DE2403053A1 - Einrichtung zur herstellung einer suspension aus hochquellfaehigen stoffen - Google Patents
Einrichtung zur herstellung einer suspension aus hochquellfaehigen stoffenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DIPL-ING. SELTING
5 KÖLN 1, DEICHMANNHAUS
22.1.1974 Sch/Sd
Supraton Auer & Zucker OHG, 4o4l Allerheiligen,
Am Mühlenweg 5
Einrichtung zur Herstellung einer Suspension aus hochquellfähigen Stoffen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Herstellung einer Suspension aus hoch-quellfähigen Stoffen,
bei der das Verhältnis der gewichtsmäßigen Anteile von Feststoff und Flüssigkeit gleichbleibend gehalten wird.
Bekannterweise werden in einer Reihe von Industrien hochquellfähige Produkte eingesetzt. Als Beispiel wird die
Verwendung von Karaginaten genannt, welche als Dickungsmittel in der Lebensmittelindustrie, z.B. bei der Herstellung
von Speiseeis, oder in der Kosmetikindustrie, z. B. bei der Herstellung von Zahncreme u.dgl., zum Einsatz
gelangen. Ein anderer Anwendungsfall von stark quellfähigen Suspensionen ist der Einsatz von Bentonit- (aktiviertem
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Tonerdemineral) Suspensionen sowohl in der Bauindustrie für die Absicherung von Schlitzwänden, deren Seitenflächen
durch das natürliche Erdreich begrenzt sind, als auch zur Ausgleitung und Abstützung von Bohrlöchern aller
Art im Erdreich.
Es ist bekannt, daß die Wirksamkeit solcher Quellmittel, d.h. die erreichbare Zunahme der scheinbaren Viskosität,
bezogen auf das Peststoff/Flüssigkeitsverhältnis, weitgehend vom Grade der Dispergierung des Feststoffes in der
Flüssigkeit abhängt. Im diskontinuierlichen Verfahren, beispielsweise durch Verwendung eines Rührwerkes in einem
Behälter, läßt sich eine zufriedenstellende Dispersion erreichen, wenn das Rühren lange genug durchgeführt wird.
So läßt sich eine Suspension von Bentonit durch mindestens 6-stündiges Rühren mit dem Rührwerk in einem Behälter
von ca. j5.000 1 Inhalt erzielen. Eine solche Maßnahme
ist sehr zeitaufwendig und nicht überall anwendbar.
Während die Dispergierung - auch die kontinuierliche von Feststoffen in Flüssigkeiten gebräuchlich ist, soweit
das Verhältnis Feststoff zur Flüssigkeit ca. 10 - 70$
Feststoff und 90 - J>0% Flüssigkeit beträgt, ist die Dispergierung,
insbesondere wenn sie in kontinuierlicher Form durchgeführt werden soll, bei hoch-quellfähigen
Feststoffen in Flüssigkeiten bei einem Prozentsatz unter 10 Gewichts-Prozent sehr schwierig. Dies ist dadurch bedingt,
daß einerseits durch die Zugabe von Feststoff zur Flüssigkeit ein Viskositätsanstieg eintritt, der bei auch
nicht vollständiger Dispergierung ausreichend ist, eine weitere Dispergierung durch Einwirkung von Rührkräften zu
verhindern, und daß andererseits die Viskositatszunähme
auch ausreicht, um ein Bearbeiten der so erhaltenen Fest-
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stoff-Plussig-Mischung in Intensivrührera unmöglich zu
machen, da das Fließverhalten eine kontinuierliche Zufuhr nicht mehr ermöglicht. Es besteht dabei die gegensätzliche
Situation, daß eine Suspension zur Erhöhung ihrer scheinbaren Viskosität, welche prinzipiell durch
Aussetzen dieser Suspension einem Feld von Scherkräften bewerkstelligt werden konnte, nicht durchgeführt werden
kann, weil die bereits erzielte Erhöhung der scheinbaren Viskosität so groß ist, daß eine Zufuhr zu dem Dispergiergerät
wegen zu großer Quellerscheinungen nicht möglich ist. Es hat sich hierbei folgende GrundsatζSchwierigkeit
herausgestellt. Bei jeder Form einer kontinuierlichen Zufuhr von Feststoff und Flüssigkeit in der gleichen
Ebene in ein Dispergiergerät tritt ein Kontakt zwisehen
Feststoff und Flüssigkeit ein. Wenn die Feststoffmenge nun so gering ist, daß die relative Zufuhrgeschwindigkeit
derselben niedriger als die Penetrationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Feststoff ist, kommt es
zum Verkleben der Zufuhrorgane für den Feststoff infolge Zusetzens mit einer Feststoff-Flüssig-Mischung, bzw. unter
Umständen zu einer ungewollten Verzögerung, Benetzen des Feststoffvorrates vor dem Zufuhrorgan durch Eindringen
von Flüssigkeit infolge Penetration in die Feststoffpartikel.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Suspensionen
aus Flüssigkeiten und stark quellbaren Substanzen in einem Feststoff-Flüssigkeitsverhältnis von unter 10 : 90
Gewichts-Prozent zu ermöglichen, ohne die Gefahr einer Verstopfung der Zufuhrwege zu dem Dispergiergerät bei kontinuierlichem
Betrieb zu haben, wobei ein Ergebnis erhalten wird in der Form, daß der geringe Feststoffanteil bes-
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ser als bisher dispergiert, d.h. höher ausgenutzt wird. Die Erfindung zeichnet sich hierzu dadurch aus, daß die
Feststoffe zu der Flüssigkeit kontinuierlich in abgemessenen Mengen vorbestimmter Größe unmittelbar vor der hohe
Scherkräfte erzeugenden Mischvorrichtung zusammengeführt und zugleich in die Mischvorrichtung eingegeben werden.
Als Vorrichtung zur Erzeugung hoher Scherkräfte dient hierbei ein Kreiselgerät mit radial nacheinanderfolgend
angeordneten Zahnkränzen u.dgl., bei dem die Flüssigkeit bzw. die entstehende Suspension durch die Radialkräfte
selbsttätig von innen nach außen strömt.
Durch eine solche Einrichtung läßt sich mit Sicherheit eine volle Dispergierung auch bei einem Feststoffanteil
von wesentlich unter 10$ erzielen. Bevor die Feststoffe
anfangen zu quellen, befinden sie sich bereits in dem Dispergiergerät und werden bei dem Kreiselgerät der Wirkung
von hohen Scherkräften unterworfen. Die entstehende Suspension verbleibt zumindest während der Dispergierung infolge
des allgemein tixotropen Verhaltens der Suspension im ausreichend flüssigen Zustand.· Die Fertigstellung der
Suspension aus den hoch-quellfähigen Stoffen geschieht in
aller kürzester Zeit, d.h. innerhalb ein bis zwei Minuten. Die Suspension ist unmittelbar danach einsatzfähig. Man
benötigt praktisch keine spürbare Vorbereitungszeit. Der bauliche Aufwand ist ferner verhältnismäßig gering. Die
Sicherheit der Erzielung einer Suspension mit den gewünschten Eigenschaften ist einwandfrei gegeben.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.
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In der einzigen Figur ist die erfindungsgemäße Einrichtung in Ansicht und im Schema veranschaulicht.
Als Dispergiervorrichtung dient ein Kreiselgerät 1 als Vorrichtung zur Erzeugung hoher Scherkräfte. Dieses Kreiseigerät
weist einen Rotor 2 auf, der durch einen Getriebemotor 3 angetrieben wird. Dem Rotor 2 steht ein Stator
4 gegenüber. Rotor 2 und Stator 4 weisen in radialer Richtung nacheinanderfolgende Zahnkränze 5 und β auf. Der Einlaß
7 befindet sich in der Achse des Rotors, während der Auslaß 8 radial verlaufend an dem Gerät vorgesehen ist.
Zur kontinuierlichen Herstellung der Suspension aus hochquellfähigen Stoffen wird der Peststoff aus einem Vorratsbehälter
10 über eine Dosierschnecke 11, die durch den Motor 12 angetrieben wird, in abgemessenen Mengen einem
Trichter 13 zugegeben. Statt einer Dosierschnecke kann
auch eine Dosierbandwaage od.dgl. verwendet werden. Die Flüssigkeit, die ständig ergänzt wird, kann in einem Behälter
14 vorgesehen sein, von dem eine Zuführungsleitung 15 zu dem Trichter IJ führt, wobei der Flüssigkeitsstrom
seiner Menge nach kontrolliert wird, z.B. durch einen Durchflußmesser 16. Die Zuführung der Flüssigkeit erfolgt
vorteilhaft tangential zu dem trichterförmigen Gefäß IJ,
so daß sich in diesem eine spiralförmige, nach unten sich verringernde Flüssigkeitsströmung 17 ergibt. Diese so miteinander
zusammengebrachten Feststoffpartikel mit der Flüssigkeit werden sodann in dem Kreiselgerät 1 unmittelbar
einem Feld hoher Scherkräfte ausgesetzt. Die fertige Suspension wird bei 18 abgeführt.
Das Verhältnis von Feststoff zur Flüssigkeit wird während des Betriebes konstant gehalten. Durch die erfindungsgemäße
Einrichtung ergibt sich, daß das Gemisch sich bereits
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in dem Kreiselgerät befindet, bevor es anfängt zu quellen. Vorteilhaft werden Suspensionen aus aktiviertem Tonerdemineral
(Bentonit) hergestellt, und zwar in einem Peststoff
-Flüssigkeit sverhältnis von unter 10$ : 90$. Beim
Bentonit ergibt sich eine Suspension mit einer ausreichenden scheinbaren Viskosität, um beispielsweise Schlitzwände
von 6 m Tiefe bei einer Schlitzbreite von 300 mm
und einer mittleren Beschaffenheit des Bodens (sandig, lehmig) am Einfallen zu hindern. Die beschriebene Einrichtung
ermöglicht die Herstellung von Suspendionen aus Flüssigkeiten auch mit anderen stark quellbaren Substanzen
mit einem Gewichtsanteil der Feststoffe von wesentlich unter 10$ in der Flüssigkeit.
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Claims (4)
- AnsprücheEinrichtung zur Herstellung einer Suspension aus hochquellfähigen Stoffen, insbesondere aus einem aktivierten Tonerdemineral, mittels einer Mischvorrichtung, bei der das Verhältnis der gewichtsmäßigen Anteile von Feststoff und Flüssigkeit gleichbleibend gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe zu der Flüssigkeit kontinuierlich in abgemessenen Mengen vorbestimmter Größe unmittelbar vor einer hohe Scherkräfte erzeugenden Mischvorrichtung zusammengeführt und danach den Scherkräften des Dispergiergerätes unterworfen werden.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung zur Erzeugung hoher Scherkräfte ein Kreiselgerät (1) mit radialen nacheinanderfolgend angeordneten Zahnkränzen (5*6) u.dgl. dient, bei dem die Flüssigkeit von innen nach außen strömt.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Feststoffmenge kleiner als etwa 10 Gewichts-Prozent beträgt.
- 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispergiervorrichtung (1) zur Erzeugung hoher Scherkräfte ein trichterförmiges Gefäß (13) vorgesetzt ist, in dem ein spiralförmig ver-'laufender Flüssigkeitsstrom (17) gebildet ist, wobei der abgemessene Flüssigkeitsstrom tangential dem trichterförmigen Gefäß (13) zugeführt wird.509831 /0726Leerseite
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