DE2730390C2

DE2730390C2 - Mischkopf zum Dispergieren von Medien

Info

Publication number: DE2730390C2
Application number: DE2730390A
Authority: DE
Inventors: Horst 3130 Lüchow Plate
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-06
Filing date: 1977-07-06
Publication date: 1986-01-16
Also published as: DE2730390A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Mischkopf zum Dispergieren von Medien nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Die GB-PS 2 48 901 zeigt einen Mischkopf, der am Ende einer drehbaren Welle befestigt ist. Der Mischkopf ist air eiförmiger Hohlkörper ausgebildet mit nach unten zeigender Spitze der Eiform. In der Spitze des eiförmigen Hohlkörpers ist eine axiale Eintrittsöffnung für den Eintritt der Medien in den Mischkopf ausgebildet. Zwei gegenüberliegende Austrittsöffnungen sind in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene in dem Wandungsbereich ausgebildet, der maximalen Abstand von der Rotationsachse hat. Bei Drehung des Mischkopfes in einem Medium strömt dieses durch die Eintrittsöffnung in das Innere des Mischkopfes und von dort über die beiden Eintrittsöffnungen wieder hinaus. Hierdurch wird eine Erhöhung der Mischungswirkung außerhalb des Mischkopfes erzielt, nämlich dadurch, daß die rein mechanische Rührwirkung von einer hydrodynamischen Rührwirkung verstärkt wird.

Das DE-GM 17 05 309 zeigt einen Mischkopf zum Dispergieren von Medien, der massiv ausgebildet ist. Der Mischkopf ist an einer drehbaren hohlen Welle befestigt Die Bohrung der Welle steht über eine in der Wellenwandung ausgebildete Öffnung mit dem Außenraum in Verbindung. Der Mischkopf weist umfangsmäßig verteilt mehrere Austrittsöffnungen auf. die im wesentlichen in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene liegen und in einem Wandbereich des Mischkopfes ausgebildet sind, der einen maximalen Abstand von der Rotationsachse hat. Die Austrittsöffnungen stehen über Kanäle mit der Bohrung der Welle und damit mit der öffnung, die eine Eintrittsöffnung darstellt, in Verbindung. Bei Rotation dieses Mischkopfes tritt das Medium über die Eintrittsöffnung in die Bohrung der Welle ein und strömt durch die Kanäle und die Austrittsöffnungen im Mischkopf wieder heraus. Die Wandung des massiven Mischkopfes ist darüber hinaus zackig ausgebildet Mit diesem bekannten Mischkopf wird ebenfalls nur eine Erhöhung der Mischwirkung erzielt, genauso wie bei dem Mischkopf nach der GB-PS 2 48 901, nämlich dadurch, daß die rein mechanische Rührwirkung von einer hydrodynamischen Rührwirkung verstärkt wird.

Bsi beiden bekannten mischköpfen erfoigt iedigiich eine Umlenkung des einströmenden Mediums im Mischkopf mit erhöhter Austrittsgeschwindigkeit des aus dem Mischkopf austretenden Mediums, wodurch nur eine unwesentliche Verbesserung der Dispergierwirkung erreichbar ist

Durch die GB-PS 5 62 921 ist ein hohlzylindrischer Mischkopf bekannt, an dem in axialer Richtung eine Welle befestigt ist. Der Zylindermantel des Mischkopfs ist gitterförmig ausgebildet und dient insgesamt als Austrittsfläche. Als Eintrittsöffnungen sind unmittelbar die Drehachse umgebende ringförmige Ausnehmungen in den unteren und oberen Deckflächen vorgesehen. Nachteilig ist, daß wegen der großflächigen Ein- und Austrittsöffnungen nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Mischkopfes erzielbar sind, wodurch die Dispergierwirkung gering ist Dies kann nur durch sehr hohe Drehgeschwindigkeiten teilweise ausgeglichen werden, was den Aufw&iui beträchtlich erhöht und außerdem einen höheren Abrieb des Mischkopfmaterials zur Folge hat Schervorgänge spielen sich im wesentlichen zwischen Mischkopf und Wand des Behälters ab, in dem das zu dispergierende Medium sich befindet, so daß hierdurch eine weitere stärkere Beanspruchung des Mischkopfmaterials erfolgt. Die Wechselwirkung zwischen den miteinander zu mischenden und zu dispergierenden Materialien ist relativ gering, wodurch der Wirkungsgrad dieses bekannten Mischkopfes insgesamt recht gering ist Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich ein recht großer Rotationskegel um die Drehachse herum bildet wodurch die Gefahr besteht, daß Luft mit angesaugt wird, zumal die Eintritts- und Ansaugfläche in unmittelbarer Nähe der Drehachse vorgesehen ist Die angesaugte Luft beeinflußt nachteilig die herzustellende Dispersion bzw. Mischung.

Durch die Zeitschrift »Chemical Engineering« (1951), Juni, Seite 24/25, ist ein Mischkopf zum Dispergieren von Medien bekannt, der als hohler Rotationskörper ausgebildet ist. Der Mischkopf ist aus zwei kegelstumpfförmigen Hohlkörpern zusammengesetzt und ist an einer Welle befestigt, die den Mischkopf axial durchsetzt. In der oberen und/oder unteren ebenen Deckfläche sind große die Drehachse umgebende ringförmige Eintrittsflächen vorgesehen. Schlitzförmige Austrittsöffnungen sind im Mantel des unteren kegelstumpfförmigen Teiles ausgebildet. Die beiden kegelstumpfförmigen Teile sind von einer Zwischenwand getrennt, in der eine ringförmige Durchtrittsfläche ausgebildet ist für das durch die

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oberen Eintrittsöffnungeir einströmende Medium. Da nicht nur außerhalb des Mischkopfes eine stärkere Vermischung des ausströmenden Mediums mit dem um den Mischkopf herum befindlichen Medium auftritt, sondern auch im Inneren des Mischkopfes, und zwar in dem unteren kegelstumpfförmigen Teil, in dem die Medienströme von oben und von unten zusammentreffen, wird eine Erhöhung der Misch- und Rührwirkung erzielt — aber noch keule bemerkenswerte Dispergiermrkung.

Die DE-PS 3 67 040 zeigt einen kegelstumpfförmigen Mischkopf, in dem Ansaugkanäle ausgebildet sind, die in Umtenkkanäle münden, welche in der Grundfläche an Stellen austreten, deren radialer Abstand von der Drehachse größer ist als der der Eintrittskanäle. Die Umlenkkanäle münden ferner in der oberen Kegclstumpffläche derart, daß bei Betrieb über diese Öffnungen Luft angesaugt wird, die ein Umlenken der Flüssigkeit aus den Ansaugkanälen in die Umlenkkanäle bewirkt Dieser Mischkopf ist besonders nachteilig, da die Misch- und Rührwirkung allein durch angesaugte Luft erfolgt, die sich aber auf die herzustellende Dispersion nachteilig auswirkt- Da die Eintritts- und AustrittscVfnungen im Bereich der unteren größeren Fläche des kegelstumpfförmigen Mischkopfes angeordnet sind, ergibt sich aus strömungstechnischen Gründen eine nachteilige Beeinflussung des Wirkungsgrades.

Aus »Römpp Chemielexikon« Seite 1541, dritte Auflage (1953), Frankh'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, Abb.h, ist ein Mischkopf bekannt, der als Witt'scher Rührer bezeichnet wird und der zur Mischung von Flüssigkeiten mit verschiedenem spezifischen Gewicht eingesetzt wird. Dieser Witt'sche Rührer weist eine Glaskugel mit unteren und seitlichen öffnungen auf. Die Glaskugel ist an einer Welle befestigt Dieser Witt'sche Rührer ist nur zum Mischen von Flüssigkeiten, nicht aber zum Dispergieren, d. h. Zerteilen von Medien einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mischkopf gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 oder Oberbegrii'f des Anspruchs 2 so auszubilden, daß eine größere Dispergierleistung und ein größerer Dispersionsgrad erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Ausbildungen ergeben sich erstaunlich große Dispergierwirkungen bereits bei geringen Drehgeschwindigkeiten. Dies wird dadurch erzielt, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung mehrere kleine Ein- und Austrittsöffnungen vorgesehen sind, wodurch in das Innere des Mischkopfes eine Vielzahl von Strömen des zu dispergierenden Mediums geringen Durchmessers mit hoher Geschwindigkeit eintritt und dort miteinander wechselwirkt, wodurch die hohe Dispergierwirkung erreicht wird. Gleichzeitig wird auch die Mischungswirkung wesentlich verbessert Der Bereich der wirksamen Scherkräfte wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung hinsichtlich der Dispergierwirkung in das Innere des Mischkopfes verlegt, so daß auch die Materialbeanspruchung gegenüber den bekannten Mischkopfformen wesentlich verringert wird. Da mit geringeren Drehzahlen gearbeitet werden kann, kann die Reibbeanspruchung und damit der Verschleiß verringert werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung, in der mührare Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es zeigen F i g. I bis >2 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mischkopfes.

Die F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischkoplies in Form einer Hohlkugel 2, die an einer drehbaren Welle 4 befestigt ist Die Hohlkugel ist im Bereich des Äquatorkreises mit einer Reihe von Austrittsöffnungen 6 und in einem unterhalb des Äquatorkreises liegenden Parallelkreises mit Eintrittsöffnungen 8 versehen. Wie gestrichelt eingezeichnet ist kann der Mischkopf nach Fig. 1 auch oberhalb des Äquatorkreises mit einer Reihe von Eintrittsöffnungen 10 versehen sein.

In der F i g. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der sowohl die Eintritts- als auch die Austrittsöffnung durch umlaufende Schlitze 18 und 20 im hohlkugelförmigen Mischkörper ausgebildet sind. Bei der Ausführungsform nach der F i g. 2 ist es allerdings notwendig, die drehbare Welle 4 zur Befestigung der einzelnen getrennten Teile des Mischkopfes mit allen diesen Teilen zu verbinden.

Beim Mischkopf nach der F i g. 3 sind zwei parallele Reihen von Eintrittsöffnungen 2Γ- vorgesehen. Im Innern der Hohlkugel ist zwischen de" Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen ein Gitter oder Netz oder eine perforierte Wand gespannt zur Erhöhung der inneren Scherkräfte. Es können auch mehrere Gitter, Netze oder perforierte Wände vorgesehen sein, beispielsweise in kreuzförmiger oder zueinander geneigter Anordnung.

Die F i g. 4 zeigt einen hohlkugelförmigen Mischkopf 32 mit Eintritts- und Austrittsöffnungsn 34 und 36, dessen Oberfläche mit Zähnen 38 versehen ist zur Erhöhung der äußeren Scherkräfte.

Diese Zähne gemäß F i g. 4 können auch angeformte Stäbe 40, wie in der F i g. 5 dargestellt ist sein oder auch Scherblätter mit Schneidkanten (nicht dargestellt) und können auch zusätzlich auf der Innenfläche des hohlen Mischkopfes oder nur auf der innenfläche angeordnet sein (nicht dargestellt).

In der F i g. 6 ist ein Mischkopf in ForM eines Teilrotationskörpers 42 dargestellt, während die F i g. 7 die Kombination eines Teilrotationskörpers 44 oder zweier 4'. und 44') mit einem Zylinder oder Ring 46 zeigt Die Eintrittsöffnungen 48 sind dabei im Teilrotationskörper und die Austrittsöffnungen 50 im Zylinder vorgesehen.

In den F i g. 8,9 und !0 sind weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mischkopfes beispielhaft in Form eines Kegels 52, einer Pyramide 54 und eines Ellipsoids 56 dargestellt, mit Eintrittsöffnungen 55 und Austrittsöffnungen 57.

In den Fig. 11 und 12 sind beispielhaft massive Mischköpfe dargestellt, die Eintrittsöffnungen 58 und Austrittsöffnungen 60 aufweisen, die über Kanäle 62 miteinander verbunden sind. Anstatt der dargestellten Ku^ilform können die massiven Mischköpfe nach den F i g. 11 und 12 auch jede beliebige andere Form eines Rotationskörpers, Teilrotationskörpers ode^r eine in den Fig. 1 ^u:s 9 gezeigte Gestalt haben, wobei selbstverständlich auch Erhebungen auf der Oberfläche vorgesehen sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mischkopf zum Dispergieren von Medien, der am Ende einer drehbaren Welie befestigt ist, und der s als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Wandung in einem ersten Wandungsbereich einen maximalen Abstand von der Rotationsachse hat und dessen Wandung in einem zweiten Wandungsbereich, der sich an den ersten Wandungsbereich nach oben und/ oder nach unten anschließt, sich kontinuierlich der Rotationsachse nähert, mit einer Eintrittsöffnung im zweiten Wandungsbereich für den Eintritt der Medien in den Mischkopf und mit mehreren Austrittsöffnungen im ersten Wandungsbereich für den Aus- :s tritt der Medien aus dem Mischkopf, wobei die Austrittsöffnungen im wesentlichen in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene im Abstand voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eintrittsöffnungen vorgesehen sind, die im wesentlichen in einer zur Weüenachse senkrechten Ebene im Abstand voneinander angeordnet sind.

2. Mischkopf zum Dispergieren von Medien, der am Ende einer drehbaren Welie befestigt ist, der massiv ausgebildet ist, dessen äußere Begrenzung in einem ersten Bereich einen maximalen Abstand von der Rotationsachse hat und dessen Wandung in einem zweiten Bereich, der sich an den ersten Wandungsbereich nach oben und/oder nach unten anschließt, sich kontinuierlich der Rotationsachse nähert, mit einer Eintrittsöffnung im zweiten Wandungsbereich und mit mehreren Austrittsöffnungen im ersten Wandungsbereicii, die über im Mischkopf ausgebildete Kanäle mit der Eintrittsöffnung verbunden sind, wobei die Ausj-ittsöffnungen im wesentlichen in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene im Abstand voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eintrittsöffnungen vorgesehen sind, die im wesentlichen in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene im Abstand voneinander angeordnet sind.