DE3517879C2

DE3517879C2 -

Info

Publication number: DE3517879C2
Application number: DE3517879A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Kaufm. Dr. Montana Ch Karg
Original assignee: Ytron Dr Karg GmbH
Current assignee: Ytron Process Technology GmbH and Co KG
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1985-05-17
Publication date: 1990-02-22
Also published as: EP0201767A3; US4729663A; EP0201767A2; DE3517879A1; DE3679935D1; EP0201767B1; ATE64691T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zyklon-Mischvorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.

Es sind mehrere Vorrichtungen bekannt, welche zur Lösung des Problems, schwer aufschließbare Dickungsmittel und Stabilisatoren in eine kolloidale Lösung bzw. Disper sion oder Suspension zu bringen, eingesetzt wurden.

Beispielsweise ist ein Dispergiergerät bekannt, bei welchem die Problemstoffe chargenweise bearbeitet werden. Bei dieser Vorrichtung, bei welcher die zur Dispergierung notwendigen Scherkräfte durch einen Zahnkranz erzeugt werden, ist nachteilig, daß eine beherrschbare Passagen folge des pulverigen Stoffes durch das Dispergier aggregat nicht erreicht wird. Es liegen Trockenprodukt anteile vor, die unnötigerweise mehrmals durch die Dis pergiereinrichtung passieren, so daß deren Struktur zu stark beansprucht und zerschlagen wird. Andere Pulveran teile hingegen werden nicht oder weniger oft durch den Dispergierkopf geschleust, so daß sie nicht oder zu gering aufgeschlossen werden, um ihre Wirksamkeit entfalten zu können. Mit dieser Vorrichtung ist es nicht möglich, exakt wiederholbare Ergebnisse zu erzielen.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt, bei der schwer aufschließbare Dickungsmittel und/oder Stabilisatoren diskontinuierlich in einem Mischer mit der Flüssigkeit mehr oder weniger gut vermischt werden. Das unzureichend benetzte Trockenprodukt wird anschließend in einem In-Line Dispergiergerät kolloidal aufgeschlossen und desagglome riert. Bei der zwangsweisen Durchführung durch die Dis pergiereinrichtung wird zwar ein hinreichend gut disper giertes Endprodukt erreicht, wobei jedoch die Charge insgesamt nicht ausreichend homogen ist, da das Durch laufgerät mit Klumpen und Agglomeraten beschickt wird. Demzufolge ist auch das dispergierte Endprodukt in seiner Konzentration uneinheitlich. Um eine hinreichend homogene Charge zu erreichen, muß der Dispergierprozeß notwendiger weise wiederholt werden. Hierzu muß die Charge in einem Kreislauf über einen Behälter mit einem Strahlmischer (zum gleichmäßigen Suspendieren) geschickt werden. Auch hier besteht durch den wiederholten Produktumlauf die Gefahr, daß die Lösung überbeansprucht wird. Die Molekular kette der aufzuschließenden Stoffe wird zerschlagen, so daß die Viskosität und die damit verbundene Bindekraft wesentlich verringert werden.

Für Dickungsmittel ist weiterhin eine Misch-Vorrichtung bekannt, bei welcher die Trockenprodukte über einen Injektor in die Flüssigkeit eingesaugt werden. Diese Vorrichtung hat ihre Anwendbarkeitsgrenze dann, wenn nicht gut fließ fähige Pulver eingesetzt werden sollen oder wenn hohe Konzentrationen erforderlich sind. Darüber hinaus kann mit einem Injektor allenfalls erreicht werden, daß Primärteilchen-Agglomerate benetzt werden. Ein kolloidales Aufschließen jedes einzelnen Teilchens ist nicht möglich.

In einer weiteren Mischvorrichtung werden aus einer Aufgabe-Einrichtung Trockenstoffe dosiert in eine Löse kammer gefördert. In der Lösekammer werden die Trocken produkte mit der ebenfalls in der Menge regulierten Flüssigkeit zwangsweise zusammengeführt. Mit diesem Verfahren werden zwar hohe Konzentrationen im In-Line- Prozeß erreicht, jedoch werden auch hier die Trocken produkte nicht ausreichend aufgeschlossen. Mit dieser Konstruktion ist es auch nicht möglich, überhaupt zu dispergieren.

Eine Verbesserung wird mit der Mischvorrichtung nach der DE-OS 32 43 671 erreicht, wobei es mit dieser Konstruk tion gelingt, eine kontinuierliche Vorrichtung zum Mischen pulvriger Stoffe mit Flüssigkeiten vorzuschlagen, mit welcher auch besonders schwer aufschließbare Dickungs mittel und Stabilisatoren zuverlässig zu einer homogenen kolloidalen Lösung bzw. Dispersion bzw. Suspension ver arbeitet werden können. Bei dieser Vorrichtung wird an der Aufgabe-Einrichtung vorgesehen, daß zwischen dem Aufgaberohr und der Mischkammerwand derart Strömungs- Leitflächen angeordnet sind, daß eine im Drehsinn der tangential eintretenden Flüssigkeit nach unten gerichtete Strömungsablenkung herbeigeführt wird. Die hohe Disper sionswirkung dieser Konstruktion wird vor allem auch dadurch erreicht, daß radial außerhalb des Pumpenrades ein rotierendes Schaufelrad angeordnet ist, wobei der Drehsinn und die Winkelgeschwindigkeit des Pumpenrades und des rotierenden Schaufelrades übereinstimmen, und daß zwischen dem Pumpenrad und dem rotierenden Schaufelrad wenigstens ein rotierender und ein feststehender Zahn kranz ohne radiale Zwischenräume eingefügt sind, wobei die Zähne der beiden Zahnkränze jeweils zinnenartig ausge bildet und in einem Zahnkranz nach oben und im anderen Zahnkranz nach unten ausgerichtet sind.

Bei dieser Mischvorrichtung wurde zweifelsohne besonderer Wert auf die wirkungsvolle Ausgestaltung der Dispergier einrichtung gelegt. Infolge der hierzu vorgesehenen, um fangreichen Maßnahmen zur Erreichung eines hohen Disper gierwirkungsgrades müssen zwangsläufig gewisse Abstriche in der Höhe des am Auslauf zu erreichenden maximalen Volumenstromes gemacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zyklon-Mischvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche trotz der sich gegensätzlich beein flussenden Parameter, hoher Dispergierungsgrad einerseits und großer Durchsatz andererseits, eine qualitativ sehr gute und quantitativ sehr große Leistungsausbeute erbringt und dabei äußerst einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichnungs teils des Patentanspruches 1 gelöst.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dispergiereinrichtung der Zyklon-Mischvorrichtung als relativ zum Pumpenrad feststehender Lamellenkranz ausgebildet ist, welcher gleichmäßig über den Umfang verteilte Prall-Lamellen aufweist, die sich im wesent lichen in radialer Richtung nach außen erstrecken und deren innenliegende Endabschnitte der radial äußeren Begrenzung des Pumpenrades unmittelbar benachbart ange ordnet sind.

Mit einer derartigen Vorrichtung wird insoweit eine Lö sung des Problems gefunden, als einerseits am Auslauf aus der Mischkammer eine ausgezeichnet dispergierte Lösung er halten wird und als andererseits der dort anliegende Volumenstrom sehr groß ist. Gleichzeitig ist die Kon struktion vom Aufbau her überraschend einfach. Dieser Vorteil wird u. a. auch dadurch erhalten, daß die Prall- Lamellen bevorzugt eben ausgebildet sind. Die aus dem Bereich des Pumpenrades herausgeschleuderten, noch nicht hinreichend dispergierten Trockenprodukte werden gegen eine Innenwand einer Lamelle oder mehrfach gegen die Innenwände zweier benachbarter Lamellen geschleudert, so daß ein Agglomerat aufgebrochen wird und ausreichend benetzt werden kann.

In der Grundform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß sich die Prall-Lamellen im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Je nach der Konsistenz des zu dispergierenden Stoffes kann vorgesehen sein, daß die Prall-Lamellen um einen spitzen Winkel α gegenüber der radialen Richtung verschwenkbar sind. Bei äußerst schwer aufschließbaren Trockenprodukten sind die Prall- Lamellen aus der radialen Richtung um einen spitzen Winkel α in Drehrichtung des Pumpenrades geschwenkt. Dies hat zur Folge, daß die aus dem Pumpenradbereich herausgeschleuderten Partikel unter einem weniger spitzen Winkel gegen die Prall-Lamellen auftreffen, so daß der Wirkungsgrad der Dispersion erhöht wird.

Wenn in einer Mischvorrichtung grundsätzlich leichter auf schließbare Dickungsmittel und/oder Stabilisatoren verar beitet werden sollen, sind die Prall-Lamellen des aus tauschbaren Lamellenkranzes aus der radialen Richtung ent gegen der Drehrichtung um einen spitzen Winkel α geneigt. In diesem Fall werden noch agglomerierte Partikel unter einem sehr spitzen Winkel gegen die Lamelleninnenwände ge schleudert, so daß nach wie vor eine ausreichende Disper gierwirkung vorhanden ist, daß aber gleichzeitig ein er höhter Durchsatz erreicht wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß sich die Prall-Lamellen in dem zum Pumpenrad benach barten Bereich über die Pumpenrad-Basisscheibe, auf welcher die Flügel des Pumpenrades befestigt sind, hinaus erstrecken. Damit wird ein stetiger Übergang der im unteren Bereich der Mischkammer vom Pumpenrad in den Lamellen-Kranz strömenden Lösung erreicht.

In der Grundform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Lamellenkranz und das Pumpenrad im wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet sind. Insbesondere dann, wenn der Lamellenkranz eine größere Höhenerstreckung aufweist als das Pumpenrad, kann die Höhenlage zwischen dem Lamellenkranz und dem Pumpenrad variiert werden. In diesem Fall ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Basisring des Lamellenkranzes, auf welchem die Prall-Lamellen be festigt sind, tiefer angeordnet ist als das Pumpenrad. Diese Ausführungsform kann einen zusätzlichen Disper gierungseffekt dahingehend bringen, daß die Zentrifugal strömung von dem höher angeordneten Pumpenrad über eine Art Stufe auf den tiefer angeordneten Basisring des Lamellenkranzes hinunterströmen muß.

Da die Prall-Lamellen gemäß der Erfindung im wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet sind und da der zwischen den Prall-Lamellen ausströmende Volumenstrom im wesentlichen in radialer Richtung aus dem Lamellen kranz austritt, ist es aus strömungsmechanischen Gründen günstig, den Auslauf aus der Mischkammer im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Prall-Lamellen auszu richten.

Ebenfalls aus strömungsmechanischen Gesichtspunkten kann es vorteilhaft sein, die radial weiter innen liegenden Abschnitte der Prall-Lamellen auf einem höheren Niveau anzuordnen als die radial weiter außen liegenden. Vorzugs weise sind hierbei die radial weiter innen liegenden Abschnitte der Prall-Lamellen auf der gleichen Ebene wie das Pumpenrad vorzusehen.

Schließlich kann es ein wichtiges Kriterium, um eine ausreichende Dispergierung zu erreichen, sein, daß der Abstand zweier benachbarter Prall-Lamellen geringer ist als deren radiale Erstreckung. Gerade bei schwer aufschließbaren Trockenprodukten kann dieses Merkmal von großer Bedeutung sein, da es in jedem Fall wichtig ist, eine ausreichende Anzahl von Prall-Flächen vor zusehen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Zyklon- Mischvorrichtung;

Fig. 2 eine Schnittansicht der Zyklon-Misch vorrichtung gemäß der Linie II-II nach Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Überganges zwischen Pumpenrad und Prall-Lamellen sowie

Fig. 4 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch den Lamellenkranz und durch das Pumpenrad.

Gemäß Fig. 1 weist die Zyklon-Mischvorrichtung 1 eine Aufgabe-Einrichtung 3 auf, durch welche das pulverförmige Trockenprodukt in die unterhalb der Aufgabe-Einrichtung vorgesehene Mischkammer 5 eingeführt wird. Zur Zufuhr der Flüssigkeit ist im oberen Bereich der Mischkammer 5 ein tangential in die Mischkammer mündendes Ansaugrohr 7 vorgesehen. Im unteren Teil der Mischkammer 5 befindet sich das Pumpenrad 9, welches von der als Lamellenkranz 11 aus gebildeten Dispergiereinrichtung umgeben ist. Das Pumpenrad 9 ist im wesentlichen auf gleicher Höhe wie der Lamellen kranz 11 angeordnet, so daß die Zentrifugalströmung vom Pumpenrad 9 im wesentlichen horizontal durch die von den Prall-Lamellen 13 gebildeten Kanäle den Lamellenkranz 11 durchströmen kann. Nach dem Austreten aus dem Lamellen kranz 11 wird die Lösung durch einen gemeinsamen Auslaß 15 aus der Mischkammer abgeführt. Der Lamellenkranz 11 ist an der Wandung der Mischkammer befestigt und somit gegen über dem Pumpenrad 9 feststehend angeordnet. Der Lamellen kranz 11 ist ebenso wie das Pumpenrad 9 austauschbar.

In Fig. 2 ist die konzentrische Anordnung des Lamellen kranzes 11 und des Pumpenrades 9 in der Mischkammer 5 in vergrößertem Maßstab herausgezeichnet. Im Betriebs fall dreht das Pumpenrad 9 wie mit dem Pfeil 17 verdeut licht, entgegen dem Uhrzeigersinn. Die im unteren Be reich der Mischkammer 5 befindliche Zentrifugalströmung wird durch die spiralenförmig angeordneten Flügel 19 des Pumpenrades 9 in den feststehenden Lamellenkranz 11 nach außen gedrückt. Dabei treffen die in der Strömung befind lichen, noch nicht dispergierten Partikel gegen die Prall- Lamellen 13 und werden dort aufgespalten. Die dispergierte Lösung wird am Außenumfang des Lamellenkranzes zusammenge führt und durch den Auslaß 15 abgeleitet.

Aus Fig. 2 ist insbesondere ersichtlich, daß die Prall- Lamellen 13 gleichmäßig über den Umfang des Lamellenkranzes 11 verteilt sind und daß sich diese im wesentlichen in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die innenliegen den Endabschnitte der Prall-Lamellen sind der radial äußeren Begrenzung des Pumpenrades 9 unmittelbar benach bart angeordnet. Aus dieser Darstellung geht auch hervor, daß die Prall-Lamellen 13 eben ausgebildet sind. Durch den Auslaßstutzen 15 wird die dispergierte Lösung in tan gentialer Richtung aus der Mischkammer 5 ausgeführt.

In Fig. 3 sind zwei voneinander verschiedene Bahnen darge stellt, auf welchen aus dem Pumpenrad 9 herausgeschleu derte Partikel durch den Lamellenkranz hindurchgeführt, während des Durchganges aufgespalten und anschließend ausgeführt werden. Beispielsweise trifft ein noch agglome rierter Partikel gemäß der Bahn 21 auf die Prall-Lamelle 13 auf, wird dort aufgespalten und gelangt dann weiter auf der Bahn 21 aus dem Lamellenkranz 11 heraus. Wie durch die Bahn 23 verdeutlicht wird, ist es auch möglich, daß Partikel, die in etwas mehr tangentialer Richtung aus dem Pumpenrad 9 ausgedrückt werden, mehrfach auf die Wände von zwei benachbarten Prall-Lamellen 13 auftreffen. Auch in diesem Fall ist trotz mehrfacher Dispergierungswirkung noch ein sehr guter Gesamtdurchsatz durch den Lamellenkranz ge währleistet. Die Wirkung der Dispergierung kann auch dadurch beeinflußt werden, daß der gegenseitige Abstand der zwei benachbarten Prall-Lamellen 13 variiert wird. Gemäß Fig. 3 ist dieser Abstand kleiner gewählt als die radiale Er streckung der benachbarten Prall-Lamellen 13. Damit wird sichergestellt, daß aus dem Pumpenrad 9 herausgeschleuderte Partikel wenigstens einmal auf eine Prall-Lamelle auftreffen müssen.

Gemäß Fig. 4 ist eine besondere Anordnung des Lamellen kranzes 11 zum Pumpenrad 9 insoweit dargestellt, als sich die Prall-Lamellen 13 des Lamellenkranzes 11 in dem zum Pumpenrad 9 benachbarten Bereich über die Pumpenrad-Basisscheibe 27 hinaus erstrecken. Die Höhen erstreckung der Prall-Lamellen 13 und der Flügel 19 des Pumpenrades 9 sind in etwa gleich groß. Der Basisring 25 des Lamellenkranzes 11 befindet sich in etwa auf gleicher Höhe wie die Pumpenrad-Basisscheibe 27.

Dadurch, daß die Prall-Lamellen 13 den äußeren Endab schnitt der Pumpenrad-Basisscheibe 27 überlappen, wird ein kontinuierlicher Übergang der Strömung vom Pumpenrad 9 auf den Lamellenkranz 11 gewährleistet.

Claims

1. Zyklon-Mischvorrichtung zum kontinuierlichen Mischen eines dispersen Feststoffes mit einer Flüssigkeit, mit einer Auf gabe-Einrichtung für den Feststoff, mit einer unterhalb der Aufgabe-Einrichtung angeordneten Mischkammer, mit einem tan gential in den oberen Bereich der Mischkammer mündenden An saugrohr für die Flüssigkeit, mit einem eine vertikale Welle aufweisenden und als Pumpenrad ausgebildeten Rotor zur Er zeugung einer Zentrifugalströmung, mit einem mit dem Rotor zusammenwirkenden Stator und mit einem Auslauf aus der Misch kammer, wobei der Rotor, der Stator und der Auslauf im unte ren Bereich der Mischkammer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator als Lamellenkranz (11) ausgebildet ist, der gleichmäßig über den Umfang verteilte Prall-Lamellen (13) aufweist, die sich im wesentlichen in radialer Richtung nach außen erstrecken und deren innenliegende Endabschnitte der radial äußeren Begrenzung des Pumpenrades (9) unmittelbar benachbart sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prall-Lamellen (13) eben ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prall-Lamellen (13) um einen spitzen Winkel (α) gegenüber der radialen Richtung verschwenkbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Prall-Lamellen (13) in dem zum Pumpenrad (9) benachbarten Bereich über die Pumpenrad-Basis scheibe (27), auf welcher die Flügel (19) des Pumpen rades (9) befestigt sind, hinaus erstrecken (Fig. 4).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellenkranz (11) und das Pumpenrad (9) im wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellenkranz (11) eine größere Höhener streckung aufweist als das Pumpenrad (9).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisring (25) des Lamellenkranzes (11), auf welchem die Prall-Lamellen (13) befestigt sind, tiefer angeordnet ist als das Pumpenrad (9).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prall-Lamellen (13), welche dem Auslauf (15) aus der Mischkammer (5) benachbart sind, im wesent lichen in der gleichen Richtung wie der Auslauf (15) ausgerichtet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial weiter innenliegenden Abschnitte der Prall-Lamellen (13) auf einem höheren Niveau angeordnet sind als die radial weiter außenliegenden.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier benachbarter Prall- Lamellen (13) geringer ist als deren radiale Er streckung.