedener Weise geformt sein.



   Fig. 6 zeigt z. B. eine Zahnung einer Scheibe mit ungefähr gleichseitig dreieckigen Zähnen.



   Die Zahnung gemäss Fig. 7 weist im Drehsinn voreilende Zähne auf, welche eine höhere reissende Wirkung auf das Medium, besonders auf stückige Bestandteile desselben ausüben.



   Fig. 8 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Scheibe 16, die insbesondere zur Verwendung in eng anliegenden Gehäusen geeignet ist.



   Gemäss den Fig. 9 und 10 ist die Scheibe 16 in einem diese eng umschliessenden Gehäuse 17 angeordnet, wobei dieser Behälter mit einem Einlass 18 sowie einem Auslass 19 für das zu behandelnde Medium versehen ist, so dass letzteres das Gehäuse wegen der Förderwirkung der Scheibe 10 durchströmt. Die von der Scheibe ausgehende radiale Strömung wird dann durch den Auslass 19 unter   Über-    druck abgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet man besonders vorteilhaft wenigstens zwei- oder mehrfach gefaltete Scheiben, wobei die Faltlinien bzw. axial äusseren Bereiche der Scheibe auf oder nahe dem Scheibenboden, also ebenfalls nahe dem Behälterboden liegen. Dadurch wird ein optimales Volumen und zugleich eine optimale Füllung der Scheibe erreicht, von der auch die optimale Mengenleistung der Vorrichtung abhängt.

   Die Vorrichtung gemäss den Fig. 9 und 10 weist eine Scheibe mit 8 Sektorenflächen auf, wobei die schraffiert gezeichneten Sektorenflächen 20 das Medium aus dem Gehäuse durch den Auslass 19 hinausschleudern, während die Sektoren 21 infolge des in dem Gehäuse entstehenden Unterdrucks neues Medium durch den Einlass an die Scheibe heranführen, worauf es ebenfalls durch die Sektorenflächen 20 zum Auslass hinausgeschleudert wird.



   Fig. 11 zeigt eine weitere, besonders wirksame Ausführungsform der Erfindung, die ähnlich wie die Vorrichtung gemäss den Fig. 9 und 10 ausgebildet ist, jedoch mit dem Unterschied, dass der Innenmantel des Behälters mit einer Zahnung 22 versehen ist.



  Beim Betrieb der Vorrichtung schleudert die Scheibe das Medium, z. B. grobes, stückiges, faseriges holziges oder plastisches Gut, wie Zellstoff, Kunststoff, Gespinste usw. an den Innenmantel 22 und zerreisst und zerschert es dort, woraufhin es durch den Auslass unter Druck ausgestossen wird.



   Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 11. Man erkennt hierin insbesondere die auswechselbar befestigte Statorzahnung 22 sowie die Zahnung der Rotorscheibe, die vorzugsweise ebenfalls auswechselbar am Rotor befestigt ist.



   Die in Fig. 13 dargestellte Vorrichtung dient als Auflöse- und Dispergiervorrichtung für schwierig zu bearbeitende, sehr zähflüssige, thixotrope oder faserige oder sehr heterogene Gemische,   beispiolsweis    unsortiertes Altpapier oder dergleichen. Diese umfasst eine gefaltete Scheibe 23 mit 8 sektorenförmigen Flächenbereichen, die am Umfang mit einer Zahnung 24 versehen ist. Diese Scheibe ist in einem Käfig 25 angeordnet, dessen Mantel aus koaxialen bzw. gewundenen Stäben 26 besteht und der   am, Ge-    häuse 27 der Vorrichtung auswechselbar befestigt ist.



  An den Stäben 26 des Käfigs 25 sind vorzugsweise einzeln, gruppenweise oder im ganzen auswechselbar Zahnringe 28 befestigt, zwischen denen die Zähne 24 der Rotorscheibe 23 eingreifen, so dass das grobe Medium zwischen den Zahnungen der Rotorscheibe und des Statorkäfigs zerrissen und dispergiert wird.



  Die Zähne an den Stäben des Käfigs können auch fortgelassen sein, so dass das Gemisch im Arbeitsspalt zwischen Rotorzahnung und Statorstäben bearbeitet wird. Durch verschiedenartige, der Struktur des Mediums und dem Bearbeitungszweck angepasste Zahnungen und Abstände zwischen denselben lässt sich jede gewünschte Bearbeitung des Mediums, schonend bis sehr intensiv, gegebenenfalls auch unter Hinzufügung von inerten oder chemischen Zusätzen, Reagenzien, Katalysatoren, Lösungsmitteln, Detergents, Bleich- und Imprägnierstoffen, Gasen, festen oder pulverigen Stoffen usw. erzielen.



   Wie in Fig. 13 dargestellt ist, kann die Leistung der erfindungsgemässen Vorrichtung noch wesentlich gesteigert werden durch eine besondere Ausbildung des die Vorrichtung umschliessenden Behälters, welcher von dem dem Auslass 29 gegenüberliegenden Bereich gegen den Auslass hin einen zunehmenden radialen Abstand vom Umfang der Scheibe aufweist, so dass der Auswurf auch schwer pumpfähiger Medien wesentlich erleichtert ist.



   Die Vorrichtung kann je nach dem Verwendungszweck mit ihrer Drehachse vertikal, horizontal oder in jeder anderen Lage angeordnet sein. Bei manchen Ausführungsformen, z. B. nach Fig. 13, können im unteren Teil der Vorrichtung ein Aufnahmebehälter, nötigenfalls mit einer Vorrichtung zur zeitweisen Entnahme des Inhalts oder der dauernden Abführung desselben für spezifisch schwere Anteile des Gemisches, wie Metallteile, Eisen usw. angeordnet sein, womit gleichzeitig eine Reinigung des Stoffes erfolgt.



   Wie schon oben erwähnt, spielt die zentrifugale Beschleunigung des Mediums, die durch die ein- oder mehrfache Faltung der Scheibe herbeigeführt wird, bei der hohen Intensität der Vorrichtung eine wesentliche Rolle, weil sich vor der rotierenden gefaltenen Scheibe ein im Medium fortgesetzt hochfrequentes Druckwellensystem zylindrischer bis konischer Form bildet, welches sich bis auf einige Distanz vor der Scheibe ausdehnt und mit derselben, dicht vor der Scheibe annähernd mit deren Rotationsgeschwindigkeit und mit wachsender Entfernung von der Scheibe allmählich abnehmender Geschwindigkeit rotiert.

   Die kinetische Leistung der rotierenden, gefaltenen Scheibe setzt sich jedoch, je nach erfindungsgemässer Ausbildung der Scheibe, nach Bedarf  mehr in radialer Richtung von der Peripherie der Scheibe oder gegebenenfalls von den Oberflächen der Faltensektoren ausgehend mehr in axialer Richtung fort. Dabei können alle erforderlichen Verhältnisse der verschiedenen Leistungen der Merkmale der Scheibe in kombinierter Zusammenarbeit eingestellt werden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Behandlung von fliessfähigen Stoffen und Stoffgemischen, gekennzeichnet durch wenigstens eine auf einer Antriebswelle (1) sitzende Scheibe (2), die in Umfangsrichtung mit abwechselnd in verschiedenem Sinne gegen die Rotationsebene geneigten Flächenbereichen (4) versehen ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) so geformt ist, dass die Schnittlinie nach einer Zylindermantelfläche wellenförmig ist.

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) so geformt ist, dass die Schnittlinie nach einer Zylindermantelfläche sägezahnförmig ist.

   3. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbereiche (4) mit Öffnungen (5) versehen sind.

   4. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) nur an Flächenbereichen (4) mit gleichem Neigungssinn angebracht sind.

   5. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbereiche (4) mit messerförmigen oder hakenförmigen Vorsprüngen (6) versehen sind.

   6. Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (6) geschärft oder mit reissenden Spitzen versehen sind.

   7. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (1) mehrere Scheiben (4) im Abstand voneinander angeordnet sind.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang wenigstens einer Scheibe (4) Zähne (15) vorgesehen sind.

   9. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (15) abwechselnd gegeneinander verschränkt sind.

   10. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (4) bzw. die Scheiben (4) in ein Gehäuse (17) eingesetzt sind.

   11. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche des Gehäuses (17) eng, jedoch reibungslos an den Scheibenumfang (16) angrenzt.

   12. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwände des Gehäuses (17) eng an die axial äusseren Bereiche einer benachbarten Scheibe (2) angrenzen.

   13. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel des Gehäuses (17) mit einer Zahnung (22) versehen ist.

   14. Vorrichtung nach UnteranspruchlO, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel des Gehäuses (17) und der Umfang der Scheiben (2) mit zueinander komplementären und ineinandergreifend angeordneten Zahnungen (22) versehen sind.

   15. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass um den Umfang einer Scheibe (23) ein mit Unterbrechungen versehener Statorkäfig (25) angeordnet ist.

   16. Vorrichtung nach Unteranspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotor-Statorkäfigaggregat in einen Behälter (27) eingesetzt ist, dessen radialer Abstand von dem Statorkäfig (25) von einer dem Auslass (29) entgegengesetzten Stelle zu diesem hin zunimmt.