WO1993012871A1 - Verfahren zum dispergieren, vermischen bzw. homogenisieren von mischungen sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

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    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings

Definitions

  • the process according to the invention essentially consists in introducing the dispersion or emulsion to be homogenized into a rotating grinding chamber which is at least partially filled with grinding media and delimited by at least two rotatable wall elements, and in that the dispersion to be homogenized or emulsion transverse to the axis (s) of rotation of the wall elements through the Annulus is moved or passed through. Because the dispersion or emulsion to be homogenized is introduced into a rotating grinding chamber which is at least partially filled with grinding media and delimited by at least two rotatable wall elements, a mixing zone is formed between the rotating wall elements, which overall has a relatively large partial area with small dimensions an intensive mixing guaranteed.
  • the partial area of intensive mixing between the rotating partial areas of the grinding chamber or mixing chamber is formed by an annular surface which is essentially normal to the axes of rotation.
  • the division plane and thus the zone of the most intensive mixing can also lie in a surface which corresponds to the lateral surface of a cone.
  • the mixing or swirling depends on the relative speed that exists between adjacent areas of the mixing space or grinding space. If the wall surfaces rotate in opposite directions, this relative speed and thus the dispersing action become particularly high, although overall attention should also be paid to a resulting centrifugal force in the grinding chamber in order to separate the grinding media.
  • the method can therefore advantageously be carried out in such a way that the mixing operation is carried out between wall elements rotating relative to one another at different speeds and / or directions of rotation.
  • a good separation of the grinding media from the dispersed or homogenized mixture without complex separation technology can be achieved in that the dispersion or emulsion to be homogenized is conveyed through the grinding chamber counter to the direction of movement of the grinding media caused by the centrifugal force.
  • Intensive mixing in which a shear stress can optionally be dispensed with, can be achieved with a design of the device in which the axes of rotation of the wall elements are arranged inclined relative to one another and adjoin one another including an obtuse angle. If such a device is operated with the same speed and the same direction of rotation of the wall elements, in particular disks, the relative movement of the wall elements is reduced to a cyclical crushing, which creates a flexing effect, which naturally can also be superimposed on shear stress at interfaces. if differences in speed or direction of rotation are permitted.
  • the design is preferably such that the angle between the axes of rotation of the wall elements is infinitely adjustable.
  • the device for dispersing, mixing or homogenizing solid / liquid or liquid / liquid mixtures consists of a housing, generally designated 1, in which a first wall element 2 in the form of a half-shell can be rotated about an axis of rotation 3 by a not shown provided drive is stored.
  • the shell-shaped wall element 2 defines, with a second, also rotatably mounted, shell-shaped wall element 4, a grinding chamber 5 designed as an annular space, the grinding chamber being indicated by dashed lines in the second half of the drawing by 5 'to illustrate the symmetrical design.
  • the second wall element 4 is also driven to rotate about the axis 3 by a drive, not shown. Storage for the wall element 4 in the housing 1 is indicated by 6. With the first rotating wall element 2 is the outside of the second wall element
  • the two shell-shaped wall elements 2 and 4 delimiting the grinding chamber 5 rotate about the common axis 3 at different speeds and / or different directions of rotation.
  • Via a feed line or a connection 11 the material to be mixed or the solid / liquid and / or liquid / liquid mixtures enters the gap 12 between the outer wall 13 of the second wall element 4 and the inner wall 14 of the part connected to the first wall element 2 7, wherein in this gap 12 a strong shear stress of the introduced material is caused by the elements 4 and 7 rotating at different speeds and / or different directions of rotation.
  • the material then passes through a slot or a feed opening 15 into the grinding chamber or annular space 5, in which up to 75% by volume of grinding media, not shown, with an effective diameter of less than 0.5 mm are arranged, around which To disperse, mix or homogenize the supplied materials.
  • the supplied material is exposed to shear and mixing stresses in that the two wall elements 2 and 4 delimiting or defining the grinding chamber are driven at different speeds and / or different directions of rotation, resulting in a mixing surface which in the is essentially formed by a circular area.
  • the correspondingly mixed or homogenized material is drawn off via a gap 16 facing the axis of rotation 3 between the rotating wall elements and applied via an axial channel 17.
  • Throttling devices are provided in the axial channel 17 for regulating or controlling the flow in order to achieve a desired result.
  • the function of the inlet and outlet openings 15 and 16 can be inverted if the parameters are appropriately selected during mixing or homogenization .
  • a shell-shaped wall element 2 is in turn about an axis of rotation 3 by a Drive (not shown in more detail) is driven to a rotary movement.
  • a Drive (not shown in more detail) is driven to a rotary movement.
  • the wall element 2 in turn, a part 7 overlapping the second wall element 4 is connected in a rotationally fixed manner, only the bearings 10 being indicated.
  • the second shell-shaped wall element has a rotation axis 18 which is different from the axis of rotation 3 of the first wall element 2 and which forms an obtuse angle with the axis of rotation 3.
  • MahlSystemchen be fugalkraft by Zentri ⁇ turn in the rota ' tion axes 3 or. 18 distant areas of the grinding chamber 5 moves, the cross-sectional area tapering to different extents again in turn immediately upon entry of the material to be mixed or. to homogenize material in the grinding chamber 5, there is a particularly heavy load by the grinding media 19.
  • the angle between the axes of rotation 3 and 18 can be infinitely adjustable up to a maximum value, starting from a position of the axes 3 and 18 in alignment with one another.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Dispergieren, Vermischen bzw. Homogenisieren von fest/flüssigen und/oder flüssig/flüssigen Mischungen, wird die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion in einen rotierenden, zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllten und von wenigstens zwei rotierbaren Wandelementen (2, 4) begrenzten Mahlraum (5) eingebracht, wobei die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion quer zu der Rotationsachse (3) der Wandelemente (2, 4) durch den Mahlraum (5) hindurchgeleitet wird. Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Mahlraum (5), in welchem Mahlkörper angeordnet sind, ist der Mahlraum (5) von wenigstens zwei Wandelementen (2, 4) begrenzt, welche rotierbar antreibbar sind, wobei der Mahlraum (5) an seinen der Rotationsachse (3) zugewandten und abgewandten Seiten wenigstens eine Zuführungs- und/oder eine Ableitungsöffnung (15, 16) aufweist.

Description

Verfahren 7.u DJsnsrσierftn. Vermischen bzw. Homogenisieren von Mischunge snwip Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah¬ rens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Disper- gieren. Vermischen bzw. Homogenisieren von fest/flüssigen und/oder flüssig/flüssigen Mischungen sowie auf eine Vor¬ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Mahl¬ raum, in welchem Mahlkörper angeordnet sind.
Gemäß einem älteren Vorschlag nach der österreichischen Anmel¬ dung A 2384/90 (AT-PS ) wurde bereits eine Vorrichtung für das Mischen, Homogenisieren oder Umsetzen von wenigstens zwei Komponenten bekannt, bei welcher auf gesonderte Misch¬ werkzeuge verzichtet werden konnte. Es wurde somit abweichend von bekannten Rührwerken, welche in einen Behälter eintauchen, bei diesem älteren Vorschlag darauf abgezielt, das zu ver¬ mischende Gut selbst relativ zueinander in Bewegung zu ver¬ setzen, so daß an einander angrenzenden Teilbereichen eine starke Relativbewegung des zu mischenden Gutes zueinander aus¬ gebildet wird. Die auf diese Weise ausgebildete Mischzone sollte dabei dazu führen, daß eine weitestgehend homogene Vermischung im Bereich der Mischzone eintritt. Zur Variation des Mischergebnisses wurde darüberhinaus vorgeschlagen, die Mischzone durch Verändern des Volumens des rotierenden Be¬ hälters unter Druck zu setzen, wobei die Anwendung eines derartigen Kompressionsdruckes insbesondere im Hinblick auf die Möglichkeit, gewünschte chemische Umsetzungen von einzel¬ nen Komponenten miteinander zu erzielen, von Bedeutung war. Ein kontinuierlicher Betrieb war bei dem älteren Vorschlag dadurch möglich, daß das gemischte Gut in Achsrichtung des Behälters, d.h. in Richtung der Rotationsachse abgezogen werden konnte, wobei der Teilbereich, in welchem die inten¬ sivste Vermischung stattfand, auf die einander gegenüber- liegenden Stirnflächen von entgegengesetzt gerichteten, offe¬ nen, zylindrischen Behältern beschränkt war. Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der ein¬ gangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei ge¬ ringen baulichen Abmessungen die Mischzone wesentlich ver¬ größert werden kann und weiters die Möglichkeit geschaffen wird, die Homogenisierung auch bei Verwendung von schwer mit¬ einander mischbaren Substanzen, insbesondere bei fest/flüs¬ sigen Mischungen und flüssig/ lüssigen Mischungen, zur Erzie¬ lung einer Dispersion bzw. einer Emulsion zu verbessern . Gleichzeitig soll mit dem er findungs gemäßen Verfahren die Möglichkeit geschaffen werden, einer bei der Herstellung der¬ artiger Dispersionen gegebenenfalls auftretenden Klumpen¬ bildung wirkungsvoll entgegenzutreten und Agglomerationen kleinster Größe sicher zu zerteilen . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll neben einer sicheren Vermischung auch eine Naßvermahlung und eine intensive Dispergierung dann gelingen, wenn Flüssigkeiten relativ hoher Viskosität zum Einsatz gelangen und bei üblichen Naßmahlverfahren bedingt durch die hohe Viskosität sich die Trennbarkeit der Mahlkörper von den lüssigen Komponenten schwierig gestaltet . Erfindungsgemäß soll somit gleichzeitig trotz hoher Viskosität eine sichere und einfache Abtrennung von Mahlkörpern gelingen und dies auch dann, wenn Mahlkörper mit extrem kleinem Durchmesser und extrem geringen Dichteunterschieden zur herzustellenden Dispersion zum Einsatz gelangen. Durch die Verwendbarkeit von Ausgangsmaterialien mit höherer Viskosität sollen auch Kon¬ zentrate verarbeitet werden können, wodurch der Mengen¬ durchsatz, beispielsweise bei der Herstellung von verdünnbaren Farbstoffen auf Kunstharzpigmentbasis, wesentlich verringert werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Ver¬ fahren im wesentlichen darin, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion in einen rotierenden, zumindest teil¬ weise mit Mahlkörpern gefüllten und von wenigstens zwei rotierbaren Wandelementen begrenzten Mahlraum eingebracht wird, und daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion quer zu der (den) Rotationsachse(n) der Wandelemente durch den Ringraum bewegt bzw. hindurchgeleitet wird. Dadurch, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion in einen rotierenden, zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllten und von wenigstens zwei rotierbaren Wandelementen begrenzten Mahl¬ raum eingebracht wird, wird eine Mischzone zwischen den rotierenden Wandelementen ausgebildet, welche insgesamt bei kleinen Abmessungen einen relativ großen Teilbereich einer intensiven Durchmischung gewährleistet. Gleichzeitig wird durch die wenigstens teilweise Füllung des Mahlraumes mit Mahlkörpern eine intensive Naßvermahlung sichergestellt, wobei an der Grenzfläche zwischen den rotierenden Bereichen des Mahlraumes eine intensive Beschleunigung der Mahlkörper und Durchmischung erfolgt. Durch die Rotation der rotierbaren Wandelemente und damit die Rotation des Mahlraumes wird gleichzeitig auf die Mahlkörper eine Zentrifugalkraft aus¬ geübt, welche dazu führt, daß die Mahlkörper sich auf größerem Durchmesser des Mahlraumes mit großem Druck gegeneinander bewegen und daher in diesem Teilbereich des Mahlraumes ein hoher Kompressionsdruck und damit ein verbessertes Naßmahl¬ ergebnis erzielt wird. Gleichzeitig mit dieser gerichteten Bewegung der Mahlkörper in Richtung der Zentrifugalkraft wird aber nun auch die Separation der Mahlkörper von der herge¬ stellten Emulsion bzw. der hergestellten Dispersion verbes¬ sert, so daß beispielsweise an der dieser Kompression der Mahlkörper gegenüberliegenden Seite des Mahlraumes auf geringerem Durchmesser das fertige Mischgut in einfacher Weise abgezogen werden kann, ohne daß es hier üblicher Separations¬ techniken, wie beispielsweise der Verwendung von Filtern oder Sieben, welche zur Verstopfung neigen, bedarf. Es kann somit die Separation der Mahlkörper von der Dispersion bzw. der Emulsion durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich ver¬ bessert werden, wobei diese Verbesserung unter anderem darin liegt, daß auf die Verwendung von Sieben oder Filter beim Abzug der Mischung verzichtet werden kann, wozu das erfin- dungsgemäße Verfahren so durchgeführt wird, daß die zu homo¬ genisierende Dispersion bzw. Emulsion quer zu der (den) Rotationsachse(n) der Wandelemente durch den Mahlraum bewegt bzw. hindurchgeleitet wird.
Der Teilbereich der intensiven Durchmischung zwischen den rotierenden Teilbereichen des Mahlraumes bzw. Mischraumes wird bei relativ zueinander rotierenden Wandelementen von einer Ringfläche gebildet, welche im wesentlichen normal auf die Rotationsachsen steht. Bei entsprechender Ausbildung der rotierenden Wandelemente kann aber die Teilungsebene und damit die Zone der intensivsten Vermischung auch in einer Fläche liegen, welche der Mantelfläche eines Kegels entspricht. Die Vermischung bzw. Durchwirbelung hängt von der relativen Ge¬ schwindigkeit ab, die zwischen angrenzenden Bereichen des Mischraumes bzw. Mahlraumes besteht. Bei gegenläufiger Rota¬ tion der Wandflächen wird diese relative Geschwindigkeit und damit die Dispergierwirkung besonders hoch, wobei insgesamt noch auf eine resultierende Zentrifugalkraft im Mahlraum zur Abtrennung der Mahlkörper geachtet werden soll. Mit Vorteil kann daher das Verfahren so durchgeführt werden, daß der Mischvorgang zwischen relativ zueinander mit voneinander ver¬ schiedener Drehzahl und/oder Drehrichtung rotierenden Wand¬ elementen vorgenommen wird.
Die Rotationsachsen der relativ zueinander rotierbaren Wand¬ elemente können voneinander verschieden sein und im wesent¬ lichen parallel zueinander verlaufen, wodurch eine gewisse Exzentrizität der Rotationsbewegung in Relation zur Grenz¬ fläche zwischen den relativ zueinander rotierenden Teilchen und damit eine besonders intensive Vermischung erzielt werden kann.
Wenn die Rotationsachsen geneigt zueinander verlaufen, kann darüberhinaus eine Walkwirkung zur Verbesserung der Durch¬ mischung über die gesamte radiale Erstreckung des Mahlraumes erzielt werden. Bei -Verwendung von Wandelementen mit zueinander geneigten Rotationsachsen können die Wandelemente mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher Drehrichtung angetrieben werden, wodurch sich ergibt, daß trotz geringer Relativbewegung zwischen den Scheiben bzw. Wandelementen und Mahlgut eine Totalbewegung des Mahlgutes - Mahlkörpergemisches bei jeder Umdrehung produziert wird. Das bedeutet, daß die Energie-Einbringung optimal erfolgen kann und gerade bei Verarbeitung von höher viskosen Massen die Gefahr örtlicher Überhitzung nicht besteht. Die Möglichkeit, beide Wandelemente mit gleichen Drehzahlen antreiben zu können und trotzdem einen optimalen Mahl/Mischeffekt zu erreichen, bedeutet auch eine wesentliche Vereinfachung des gesamten Aufbaues und verbessert letztendlich die zentrifugale Wirkung auf alle Mahlkörper.
Dabei wird bevorzugt das Verfahren so durchgeführt, daß das Mischgut bzw. Mahlkörper-Mahlgutmischung mit gleicher Rota¬ tionsgeschwindigkeit wie die beiden Wandelemente in Rotation versetzt wird, und daß das Mischgut bzw. die Mahlkör¬ per/Mahlgutmischung bei jeder Umdrehung wenigstens einmal in Richtung zur Drehachse und einmal in Richtung von der Drehachse weg bewegt wird. Insgesamt ergibt sich dadurch, daß die Relativbewegung zwischen Mahlkörper/Mahlgut und den antreibenden Scheiben bzw. Wandelementen in Richtung der Drehbewegung praktisch Null ist und die ausschließliche Misch- und Mahlwirkung durch den Verschub des Gemisches in radialer Richtung wirksam wird. Es gelingt dadurch, ausschließlich in Abhängigkeit der gemeinsamen Drehzahl dieser Scheiben, die Anpreßkräfte und Trennwirkung einzustellen.
Zur Vereinfachung der Dichtung und zur Vereinfachung der Kon¬ struktion einer entsprechenden Vorrichtung können die Rota¬ tionsachsen aber ohne weiteres auch koaxial zueinander ange¬ ordnet sein. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, auch außerhalb des durch die rotierbaren Wandelemente begrenzten Mahlraumes eine zusätzliche Möglichkeit der Vorvermischung unter hoher Scherbeanspruchung zu schaffen. Zu diesem Zweck wird mit Vorteil das erfindungsgemäße Verfahren so durch¬ geführt, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion vor dem Eintritt in den Mahlraum einer Scherbeanspruchung zwischen rotierenden Flächen an der Außenseite der Wand¬ elemente des Mahlraumes unterworfen wird, wobei eine derartige Verfahrensführung unter Verwendung einer konstruktiv relativ einfachen Vorrichtung eine zusätzliche intensive Vermischung ergibt.
Eine gute Separation der Mahlkörper vom dispergierten bzw. homogenisierten Mischgut ohne aufwendige Separationstechnik läßt sich dadurch erzielen, daß die zu homogenisierende Dis¬ persion bzw. Emulsion entgegen der durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen Bewegungsrichtung der Mahlkörper durch den Mahlraum gefördert wird.
Mit Vorteil kann das zu homogenisierende bzw. dispergierende Gut in radialer Richtung von außen nach innen zugeführt, wobei das Verfahren in besonders einfacher Weise kontinuierlich so durchgeführt werden kann, daß das homogenisierte Gemisch über einen axialen Kanal abgezogen wird. Um die entsprechenden Druckbedingungen und Strömungsverhältnisse einzustellen, kann der Abfluß über den axialen Kanal entsprechend gedrosselt wer¬ den. Insgesamt ergibt sich durch die Möglichkeit, auch die Drehzahlen und/oder die Drehrichtung der relativ zueinander rotierenden -Wandelemente über weite Bereich frei zu wählen, und die Möglichkeit der Einstellung der jeweiligen Strömungs¬ geschwindigkeit und Druckverhältnisse eine Anpaßbarkeit an un¬ terschiedliche Ausgangsmaterialien und es gelingt ein Homoge¬ nisieren und Vermischen auch von schwer mischbaren, hoch vis¬ kosen Substanzen bei gleichzeitiger Verbesserung der Homogeni¬ sierung und der Feinverteilung bzw. Dispersion. Dabei wird be¬ vorzugt so vorgegangen, daß der Mahlraum zu maximal 75 Vol.-%, vorzugsweise 60 Vol.-%, mit Mahlkörpern eines wirksamen Durch¬ messers von kleiner 0,5 mm, vorzugsweise kleiner 0,1 mm, be¬ füllt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver¬ fahrens, welche insbesondere unter geringem Platzbedarf und bei geringem konstruktiven und anlagentechnischen Aufwand die Anpaßbarkeit an unterschiedlichste Ausgangsmaterialien bei gleichzeitig verbesserter Homogenisierung und Vermischung ge¬ währleistet, ist mit Vorteil so ausgebildet, daß der Mahlraum von wenigstens zwei Wandelementen begrenzt ist, welche rotier¬ bar antreibbar sind und daß der Mahlraum an seinen der (den) Rotationsachse(n) zugewandten und abgewandten Seiten wenig¬ stens eine Zuführungs- und/oder eine Ableitungsöffnung auf¬ weist. Die Zuführungsöffnung kann hiebei an der radial außen¬ liegenden Stirnwand des Mahlraumes angeschlossen sein, wobei die Ableitungsöffnung in einem achsnahen Bereich in einen axialen Kanal münden kann. Beide dieser Öffnungen können in besonders einfacher Weise von sich über den Umfang des Mahlraumes erstreckenden Schlitzen gebildet sein, wobei die Ausbildung mit Vorteil so getroffen ist, daß die Schlitze in einer gemeinsamen, im wesentlichen auf die Rotationsachse(n) der Wandelemente normal stehenden Teilungsebene des Mahlraumes liegen. Bei einer derartigen Ausbildung ergibt sich eine relativ große Zone der intensiven Durchmischung bei gleich¬ zeitig geringen Abmessungen im Bereich der zwischen den rotie¬ renden Teilbereichen definierten Ringfläche. Anstelle der Aus¬ bildung eines Schlitzes im achsnahen Bereich als Ableitungs¬ öffnung durch entsprechende axiale Fortsätze der Wandelemente kann naturgemäß die Ableitungsöffnung direkt von einem in wenigstens einem Wandelement ausgebildeten axialen Kanal aus- gebildet sein, wobei in diesem Kanal entsprechende Drossei- mittel vorgesehen sein können. Der Mahlraum weist im all¬ gemeinen eine kreisförmige äußere Umfangsfläche auf und ist für den Fall der Ausbildung mit schlitzförmiger Öffnung im achsnahen Bereich als Torus oder Ringraum ausgebildet.
Eine weitere Verbesserung der Einstellbarkeit der Druck¬ verhältnisse und der Intensität der Naßvermahlung läßt sich naturgemäß dann erzielen, wenn die Mahlkörper bei ihrer Bewe¬ gung in Richtung der Zentrifugalkraft einer besonders hohen Annäherung aneinander unter gleichzeitiger Erhöhung der in Annäherung aneinander wirksam werdenden Druckkräfte unter¬ worfen werden. Dies gelingt mit Vorteil durch eine konstruk- tive Ausgestaltung, bei welcher der von den Wandelementen des Mahlraumes begrenzte Mahlraum sich in einer wenigstens eine Rotationsachse enthaltenden Querschnittsebene quer zu dieser Rotationsachse im Querschnitt verjüngend ausgebildet ist. Bei der Bewegung der Mahlkörper in einen derartigen sich ver¬ jüngenden Konus entsprechend der Zentrifugalkraft wird eine intensive Durchmischung auch außerhalb der Fläche, in welcher die Durchmischung in erster Linie stattfindet, über den ge¬ samten Querschnitt des Mahlraumes sichergestellt, wodurch die Homogenisierungswirkung und die Zerteilung kleinster Agglo- merate noch besser gelingt.
Mit Vorteil ist die Ausbildung so getroffen, daß die Wand¬ elemente von Halbschalen gebildet sind, welche um eine gemein¬ same Achse rotierbar gelagert und mit gesonderten Antrieben verbunden sind, wodurch sich ein einfacher Aufbau bei ein¬ facher Lagerung ergibt. Mit Vorteil wird an der Außenseite des Mischraumes bzw. Mahlraumes eine Vorvermischung unter Anwen¬ dung hoher Scherkräfte dadurch möglich, daß die Ausbildung so getroffen ist, daß ein Wandelement mit einem das zweite Wand¬ element unter Ausbildung eines Spaltes übergreifenden Teil drehfest verbunden ist und daß die Zuleitung in diesen Spalt münde .
Eine intensive Durchmischung, bei der gegebenenfalls auf eine Scherbeanspruchung verzichtet werden kann, läßt sich mit einer Ausbildung der Vorrichtung erzielen, bei welcher die Rota¬ tionsachsen der Wandelemente relativ zueinander geneigt ange¬ ordnet sind und unter Einschluß eines stumpfen Winkels anein¬ ander anschließen. Wenn eine solche Vorrichtung mit gleicher Drehzahl und gleicher Drehrichtung der Wandelemente, insbe¬ sondere Scheiben, betrieben wird, reduziert sich die Relativ¬ bewegung der Wandelemente auf eine zyklische Quetschung, wodurch ein Walkeffekt entsteht, welchem naturgemäß auch eine Scherbeanspruchung an Grenzflächen überlagert werden kann, wenn Drehzahl- bzw. Drehrichtungsunterschiede zugelassen werde . Für eine weitere Einstellbarkeit und Anpaßbarkeit der Bedin¬ gungen an unterschiedliche Mischungen ist die Ausbildung be- vorzugt so getroffen, daß der Winkel zwischen den Rotations¬ achsen der Wandelemente stufenlos verstellbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu¬ tert. In dieser zeigen: Fig.l einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig.2 eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung mit Wandelementen mit zueinander geneigten Rotations¬ achsen.
In Fig.l ist hiebei nur eine Hälfte der rotationssymme¬ trischen Ausbildung der Vorrichtung im Schnitt dargestellt, wobei sich die Gesamtvorrichtung durch Spiegelung an der ge¬ meinsamen Achse der zwei den Mahlraum begrenzenden Wand¬ elemente ergibt.
Die Vorrichtung zum Dispergieren, Vermischen bzw. Homoge¬ nisieren von fest/flüssigen oder flüssig/flüssigen Mischungen besteht aus einem allgemein mit 1 bezeichneten Gehäuse, in welchem ein erstes Wandelement 2 in Form einer Halbschale um eine Rotationsachse 3 rotierbar durch einen nicht näher dar¬ gestellten Antrieb gelagert ist. Das schalenförmige Wand¬ element 2 begrenzt mit einem zweiten, ebenfalls rotierbar gelagerten schalenformigen Wandelement 4 einen als Ringraum ausgebildeten Mahlraum 5, wobei zur Verdeutlichung der symme¬ trischen Ausbildung der Mahlraum mit 5' in der zweiten Hälfte der Zeichnung strichliert angedeutet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das zweite Wandelement 4 ebenfalls um die Achse 3 durch einen nicht näher dargestellten Antrieb zu einer Rotation angetrieben. Eine Lagerung für das Wandelement 4 im Gehäuse 1 ist mit 6 angedeutet. Mit dem ersten rotierenden Wandelement 2 ist ein die Außenseite des zweiten Wandelementes
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4 übergreifender Teil 7 drehfest verbunden, wie dies mit 8 angedeutet ist, wobei die Lagerungen für das erste Wandelement 2 bzw. den damit verbundenen Teil 7 mit 9 und 10 angedeutet sind.
Die zwei schalenformigen, den Mahlraum 5 begrenzenden Wand¬ elemente 2 und 4 rotieren dabei um die gemeinsame Achse 3 mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder unterschiedlicher Dreh¬ richtung. Über eine Zuleitung bzw. einen Anschluß 11 gelangt das zu vermischende Material bzw. die fest/flüssigen und/oder flüssig/flüssigen Mischungen in den Spalt 12 zwischen der Außenwand 13 des zweiten Wandelementes 4 und der Innenwand 14 des mit dem ersten Wandelement 2 verbundenen Teiles 7, wobei in diesem Spalt 12 eine starke Scherbeanspruchung des einge¬ brachten Materials durch die mit unterschiedlicher Geschwin¬ digkeit und/oder unterschiedlicher Drehrichtung rotierenden Elemente 4 und 7 hervorgerufen wird. Darauf gelangt das Mate¬ rial über einen Schlitz bzw. eine Zuführungsöffnung 15 in den Mahlraum bzw. Ringraum 5, in welchem bis zu 75 Vol.-% nicht dargestellte Mahlkörper mit einem wirksamen Durchmesser von weniger als 0,5 mm angeordnet sind, um das Dispergieren, Vermischen oder Homogenisieren der zugeführten Materialien zu unterstützen. Auch im Mahlraum 5 wird das zugeführte Material einer Scher- und Mischbeanspruchung dadurch ausgesetzt, daß die zwei den Mahlraum begrenzenden bzw. definierenden Wand¬ elemente 2 und 4 mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder unterschiedlicher Drehrichtung angetrieben sind, wodurch sich eine Mischfläche ergibt, welche im wesentlichen von einer Kreisfläche gebildet ist. Das entsprechend vermischte bzw. homogenisierte Material wird über einen der Rotationsachse 3 zugewandten Spalt 16 zwischen den rotierenden Wandelementen abgezogen und über einen axialen Kanal 17 ausgebracht. Die Spalte 15 und 16, welche die Zuführungs- und Ableitungsöffnung für das zu mischende bzw. zu homogenisierende Material defi- nieren, liegen dabei in einer gemeinsamen auf die Rotations¬ achse 3 normal stehenden Ebene. Der Mahlraum 5 weist einen vom achsnahen Bereich der Ablei¬ tungsöffnung 16 zum achsfernen Bereich der Zuleitungsöffnung 15 konisch verjüngenden Querschnitt auf, so daß unterstützt durch die durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene Bewegungs¬ richtung der Mahlkörper im Mahlraum bzw. Ringraum 5 im Bereich des Eintrittes eine hohe Mahlkörperdichte im Mahlraum 5 vorliegt. Gleichzeitig kann durch die dargestellte Anordnung der Zuleitungs- und Ableitungsöffnungen im Bereich der Ablei¬ tungsöffnung 16 auf- Filter oder Siebe od.dgl. zur Abtrennung der Mahlkörper verzichtet werden, da durch die Zentrifugal¬ kraft die Mahlkörper wirkungsvoll in Richtung von der Achse 3 wegbewegt werden, so daß selbst für den Fall, daß der Durch¬ trittsquerschnitt des Spaltes bzw. der Ableitungsöffnung 16 größer ist als die Teilchengröße der Mahlkörper selbst bei hoher Viskosität der zu mischenden Materialien ein Austreten der Mahlkörper mit Sicherheit auf Grund der hohen Umdrehungs¬ geschwindigkeiten und der Beanspruchungen vermieden wird. Für eine Regelung bzw. Steuerung des Durchflusses zur Erzielung eines gewünschten Ergebnisses sind im axialen Kanal 17 nicht näher dargestellte Drosseleinrichtungen vorgesehen.
Für den Fall, daß die zwei Wandelemente 2 und 4 voneinander unterschiedliche, zueinander parallele Rotationsachsen auf¬ weisen, ergibt sich eine exzentrische Bewegung des einen Wand¬ elementes relativ zum anderen, so daß insbesondere auch eine entsprechende Verengung und Erweiterung des Spaltes 12 zwischen der Außenfläche des Wandelementes 4 und der Innen¬ fläche des rotierenden Teiles 7 erzielbar ist.
Für den Fall, daß die zu homogenisierenden bzw. disper- gierenden Mischungen ein größeres spezifisches Gewicht als die Mahlkörper aufweisen, kann bei entsprechender Wahl der Para¬ meter bei der Durchmischung bzw. Homogenisierung die Funktion der Zu- und Ableitungsöffnungen 15 bzw. 16 invertiert werden.
Bei der Ausbildung gemäß Fig.2 ist wiederum ein schalen- förmiges Wandelement 2 um eine Rotationsachse 3 durch einen nicht näher dargestellten Antrieb zu einer .Drehbewegung ange¬ trieben. Mit dem Wandelement 2 ist wiederum ein das zweite Wandelement 4 übergreifender Teil 7 drehfest verbunden, wobei nur die Lager 10 angedeutet sind. Abweichend von der Ausfüh- rungsform gemäß Fig.l weist das zweite schalenförmige Wand¬ element eine von der Rotationsachse 3 des ersten Wandelementes 2 verschiedene Rotationsachse 18 auf, welche mit der Rota¬ tionsachse 3 einen stumpfen Winkel einschließt. Durch die ge¬ neigte Anordnung des zweiten Wandelementes 4 relativ zum ersten rotierbaren Wandelement 2 ergibt sich ein Mahlraum 5, dessen Querschnitt sich wiederum ausgehend von dem mittleren Bereich zu den von der Achse entfernt liegenden Bereichen ver¬ jüngt,wobei sich durch die Schrägstellung des Wandelementes 4 relativ zum Wandelement 2 in unterschiedlichen Abschnitten längs des Umfanges eine unterschiedliche Querschnittsfläche ergibt. Dadurch wird es möglich, bei Antrieb der schalen¬ formigen Wandelemente 2 und 4 in gleicher Richtung und mit gleicher Drehzahl das gesamte zu homogenisierende Material mitsamt den schematisch angedeuteten Mahlkugeln 19 gleich- zeitig zu bewegen, ohne daß eine nennenswerte Relativbewegung zwischen den Mahlkörpern 19 und den Scheiben 2 bzw. 4 auf¬ tritt. Die Vermischung und Homogenisierung erfolgt bei dieser Aus ührungsform durch einen entsprechenden Walkeffekt, welcher durch die unterschiedlichen Querschnittsflächen vor allem an den radial außen li.egenden Berei.chen des Mahlraumes 5 durch die Schrägstellung des Wandelementes 4 relativ zum Wand¬ element 2 hervorgerufen wird. Ein ähnlicher Walkeffekt wie dm Mahlraum 5 ergibt sich im Spalt 12 zwischen der Außenfläche 13 des Wandelementes 4 und der Innenfläche 14 des das Wandelement 4 übergreifenden Teiles 7, welcher mit dem ersten Wandelement drehfest verbunden ist. Es ergibt sich somit auch bei dieser Ausführungsform eine entsprechende Vorverarbeitung, bevor das Material ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.l über einen Schlitz bzw. Spalt 15 in den Mahlraum 5 eintritt, wobei bei der Ausbildung gemäß Fig.2 das vermischte Material direkt über den axialen Kanal 17 abgezogen wird. Durch die Zentri¬ fugalkraft werden die Mahlkörperchen wiederum in von den Rota-' tionsachsen 3 bzw . 18 entfernte Bereiche , des Mahlraumes 5 bewegt , wobei durch die sich in unterschiedlichem Ausmaß verjüngende Querschnittsfläche wiederum unmittelbar beim Ein¬ tritt des zu vermischenden bzw . zu homogenisierenden Materials in den Mahlraum 5 eine besonders starke Beanspruchung durch die Mahlkörper 19 erfolgt .
Bei dieser Ausführungsform unter Heranziehung eines Walk¬ effektes ergibt sich, daß die Misch- und Mahlwirkung praktisch ausschließlich durch den Verschub des Gemisches in radialer Richtung wirksam wird. Insgesamt ergibt sich, daß zwischen den Wandelementen 2 bzw. 4 und dem zu mischenden Material keine Relativbewegung auftritt und daß die Mischung bei jeder Umdrehung der Wandelemente wenigstens einmal in Richtung zu den Drehachsen 3 und 18 und von diesen wegbewegt wird.
Für eine Anpaßbarkeit an unterschiedliches zu mischendes bzw. zu homogenisierendes Material kann der Winkel zwischen den Drehachsen 3 und 18 ausgehend von einer miteinander fluch¬ tenden Lage der Achsen 3 und 18 bis zu einem Maximalwert stufenlos verstellbar sein.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Dispergieren, Vermischen bzw. Homogenisieren von fest/flüssigen und/oder flüssig/ lüssigen Mischungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion in einen rotierenden, zumindest teilweise mit Mahlkörpern (19) gefüllten und von wenigstens zwei rotierbaren Wandelementen (2,4) begrenzten Mahlraum (5) eingebracht wird, und daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion quer zu der (den) Rotationsachse(n) (3,18) der Wandelemente (2,4) durch den Mahlraum (5) bewegt bzw. hindurchgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgut bzw. Mahlkörper-Mahlgutmischung mit gleicher Rota¬ tionsgeschwindigkeit wie die beiden Wandelemente (2,4) in Rotation versetzt wird, und daß das Mischgut bzw. die Mahlkör¬ per/Mahlgutmischung bei jeder Umdrehung wenigstens einmal in Richtung zur Drehachse (3,18) und einmal in Richtung von der Drehachse weg bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-zeichnet, daß die zu homogenisierende Dispersion bzw. Emulsion vor dem Eintritt in den Mahlraum (5) einer Scherbeanspruchung zwischen rotierenden Flächen (13,14) an der Außenseite der Wandelemente (2,4) des Mahlraumes (5) unterworfen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das homogenisierte Gemisch über einen axialen Kanal (17) abgezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Mahlraum (5) zu maximal 75 Vol.-%, vorzugsweise 60 Vol.-%, mit Mahlkörpern (19) eines wirksamen Durchmessers von kleiner 0,5 mm, vorzugsweise kleiner 0,1 mm, befüllt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Mischvorgang zwischen relativ zueinander mit voneinander verschiedener Drehzahl und/oder Drehrichtung ro¬ tierenden Wandelementen (2,4) vorgenommen wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Mahlraum (5), in welchem Mahl¬ körper (19) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlraum (5) von wenigstens zwei Wandelementen (2,4) begrenzt ist, welche rotierbar antreibbar sind, und daß der Mahlraum (5) an seinen der (den) Rotationsachse(n) (3,18) zugewandten und abgewandten Seiten wenigstens eine Zuführungs- und/oder eine Ableitungsöffnung (15,16,17) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungs- und die Ableitungsöffnungen (15,16) von sich über den Umfang des Mahlraumes (5) erstreckenden Schlitzen ge¬ bildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (15,16) in einer gemeinsamen, im wesentlichen auf die Rotationsachse(n) (3,18) der Wandelemente (2.4) normal stehenden Teilungsebene des Mahlraumes (5) liegen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der von den Wandelementen (2.4) des Mahlraumes (5) begrenzte Mahlraum sich in einer wenigstens eine
Rotationsachse (3.18) enthaltenden Querschnittsebene quer zu dieser. Rotationsachse im Querschnitt verjüngend ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandelemente (2.4) von Halbschalen gebildet sind, welche um eine gemeinsame Achse (3) rotierbar gelagert und mit gesonderten Antrieben verbunden sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachsen (3,18) der Wand¬ elemente (2,4) relativ zueinander geneigt angeordnet sind und
,. unter Einschluß eines stumpfen Winkels aneinander anschließen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Rotationsachsen (3,18) der Wandelemente (2,4) stufenlos verstellbar ist. 0
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandelement (2) mit einem das zweite Wandelement (4) unter Ausbildung eines Spaltes (12) über¬ greifenden Teil (7) dreh-fest verbunden ist und daß die Zuleitung (11) in diesen Spalt (12) mündet. 5
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