DE10139413B4 - Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von pulverförmigen feinst- bis grobkörnigen Substanzen mit mindestens einer Flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von pulverförmigen feinst- bis grobkörnigen Substanzen mit mindestens einer Flüssigkeit Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von pulverförmigen feinst- bis grobkörnigen Substanzen mit mindestens einer Flüssigkeit, bestehend aus einem Füllschacht (12), dem sich eine Mischeinrichtung mit einem Gehäuse (16) und einem kegelstumpfförmigen Rotor (22) anschließt und beide eine ringspaltförmige Dispergierkammer (24) bilden, die mit einem Materialauslaß (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Rotors (22) mindestens im Bereich der Dispergierkammer (24) wenigstens zwei steg- oder paddelförmige Förderelemente (32) angeordnet sind, die im Bereich des Füllschachtes (12) eine größere Höhe aufweisen als im Dispergierkammer- und Auslaßbereich (24, 52).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von pulverförmigen feinst- bis grobkörnigen Substanzen mit mindestens einer Flüssigkeit, bestehend aus einem Füllschacht, dem sich eine Mischeinrichtung mit einem Gehäuse und einem kegelstumpfförmigen Rotor anschliesst und beide eine ringspaltförmige Dispergierkammer bilden, die mit einem Materialauslaß verbunden ist.
  • Aus der DE 127 28 94 B ist eine Vorrichtung zum Mischen eines pulverförmigen Stoffes mit einer Flüssigkeit bekannt. Das Gehäuse dieser Mischvorrichtung weist hierzu einen zylindrischen Einlasskanal für das Pulver auf. In diesem Einlasskanal sorgt ein Ableitkegel, der mit Mischflügeln besetzt ist und der Flüssigkeitszuleitungen aufweist, für den Einzug der beiden Komponenten in die Dispergierkammer. Die Dispergierkammer wird gebildet durch ein Gehäuse und einen in diesem Gehäuse rotierenden Kegelstumpf. Sowohl der Kugelstumpf wie auch der Ableitkegel mit seinen Mischflügeln werden jeweils über getrennt angeordnete Antriebe im Ständerteil der Mischvorrichtung angetrieben. Die kegelförmige Innenfläche des Gehäuses bildet mit dem kegelförmigen Rotor eine kegelstumpfförmige Kammer. Am Ende dieser Kammer sitzen Schaufeln, die zur Abförderung des Gemisches in Richtung einer Auslassleitung sorgen.
  • Aus der DE 10 67 720 C geht eine Vorrichtung zum Durchmischen von keramischen Massen hervor. Die dazu eingesetzte Vorrichtung besitzt einen Fülltrichter, dem sich eine Schnecke anschliesst, die das gegebenenfalls vorzerkleinerte keramische Gut in einen Gutdurchtrittskanal fördert. Dieser Gutdurchtrittskanal verjüngt sich zum Auslass aufgrund der unterschiedlichen Kegelgestaltung zwischen dem Gehäuse und der rotierenden Kegelfläche des Rotors.
  • Eine Vorrichtung zum Homogenisieren und Kneten von plastischen, insbesondere thermoplastischen Massen zeigt die US 2,779,054 . Das bereits als plastische Masse vorliegende, zu bearbeitende Produkt gelangt hier über eine Einlaßöffnung in einen spaltförmigen Behandlungsraum mit gleichmäßiger Spaltweite zwischen Anfang und Ende des Behandlungsraumes. Zum Tansport des Produktes und zur Erhöhung der einzubringenden Mischenergie in den Behandlungsraum sind über einen Teilbereich der Oberfläche des konischen Rotors Rippen mit einer gleichmäßigen Steigung vorgesehen. Am Ende des Behandlungsraumes mit dem größten Querschnitt verzichtet man auf die Rippen zugunsten der Kontaktierung des Produktes mit Luft und der damit verbundenen Kühlung.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von pulverförmigen feinst- bis grobkörnigen Substanzen mit mindestens einer Flüssigkeit dahingehend zu verbessern, dass der in die Mischzone einzubringende Energieeintrag erhöht wird, um die Vermischung und Benetzung der Trockenstoffe mit der Flüssigkeit zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Oberfläche des Rotors mindestens im Bereich der Dispergierkammer wenigstens zwei steg- oder paddelförmige Förderelemente angeordnet sind, die im Bereich des Füllschachtes eine größere Höhe aufweisen als im Dispergierkammer- und Auslaßbereich. Dadurch erhöht sich das Einzugsvolumen für die Trockenstoffe.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet ihren Einsatz bei der Herstellung von Suspensionen aus Feststoffen in Flüssigkeiten für den niedrig- bis hochviskosen Bereich.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Förderelemente als Stege ausgebildet, die im Bereich der Dispergierkammer unter einem Winkel von 15° bis 45° geneigt zur Rotationsachse laufen.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Rotor vom Einlassbereich der Mischvorrichtung bis in den Auslassbereich erstreckt, wobei sich ein verjüngender Ringspalt zwischen dem Einlassbereich und dem Auslassbereich zwischen dem Gehäuse und dem Rotor bildet.
  • Obwohl in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen nicht dargestellt, kann die Form des Rotors nicht nur aus einzelnen unterschiedlichen Kegelflächen sondern auch aus einem der birnenform-ähnlichen Rotationskörper mit gewölbten Flächen bestehen. Um eine kontinuierliche, gleichmäßige Vermischung und Dispergierung der Trocken- und Feststoffe miteinander zu erreichen, erstrecken sich die Förderelemente über die gesamte axiale Länge des Rotors. Zur Verbesserung des Einzugsverhaltens der Trockenstoffe durch den Rotor sind die Förderelemente im Bereich des Füllschachtes um einen Winkel von 15° bis 45° in Drehrichtung geneigt.
  • Da die Misch- und Dispergierintensität unter Druck zunimmt, weist der Rotor entsprechend einer erfindungsgemäßen Weiterbildung unterschiedliche Kegelwinkelbereiche auf.
  • Da die Trockenstoffe möglicherweise agglomeriert sein können, kann es entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein schraubenförmiges Einzugselement, das auch zur Zerkleinerung der Agglomerate dient, im Füllschacht vorgesehen wird. Diese Zerkleinerungsschnecke kann über Schraub- oder Steckverbindungen entweder mit dem Rotor und damit mit dem gleichen Antrieb oder über einen getrennten Antrieb in Rotation versetzt werden.
  • Da die Misch- und Dispergierqualität, die sich am Ende der Vorrichtung ergibt, nicht nur abhängig von der Gestaltung der Misch- und Dispergierzone ist, sondern darüber hinaus auch zu einem gewissen Maß von der Art und Weise der Flüssigkeitszufuhr, ist entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung vorgesehen, dass im Deckel des Gehäuses der Misch- und Dispergiervorrichtung vier bis sechs axial und/oder tangential zur Rotationsachse des Rotors geneigte Einlässe angeordnet sind. Zur Verbesserung des Übergangs der Flüssigkeiten in den Trockenstoff, verleiht man der Flüssigkeit einen Drall, indem man sie entlang des Endbereiches der Außenwandung des Füllschachtes in die Mischzone einleitet. Durch diesen Drall entstehen selbst unter der Zuleitung der Flüssigkeit unter Druck keinerlei Turbulenzen im Eingangsbereich zur Mischkammer, so dass eine homogene Mischphase eingeleitet wird.
  • Aufgrund der Beschleunigung, die dem Trockenstoff ebenso wie der Flüssigkeit mit ca. 1500 – 2500 UpM auferlegt wird, durch den mit beispielweise zwischen 1500 – 2500 UpM rotierenden Rotor, findet eine intensivste Benetzung und Vermischung/Dispergierung der Komponenten statt. Die Mischung wird am Ende des Rotors, an dem dieser seinen größten Querschnitt aufweist, mit Unterstützung der in diesem Bereich angeordneten Stege, aus dem Gehäuse ausgetragen.
  • Die intensive Vermischung/Dispergierung der einzelnen Komponenten geschieht im Bereich des Rotors, in dem die innere Gehäusewand und die entsprechende Kegelstumpffläche des Rotors in einem spitzen Winkel von 3° bis 8° zueinander verlaufen. Unabhängig von dem sich daraus ergebenden sich verjüngenden Abstand der beiden Mischflächen zueinander, bleibt der radiale äußere Abstand der Förderelemente zur inneren Gehäusewand im Bereich der Dispergierkammer konstant.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Teilansicht der Misch- und Dispergiervorrichtung,
  • 2 eine schematische Teilansicht der Misch- und Dispergiervorrichtung mit Einzugs- und Zerkleinerungsschnecke,
  • 3 einen axialen Schnitt des Rotors mit einem Gehäuseausschnitt,
  • 4 eine Draufsicht auf den Rotor.
  • Die 1 zeigt eine Misch- und Dispergiervorrichtung 10 mit einem Füllschacht 12 mit einer trichterförmigen Einlaßöffnung. Der Füllschacht 12 sitzt in einem Deckel 14 eines Gehäuses 16 der Mischvorrichtung 10 und ist mit diesem verschraubt. Im Boden 18 des Gehäuses 16 ist ein radial angeordneter Materialauslaß 20 vorgesehen, über den das Mischgut ausfließt, das in einer Dispergierkammer 24 erzeugt wird. Die Dispergierkammer 24 wird gebildet von einer Innenwand 26 des Deckels 14 und einer Kegelstumpffläche im mittleren Teilbereich 28 eines Rotors 22.
  • Die Innenwand 26 des Deckels 14 und der mittlere Teilbereich 28 des Rotors 22 begrenzen somit einen Ringspalt 30, der sich in Auslaßrichtung verjüngt. Die Innenflächen des Deckels 14 und die kegelstumpfförmige Oberfläche des Rotors 22 verlaufen in diesen Teilbereich 28 beispielsweise unter einem Winkel a (siehe 2) von 5°. Der Abstand der Förderelemente 32, die im Bereich der Dispergierkammer 24 als Stege ausgeführt sind, bleibt gegenüber der Innenwand 26 des Deckels 14 konstant.
  • Der Rotor 22 reicht mit seinem oberen Teilbereich 34 bis in das untere Ende des Füllschachts 12. Hier erstrecken sich die Förderelemente bis dicht an die Wandung des Füllschachts 12. Rotiert der über eine Welle 36 mit einem Antrieb verbundene Rotor, so verhindern die in Richtung der Rotationsachse 38 zum Auslaß fördernden Stege das Eindringen von Flüssigkeit in den Innenraum des Füllschachtes 12. Die Stege sind an der Spitze des Rotors um etwa 45° in Drehrichtung geneigt, um die Einzugswirkung zu verbessern.
  • Eine Abwandlung des in 1 dargestellten Beispiels geht aus 2 hervor. Hier ist im Füllschacht 12 eine Einzugs- und Zerkleinerungsschnecke 40 plaziert, die auf den Rotor 22 aufgesetzt ist. Obwohl im Ausführungsbeispiel Rotor und Schnecke vom gleichen Antrieb in Rotation versetzt werden, können beide Elemente auch mit separaten Antrieben in Verbindung stehen, wodurch eine drehzahlunabhängige Betriebsweise ermöglicht wird. Da die Einzugsschnecke 40 ebenso wie der Rotor mit dem gleichen Antrieb verbunden sind, laufen beide Elemente zum Beispiel mit Umdrehungszahlen von 1500 bis 2000 UpM pro Minute. Die Schnecke 40 ist über eine Schraubverbindung mit dem Rotor verbunden. Der konische Schneckenkern 48 liegt an der Stelle seines größten Querschnitts am Rotor an. Auf dem Schneckenkern sind zwei konische Schneckengänge 50 aufgeschweißt. Der Außendurchmesser der Schneckengänge ist wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Füllschachts 12.
  • Die Flüssigkeitszuführung in 1 und 2 ist identisch. In beiden Darstellungen sind Einlaßrohre 42 in einem Aufsatz 44 des Deckels 14 angebracht. Durch die tangentiale und in Strömungsrichtung geneigte Anordnung der Einlaßrohre erhält die unter Druck zugeführte Flüssigkeit eine Drallwirkung. Somit strömt die Flüssigkeit entlang der äußeren Wand 46 des Füllschachts 12 entlang einer Spirallinie in Richtung Mischkammer 21. Die Zufuhr von Flüssigkeit kann über zwei oder mehrere um den Aufsatz 44 verteilte Einlaßrohre 42 geschehen, wo, sofern erforderlich, auch verschiedenartige flüssige Zusätze eingebracht werden können.
  • Im Auslaßbereich 52 des Rotors 22 verfügt dieser über seinen größten Durchmesser. Die in diesem Bereich angeordneten Förderelemente 32 erzeugen somit eine im Verhältnis zum Mischbereich höhere Zentrifugalströmung und unterstützen eine rückstandsfreie Austragung.
  • Zur Reduzierung der erzeugten Prozeßwärme, die sich auf das Mischgut übertragen würde, sind im Deckel 14 und im Boden 18 Kühlmittelkammern 54, 56 angeordnet. Das durch diese Kammern 54/56 strömende Kühlmittel sorgt deshalb während des unter erheblichem Druck stattfindenden Dispergiervorganges in der Dispergierkammer 24 und dem Auslaßbereich 52 für eine Abkühlung des Mischgutes.
  • Das aus 3 und 4 ersichtliche Ausführungsbeispiel des Rotors 22 verdeutlicht die Anordnung der als Steg dargestellten Förderelemente 32. Im Abstand von beispielsweise 45° sind hier 8 Stege über die Oberfläche des Rotors 22 verteilt. Die Neigung der Stege gegenüber der Rotationsachse 38 ist in einzelnen Wirkungsbereichen des Rotors unterschiedlich. Im Bereich des Rotors mit dem kleinsten Querschnitt sind die Stege um 45° in Drehrichtung geneigt und besitzen ihre größte Höhe. In der Mischkammer 21, in dem die Flüssigkeit dem Trockengut zugegeben wird, erstrecken sich die Stege entlang der Rotationsachse 38 In der Dispergierkammer selbst sind die Stege um 30° zur Rotationsachse geneigt. Im Auslaufbereich verlaufen die Stege achsparallel zur Rotationsachse entlang des gesamten äußeren halbkreisförmigen Querschnitts des Rotors. Die Stege wirken hier als Austragspaddel.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren von pulverförmigen feinst- bis grobkörnigen Substanzen mit mindestens einer Flüssigkeit, bestehend aus einem Füllschacht (12), dem sich eine Mischeinrichtung mit einem Gehäuse (16) und einem kegelstumpfförmigen Rotor (22) anschließt und beide eine ringspaltförmige Dispergierkammer (24) bilden, die mit einem Materialauslaß (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Rotors (22) mindestens im Bereich der Dispergierkammer (24) wenigstens zwei steg- oder paddelförmige Förderelemente (32) angeordnet sind, die im Bereich des Füllschachtes (12) eine größere Höhe aufweisen als im Dispergierkammer- und Auslaßbereich (24, 52).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderelemente (32) als Stege ausgebildet sind, die im Bereich der Dispergierkammer (24) unter einem Winkel (b) von 15° bis 45° geneigt zur Rotationsachse (38) verlaufen.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotor (22) vom Endbereich des Füllschachts (12) bis in den Material-Auslaßbereich (52) erstreckt und dabei in der Dispergierkammer (24) einen sich zum Materialauslaß (20) hin verjüngenden Ringspalt (30) bildet.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Förderelemente (32) über die gesamte axiale Länge des Rotors (22) erstrecken und im Endbereich des Füllschachts (12) unter einem Winkel von 15° bis 45° verlaufen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) mindestens zwei unterschiedliche Kegelwinkelbereiche aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß im Füllschacht (12) eine Einzugs- und Zerkleinerungsschnecke (40) dem Rotor (22) vorangesetzt ist, die über eine Steck- oder Schraubverbindung mit der Antriebswelle verbunden ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) der Misch- und Dispergiervorrichtung (10) aus einem Boden (18) und einem Deckel (14) besteht und zur Zufuhr der Flüssigkeit/keiten axial und/oder tangential zur Rotationsachse (38) geneigte Einlaßrohre (42) im Bereich des Deckels (14) bzw. Mischkammer (21) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem/den Einlaßrohr(en) (42) das untere Ende der Wandung des Füllschachts (12) gegenüberliegt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) im Bereich des Materialauslasses (20) seinen größten mit einer Umfangsrundung versehenen Querschnitt hat und zur Austragung des Mischgutes unterstützende Förderelemente (32) aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzugs- und Zerkleinerungsschnecke (40) vorzugsweise einen konischen Schneckenkern (48) aufweist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzugsschnecke (40) mit dem Rotor (22) verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergierkammer (24) von einer oder mehreren Kühlmittelkammer(n) (54, 56) umgeben ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Gehäuses (16) und die Oberfläche des Rotors (22) im Bereich der Dispergierkammer (24) in einem spitzen Winkel (a) von 3° bis 8° zueinanderstehen.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand der Förderelemente (32) zur Innenwand des Gehäuses (16) im Bereich der Dispergierkammer (24) konstant ist.
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