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Misch- und Emulgiervorrichtung für Flüssigkeiten Die Herstellung von
beständigen Emulsionen sowie Gemischen von besonderer Feinheit für die chemische
und pharmazeutische Industrie bereitet trotz vorhandener hochentwickelter Rühr-,
Misch- und Mahlvorrichtungen noch erhebliche Schwierigkeiten und erfordert oft eine
lange Bearbeitungszeit. Vielfach sind die Ergebnisse unbefriedigend, wenn in dem
Gemenge auch feste und pastenförmige Bestandteile enthalten sind, die selbst durch
hochtourige Rühr- und Mischeinrichtungen allein nicht genügend aufgeschlossen werden
und somit in der Mischung nicht in der Schwebe gehalten werden können.
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Da die bekannten Misch- und Rührvorrichtungen die ausschließlich
auf dem Prinzip einer intensiven Durchwirbelung arbeiten, sich insbesondere dann
als unzureichend erwiesen haben, wenn feste und pastöse Bestandteile mit zu verarbeiten
waren, sind im Laufe der Zeit Vorrichtungen entwickelt worden, die außer einer Durchwirbelung
auch eine Zerschlagung und nach Möglichkeit auch eine Zerreibung der mit einer Flüssigkeit
zu mischenden Bestandteile bewirken sollen.
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So ist bereits eine Vorrichtung bekannt, die in das Mischgut eingetaucht
wird und die aus einem feststehenden äußeren Eintauchzylinder mit Austrittskanälen
sowie einem darin drehbaren Innenzylinder mit Schleuderöffnungen besteht. Die aus
den Schleuderöffnungen heraustretende Flüssigkeit prallt dabei gegen die Innenwand
des Eintauchzylinders, wodurch ein Zerschlagen der festen und pastösen Bestandteile
bewirkt werden soll. Beim Austreten der Flüssigkeit aus den Austrittskanälen wird
gleichzeitig eine gewisse Durchwirbelung erzielt. Das Herausschleudern der Flüssigkeit
durch die Wandöffnungen des Innenzylinders erfolgt durch Schaufelräder, die auf
einer mittleren Querwand des Zylinders angeordnet sind. Durch diese bekannte Vorrichtung
wird also gleichzeitig eine gewisse Durchwirbelung und auch eine geringfügige Zerschlagung
der festen Be standteile erreicht. Ein Zerreiben derselben findet nicht statt. Ein
gewisses Zerreiben wird jedoch bei einer anderen bekannten Vorrichtung erzielt,
bei der in einem feststehenden äußeren Kegelstumpf mit Austrittsöffnungen ein innerer
Kegelstumpf mit Schleuderkanälen angeordnet ist, der mit geringem Spiel in dem feststehenden
Kegelstumpf umläuft. Außer dem Zerreiben wird auch eine, wenn auch nur geringe Prallwirkung
erzielt, wenn die aus den Schleuderkanälen austretende Flüssigkeit auf die Innenwandung
des feststehenden Kegelstumpfes auftrifft.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Misch-
und Emulgiervorrichtung zu schaffen, mit der gleichzeitig sowohl eine starke Prallwirkung
als auch eine sehr weitgehende Reib- und Mahlwirkung als auch eine gute Durchwirbelung
erreicht werden kann, und zwar ohne daß die eine Wirkung gegenüber der andern vernachlässigt
wird, wie dies bei den bisher bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Diese Aufgabe
wird bei einer Misch- und Emulgiervorrichtung, die aus einem äußeren, oben und unten
offenen, feststehenden Eintauchzylinder mit Austrittskanälen und einem hierin mit
möglichst geringem Spiel drehbar angeordneten offenen Innenzylinder mit Schleuderöffnungen
besteht, dadurch gelöst, daß die Austrittskanäle im Außenzylinder in Form senkrechter,
gleichmäßig über den Zylindermantel verteilter Schlitzkanäle in übereinanderstehenden
Gruppen derart angeordnet sind, daß die Summen der Durchlaßquerschnitte der Schlitzöffnungen
der einzelnen Gruppen verschieden groß, aber jeweils kleiner als die verbleibenden
Wandungsflächen sind. Vorzugsweise bilden die senkrechten Schlitzkanäle im Außenzylinder
mit der Zylinderwand - in der Drehrichtung des Innenzylinders gesehen - einen spitzen
Winkel.
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Durch diese Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich
eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bisher bekannten Mischvorrichtungen.
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Durch die Anordnung der Schlitzkanäle des Außenzylinders in mehreren
übereinanderstehenden Gruppen, in denen die Schlitzkanäle jeweils gleichmäßig über
den Zylindermantel verteilt sind, wobei in jeder Gruppe ein anderer Gesamtdurchströmquerschnitt
vorgesehen ist als in den übrigen Gruppen, wird die ganze Vorrichtung in mehrere
Abteilungen von unterschiedlicher Reib-, Mahl- und Prallwirkung aufgeteilt.
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Dadurch ist es möglich, in einer dieser Abteilungen die Reib- und
Mahlwirkung bei verringerter Prall-bzw. Schleuderwirkung zu erhöhen, während in
einer anderen Abteilung die Reib- und Mahlwirkung verringert und dafür die Prall-
bzw. Schleuderwirkung
erhöht werden kann. In jeder Abteilung sind
jedoch die Schlitzkanäle so bemessen, daß die Summe ihrer Durchströmquerschnitte
kleiner ist als die verbleibende Wandungsfläche. Dadurch wird auf jeden Fall eine
große Reib- und Mahlfläche auf der Innenseite des feststehenden Zylinders sichergestellt,
an welcher der Innenzylinder mit kleinstmöglichem Spiel vorbeigleitet, so daß selbst
bei verhältnismäßig großem Gesamtdurchströmquerschnitt eine intensive Reib- und
Mahlwirkung gewährleistet ist. Gleichzeitig wird durch die starke Reibwirkung auch
eine allmähliche Erwärmung des Mischgutes hervorgerufen, wodurch das Lösen und insbesondere
ein Emulgieren wesentlich gefördert wird. Ferner wird durch die Anordnung der senkrechten
Schlitzkanäle im Außenzylinder derart, daß sie - in der Drehrichtung des Innenzylinders
gesehen - mit der Wand des Außenzylinders einen spitzen Winkel bilden, eine wesentlich
verstärkte Prallwirkung erzielt. Das aus dem Innenzylinder herausgeschleuderte Mischgut
trifft dadurch nämlich praktisch senkrecht auf jeweils eine Seitenwand der Schlitzkanäle
auf. Schließlich erfährt die Gesamtwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch
dadurch eine wesentliche Erhöhung bzw. Verbesserung, daß an Stelle der bisher allgemein
üblichen zylindrischen Austritts- und Schleuderkanäle nunmehr ausschließlich senkrechte
Schlitzkanäle verwendet werden, die jeweils etwa die Länge der zugehörigen Abteilung
der Vorrichtung erreichen können.
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Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
der Beschreibung der Zeichnung, in der die Erfindung an Hand eines schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert ist. Es zeigt Abb. 1 eine Vorrichtung, in einen Mischbehälter
eingetaucht, in Ansicht und teilweise in axialem Schnitt durch einige Schlitzkanäle,
Abb. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II und Abb. 3 einen Querschnitt nach Linie
III-III in Abb. 1.
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Die Vorrichtung weist einen massiven äußeren feststehenden Zylinder
4 auf, der oben und unten offen ist. In dem Zylinder 4 sind zwei übereinanderstehende
Gruppen von senkrechten Schlitzkanälen vorgesehen.
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Die Schlitzkanäle der oberen Gruppe sind mit 5 und die der unteren
Gruppe mit 6 bezeichnet. In jeder dieser beiden Gruppen sind die Schlitze gleichmäßig
auf dem Zylinderumfang verteilt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben
die oberen Schlitze 5 eine Breite, die etwa dem vierten Teil der Breite der unteren
Schlitze 6 entspricht, während die Anzahl der oberen Schlitze 5 doppelt so groß
ist wie die der unteren Schlitze. Da alle Schlitze gleich lang sind, haben die oberen
Schlitze also einen Gesamtdurchströmquerschnitt, der etwa dem halben Gesamtdurchströmquerschnitt
der unteren Schlitze entspricht. Der Gesamtdurchströmquerschnitt jeder Gruppe von
Schlitzkanälen ist jeweils kleiner als die zwischen denselben verbleibenden Mantelflächen.
Die Schlitzkanäle5 und 6 verlaufen nicht radial. In der Drehrichtung des inneren
rotierenden Zylinders 7 gesehen. bilden sie mit der Wandung des Zylinders 4 spitze
Winkel (Abb. 2 und 3). Der innere Zylinder 7 weist senkrechte Schleuderkanäle 8
auf, die radial verlaufen und in ebenfalls zwei übereinanderstehenden Gruppen gegenüber
den Schlitzkanälen 5, 6 angeordnet sind.
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Der feststehende Zylinder 4 wird durch kräftige, am Umfang angeordnete
Stangen 9 gehalten, während die mittlere Antriebswelle 10 den rotierenden Innenzylinder
7 antreibt. Der Zylinder 7 läuft mit möglichst geringem Spiel in dem Zylinder 4,
so daR zwischen
den aufeinandergleitenden Wandungsflächen der beiden Zylinder eine
intensive Reib- und Mahlwirkung gewährleistet ist. Der rotierende Zylinder 7 ist
in an sich bekannter Weise durch eine mittlere Querwand 11 in zwei Kammern 12, 13
unterteilt, die über Bohrungen 14 in der Querwand miteinander in Verbindung stehen.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:
Die ganze Vorrichtung ist in einen mit Mischgut gefüllten Behälter 15 eingetaucht
und kann in bekannter Weise der Höhe nach im Behälter verstellt werden. Durch das
Umlaufen des inneren Zylinders 7 wird das Mischgut von oben und von unten in die
Kammern 12 und 13 eingesaugt und durch die Schlitzkanäle 8 nach außen geschleudert.
In der unteren Abteilung (Abb. 3) wird dabei das Mischgut vornehmlich gegen die
geneigten Wandungsteile 6a geschleudert, auf die es nahezu senkrecht auftrifft,
und dabei zerschlagen und vermischt. Da die Schlitzkanäle 6 verhältnismäßig weit
sind, tritt keine wesentliche Stauung ein, so daß in der unteren Abteilung das Mischgut
schnell verarbeitet wird. Selbstverständlich wird dabei auch ein gewisser Teil des
Mischgutes zwischen die aufeinandergleitenden Wandungsteile der beiden Zylinder
gedrückt, wobei etwa mitgenommene feste Teilchen vollkommen zerrieben werden.
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Das in die obere Kammer 12 eingesaugte Mischgut kann nach kurzer
Laufzeit der Vorrichtung infolge des hohen Durchsatzes der unteren Stufe als durch
diese Stufe vorgemischt angesehen werden. Das Mischgut wird vor den schmaleren Schlitzkanälen
5 gestaut und in erster Linie zwischen den aufeinandergleitenden Wandungsteilen
der beiden Zylinder 4 und 7 zerrieben. Selbstverständlich erfolgt auch beim Aufprallen
des Mischgutes auf die entsprechenden Wandungsteile der Schlitzkanäle 5 ein gewisses
Zerschlagen, wenn auch in geringerem Maße als in der unteren Abteilung. In den Schlitzkanälen
5 wird dem Mischgut durch den Staudruck eine erhöhte Geschwindigkeit erteilt, so
daß bei seinem Austritt aus den Schlitzkanälen eine gute Durchwirbelung erfolgt.
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Da der Durchsatz in der oberen Abteilung geringer ist als in der
unteren Abteilung, ist es im Hinblick auf eine planmäßige Zirkulation des Mischgutes
von Vorteil, wenn ein Teil des in die Kammer 12 einge saugten Mischgutes unmittelbar
durch die Bohrungen 14 in der Querwand 11 in die Kammer 13 eintreten kann. Auf diese
Weise wird die Kammer 13 auch von oben gespeist, und es wird dadurch vermieden,
daß sich zwei getrennte, in sich geschlossene Kreisläufe für die beiden Abteilungen
bilden. Die Pfeilangaben in Abb. 1 kennzeichnen den Strömungsverlauf, die in Abb.
2 und 3 die Drehrichtung des inneren Zylinders.
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Wie bereits erwähnt und aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind in
beiden Abteilungen der dargestellten Vorrichtung die Schlitzkanäle so bemessen,
daß die Summe ihrer Durchströmquerschnitte in einer Abteilung kleiner ist als die
Fläche der in dieser Abteilung verbleibenden Wandungsteile. Dadurch wird bei dem
feststehenden Zylinder 4 ein so große innere Fläche beibehalten, daß zwischen dieser
und der Außenfläche des Zylinders 7 eine beträchtliche Reib- und Mahlwirkung gewährleistet
ist, und zwar auch in der unteren Abteilung, in welcher der Gesamtdurchströmquerschnitt
größer ist als in der oberen Abteilung. Da der innere Zylinder 7 in dem äußeren
Zylinder 4 mit klein -stem Spiel geführt ist, wird beim Zerreiben des Mischgutes
zwischen den beiden Zylindern zugleich eine all-
mähliche Erwärmung
des Mischgutes erreicht, wodurch das Mischen und besonders das Emulgieren ge fördert
wird.
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Selbstverständlich kann eine Aufteilung der ganzen Vorrichtung auch
in mehr als zwei Abteilungen erfolgen. Zweckmäßig weist dann die unterste Abteilung
den größten Gesamtdurchströmquerschnitt der Schlitzkanäle im Außenzylinder auf und
die oberste den geringsten. Wesentlich ist, daß dabei auch in der untersten Abteilung
der Gesamtdurchströmquerschnitt der Schlitzlranäle kleiner ist als die in dieser
Abteilung verbleibende Wandungsfläche.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden alle für die Herstellung
von beständigen Emulsionen und Gemischen von besonderer Feinheit erforderlichen
Voraussetzungen erfüllt, nämlich ein zugkräftiges Zerschlagen, ein weitgehendes
Zerreiben und eine gute Durchwirbelung. Dadurch, daß alle diese Arbeitsgänge in
einer Vorrichtung erfolgen, ist nicht nur ein einwandfreies Enderzeugnis gewährleistet,
sondern es wird gleichzeitig auch eine wesentliche Zeitersparnis erzielt.
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PA T E NT .V S P R C A E: 1. Misch- und Emulgiervorrichtung für Flüssigkeiten,
auch im Gemenge mit festen und pastenförmigen Bestandteilen, bestehend aus einem
äußeren, oben und unten offenen, feststehenden Eintauchzylinder mit Austrittskanälen
und einem hierin mit möglichst geringem Spiel drehbar angeordneten offenen Innenzylinder
mit Schleuderöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskanäle im Außenzylinder
(4) in Form senkrechter, gleichmäßig über den Zylindermantel verteilter Schlitzkanäle
(5, 6) in übereinanderstehenden Gruppen derart angeordnet sind, daß die Summen der
Durchströmquerschnitte der Schlitzöffnungen der einzelnen Gruppen verschieden groß,
aber jeweils kleiner als die verbleibenden Wandungsflächen sind.