Vorrichtung zum Dispergieren
Die Verarbeitung fester Materialien zu Suspensionen mit einer Teilchengrösse von 1-0, 1 Mikron kann in verschiedenen Einrichtungen erfolgen, von denen die sogenannten Sandmühlen am bekanntesten sind.
Die Dispergierwirkung erreicht man in diesen Vorrichtungen durch kombinierte Stosswirkung und Reibung der Mahlkörper, die in der Suspension intensiv mechanisch in einem senkrechten Gefäss gerührt werden. Wegen des Abriebwiderstandes verwendet man als Rührer Plattenscheiben. Eine bekannte Vorrichtung besitzt ein senkrecht stehendes Gefäss mit einem ebenfalls senkrecht angeordneten Rührer und ein Stutzen für die Zuführung der Suspension. Diese wird über den Stutzen in das Gefäss eingebracht und über ein Sieb durch einen zweiten Stutzen abgeführt.
Durch das Sieb werden die Mahlkörper abgefangen, die im Gefäss verbleiben.
Die Wirkung der Dispergierung ist unter anderem abhängig von der Grösse der Mahlkörper, dem Verhältnis von Mahikörpermenge zur Menge der Suspension, der Viskosität der Suspension und der Intensität des Rührens.
Die Geschwindigkeit des Durchflusses der Suspension durch das Sieb ist direkt abhängig vom Druck und von der Grösse des Siebes und indirekt abhängig von der Viskosität der Suspension.
Bekannt sind Sandmühlen, die nach oben offen sind, so dass die Suspension durch das Sieb lediglich durch die Wirkung des hydromechanischen Druckes durchgedrückt wird, der durch die Rotation des In haltes des Gefässes entsteht.
Es wurde festgestellt, dass die Dispergierung gemäss der Beziehung Ud= 1-(1- Udo)' t-i verläuft, wo Ud = die kumulative Häufigkeit der Teilchen ist, die kleiner sind als die Grösse d, Und0 = die anfängliche, kumulative Menge der disper gierten Teilchen, T = die Zeit der Dispergierung, = = die Zerfaliskonstante.
Es wurde dann weiters auch eine allgemeine Ab hängigkeit zwischen der Konstante A und dem Verhältnis p der Menge der Dispergierkörper zur Sus pensionsmenge abgeleitet (siehe Fig. 3). Für den Abschnitt 0-1 dieser Kurve gilt die Beziehung
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Es wurde festgestellt, dass in einem stehenden Gefäss der Inhalt im ganzen Raum nicht vollkommen durchgemischt ist, so dass am Boden des Gefässes das Verhältnis der Menge der Mahlkörper zur Menge der Suspension wesentlich grösser als im oberen Teil l der Einrichtung ist Dies hat einen sehr ungünstigen Einfluss auf die Intensität der Dispergierung, da optimale Verhältnisse nur in einem Teil des Raumes bestehen.
Die Leistung der bekannten Dispergiervorrichtung ist darum immer kleiner, als dem Optimum entspricht.
Weiter wurde festgestellt, dass beim Einstellen des Rührens die Mahlkörper am Boden sedimentieren.
Beim Inbetriebsetzen des Rührers muss die Einstel lung der Gleichgewichtsbedingungen abgewartet wer den, was Minuten und länger dauern kann und erhöhte Anforderungen an die Leistung des Motors stellt Diese Schwierigkeiten-sind um so grösser, je grö sser die Einrichtung ist.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung soll die angegebenen Nachteile beheben. Sie ist zum Dispergieren von Suspensionen bis zur kolloidalen Feinheit durch Stosswirkung in einer mechanisch gerührten Mischung aus Mahlkörpern und der Suspension bestimmt und besitzt ein mit Abdeckung versehenes zylind, risches Gefäss, das eine mit mindestens einem Rührer versehene Welle sowie einen Stutzen für die Zufuhr der Suspension aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Axen des Gefässes und der Welle waagrecht verlaufen oder eine Neigung von höchstens 450 zur Horizontalen aufweisen, wobei Dichtungsmittel an der Welle vorgesehen sind, um ein Austreten des Gefässinhaltes zu vermeiden.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 das Schema einer bekannten Anlage,
Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemä ssen Vorrichtung,
Fig. 3 ein Diagramm zur oben angegebenen Gleichung (1) und
Fig. 4 bis 6 Schemata für weitere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist schematisch eine bekannte Vorrichtung dargestellt, die aus einem Gefäss 1, einem Rührer 2, einem Stutzen 3 für die Zufuhr der Suspension, einem Sieb 4 und einem Stutzen 5 für die Abfuhr der verarbeitenden Suspension besteht.
Die Suspension wird kontinuierlich durch den Stutzen 3 auf einer Seite des Gefässes 1 zugeführt und über das Sieb 4 im Stutzen 5 auf der anderen Seite abgeführt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss Fig. 2 besteht aus dem Gefäss 1, an dem die Deckel 2 und 11 befestigt sind. Der Deckel 2 ist mit der Stopfbüchse 3, die die Welle abdichtet, und mit dem Stutzen 4 für die Zufuhr der Mahlsuspension versehen.
Am Gefäss befindet sich der Ansatzstutzen 5, in den die Büchse 6 mit dem Sieb 7 und das Rohr 8 für die Abfuhr der gemahlenen Suspension eingesetzt sind.
Auf der Welle 9 sind die Scheiben 10 aufgesetzt, gegebenenfalls auch eine andere Art von Rührern. Die Achse des Gefässes ist waagrecht, eventuell schwach geneigt (Neigung bis 450). Die Intensität des Rührens und damit die spezifische Raumleistung der Einrich- tung kann wesentlich durch Einbau von ein oder zwei feststehenden geraden oder bombierten Scheiben 12 und 13 erhöht werden, die am Gefäss 1 immer zwischen zwei rotierenden Scheiben 10 angeordnet sind, gegebenenfallls mit Armen 14 gemäss den Fig. 4, 5 und o.
Die Einrichtung arbeitet folgendermassen:
In das Gefäss wird durch den Stutzen 4 die gemahlene Suspension zugeführt, die in der Vorrichtung intensiv mit den vorgelegten Körpern durch die Rührscheiben 10 gerührt wird. Nach dem Durchgang durch die Vorrichtung geht die Suspension über das Sieb 7 in den Raum der Büchse 6, aus dem sie durch das Rohr 8 abgeführt wird. Auf dem Sieb werden die Mahlkörper zurückgehalten, die wieder in den Inhalt des Gefässes eingerührt werden. Der Schutz der Stopfbüchse kann in verschiedener Weise erfolgen z. B. gemäss dem tschechoslowakischen Patent Nr. 1011 316.
Die angeführte Vorrichtung kann so betrieben werden, dass das Sieb, durch das die Suspension durchgeht, am Deckel 11 befestigt und gegebenenfalls in Form eines Zylinders in das Gefäss 1 dicht beim Dek kei eingelegt ist. Die Anordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist handhabungsmässig bei der Kontrolle und beim Austausch des Siebes vorteilhaft. Die Vorteile dieser Anordnung sind hauptsächlich folgende: Im ganzen Raum der Einrichtung bestehen für das Dispergieren optimale Bedingungen, so dass eine erhöhte Dispergierwirkung erreicht wird.
Das Durchrühren des Inhaltes der Einrichtung durch den Einfluss der gleichmässigen Sedimentation der Mahlkörper in den einzelnen Mahlzonen ist leich ter, so dass ein Motor geringerer Leistung genügt.
Die spezifische Raumleistung der Einrichtung ist bei weitem weniger abhängig von der Grösse der Einrichtung, wodurch sich praktisch ohne Einschränkung die Möglichkeit ergibt, die Grösse der Einrichtung gemäss der geforderten Leistung zu wählen. Die Einrich tung kann mit Vorteil ; auch zum Dispergieren fester Teilchen bei gleichzeitiger Durchführung der Reaktion der Flüssigkeit mit der festen Phase verwendet werden.
Device for dispersing
The processing of solid materials into suspensions with a particle size of 1-0.1 microns can take place in various facilities, of which the so-called sand mills are the best known.
The dispersing effect is achieved in these devices by the combined impact and friction of the grinding media, which are intensely mechanically stirred in the suspension in a vertical vessel. Plate disks are used as stirrers because of the abrasion resistance. A known device has a vertical vessel with a likewise vertically arranged stirrer and a connection for the supply of the suspension. This is brought into the vessel via the nozzle and discharged through a sieve through a second nozzle.
The grinding media that remain in the vessel are caught by the sieve.
The effect of the dispersion depends, among other things, on the size of the grinding media, the ratio of the amount of grinding media to the amount of suspension, the viscosity of the suspension and the intensity of the stirring.
The speed of the flow of the suspension through the sieve is directly dependent on the pressure and the size of the sieve and indirectly on the viscosity of the suspension.
Sand mills are known which are open at the top, so that the suspension is only pushed through the sieve by the action of the hydromechanical pressure that is created by the rotation of the contents of the vessel.
It was found that the dispersion proceeds according to the relation Ud = 1- (1- Udo) 'ti, where Ud = the cumulative frequency of the particles which are smaller than the size d, Und0 = the initial, cumulative amount of the dispers yawed particles, T = the time of dispersion, = = the decay constant.
A general dependence between the constant A and the ratio p of the amount of dispersing bodies to the suspension amount was then also derived (see FIG. 3). The relationship applies to section 0-1 of this curve
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It was found that in a standing vessel the contents in the entire room are not completely mixed, so that at the bottom of the vessel the ratio of the amount of grinding media to the amount of suspension is much greater than in the upper part of the device. This is very unfavorable Influence on the intensity of the dispersion, as optimal conditions only exist in part of the room.
The performance of the known dispersing device is therefore always less than the optimum.
It was also found that the grinding media sediment on the bottom when the stirring is stopped.
When the stirrer is started up, the equilibrium conditions must be awaited, which can take minutes and longer and place increased demands on the performance of the motor. The larger the facility, the greater the difficulties.
The device according to the invention is intended to remedy the stated disadvantages. It is intended for dispersing suspensions to colloidal fineness by impact in a mechanically stirred mixture of grinding media and the suspension and has a cylindrical vessel with a cover, a shaft equipped with at least one stirrer and a nozzle for supplying the suspension and is characterized in that the axes of the vessel and the shaft run horizontally or have an incline of at most 450 to the horizontal, with sealing means being provided on the shaft in order to prevent the vessel contents from escaping.
In the drawings shows
Fig. 1 is the scheme of a known system,
2 shows an embodiment of the device according to the invention,
Fig. 3 is a diagram for the above equation (1) and
4 to 6 schematics for further embodiments of the device according to the invention.
In Fig. 1, a known device is shown schematically, which consists of a vessel 1, a stirrer 2, a connection 3 for the supply of the suspension, a sieve 4 and a connection 5 for the discharge of the processing suspension.
The suspension is fed continuously through the connection 3 on one side of the vessel 1 and discharged via the sieve 4 in the connection 5 on the other side.
The device according to the invention according to FIG. 2 consists of the vessel 1 to which the lids 2 and 11 are attached. The cover 2 is provided with the stuffing box 3, which seals the shaft, and with the nozzle 4 for the supply of the grinding suspension.
On the vessel there is the connecting piece 5, into which the sleeve 6 with the sieve 7 and the pipe 8 for the removal of the ground suspension are inserted.
The disks 10 are placed on the shaft 9, possibly also another type of stirrer. The axis of the vessel is horizontal, possibly slightly inclined (inclination up to 450). The intensity of the stirring and thus the specific volume of the device can be increased significantly by installing one or two fixed, straight or cambered disks 12 and 13, which are always arranged on the vessel 1 between two rotating disks 10, possibly with arms 14 according to Figs. 4, 5 and o.
The facility works as follows:
The ground suspension is fed into the vessel through the nozzle 4 and is intensively stirred in the device with the bodies presented by the stirring disks 10. After passing through the device, the suspension passes through the sieve 7 into the space of the sleeve 6, from which it is discharged through the pipe 8. The grinding media are held back on the sieve and are then stirred into the contents of the vessel. The stuffing box can be protected in various ways, e.g. B. according to the Czechoslovak patent No. 1011 316.
The stated device can be operated in such a way that the sieve through which the suspension passes is attached to the cover 11 and, if necessary, is inserted in the form of a cylinder into the vessel 1 close to the cover. The arrangement as shown in FIG. 2 is advantageous in terms of handling when checking and replacing the sieve. The advantages of this arrangement are mainly as follows: There are optimal conditions for dispersing in the entire room of the device, so that an increased dispersing effect is achieved.
Stirring the contents of the device through the influence of the even sedimentation of the grinding media in the individual grinding zones is easier, so that a motor with a lower output is sufficient.
The specific space performance of the facility is far less dependent on the size of the facility, which means that there is practically no restriction on the size of the facility to be selected according to the required performance. The device can with advantage; can also be used for dispersing solid particles while carrying out the reaction of the liquid with the solid phase.