FI89136C - Dispergator och saett att driva den - Google Patents

Description

89136

Dispergointilaite ja menetelmä sen käyttämiseksi

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukaista dispergointilaitetta.

Tällainen laite käsittää yleisesti ottaen sekoittimen, jossa on ainakin kaksi samankeskistä pyöritettävää kehää, jotka on varustettu törmäyspinnoilla ja joista ainakin yksi on sovi-10 tettu pyörimään vastakkaiseen suuntaan toiseen kehään (toi siin kehiin) nähden, jolloin kehät muodostavat dispergointi-vyöhykkeen. Dispergointilaitteeseen kuuluu edelleen sekoitti-meen yhdistetyt dispergoitavan aineen syöttöelimet ja disper-goidun aineen poistoelimet.

15

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 6 mukaista menetelmää dispergointilaitteen käyttämiseksi.

Pigmenttejä dispergoidaan yleensä nopeasti pyörivillä, dis-20 pergoitavan pigmenttilietteen sisällä olevilla turbiinisii- villä, sirkkelinterämäisillä laitteilla ja sentapaisilla dispergointielimillä, joiden tarkoituksena on saada aikaan suuria paikallisia leikkausvoimia, jotka purkavat pigmentti-aglomeraatteja. Laitteet edesauttavat samalla pigmenttien ‘25 vettymistä tai kostumista niillä kemikaaleilla, joihin näitä hienojakoisia pigmenttejä on tarkoitus dispergoida.

Tavallisimmin pigmenttejä dispergoidaan veteen, jolloin dis-pergointivedessä lisäksi käytetään pinta-aktiivisia aineita .30 ja stabilointiaineita, vaahdonestoaineita jne., joilla edes autetaan pigmentin pinnan kostumista ja stabiloidaan pigment-tihiukkaset toisistaan erilleen. Tyypillisiä dispergointai-neita ovat monet sulfonoidut pienimolekyylipainoiset polymeerit, mäntyöljytuotteista saadut rasvahapot ja niiden johdan-35 naiset jne.

Dispergointilaitteet, jotka koostuvat säiliöstä ja siihen pyöritettävästi sovitetusta sekoitinlaitteesta, toimivat tyypillisesti siten, että dispergoitava neste kiertää pumppaus- 2 89136 vaikutuksen ansiosta hitaasti säiliössä ja aika ajoin kohtaa sekoitinlaitteen muodostaman suurien leikkausvoimien vyöhykkeen, jolloin varsinainen dispergointi tapahtuu. Kaikki muu kierto tässä säiliössä luo turbulenssia, joka menee lämmöksi.

5 Tällöin menetetään paljon tehoa eikä tilastollisesti voida taata, että kaikki partikkelihiukkaset koskaan olisivat kiertäneet tämän suuren leikkausvoimavyöhykkeen läpi.

PCT-hakemuksessamme PCT/FI91/00280 ja FI-patenttihakemukses-10 samme 913979 olemme käsitelleet selityksen johdannossa kuvat tua roottorisekoitinratkaisua, jolla hyvin edullisesti voidaan saada aikaan dispergointi. Tämän tyyppiselle roottori-sekoittimelle on ominaista, kuten näistä aikaisemmista hake-muksistamme ilmenee, että kaikki materiaali joutuu väkisin 15 kulkemaan roottoreiden muodostaman suuren leikkaus- ja isku- vyöhykkeen läpi. Mikään materiaaliosa ei pääse tätä vyöhykettä kiertämään millään tilastollisella todennäköisyydellä.

Mainitulle sekoitinlaitteelle on olennaista, että se pyörii 20 olennaisesti tyhjänä dispergoitavasta tavarasta. Toisin sa noen, kaksoisroottorilaitteen kammiossa pitää hetkellisesti olla olennaisesti pienempi määrä dispergoitavaa tuotetta, mitä kammiotilavuus sinänsä edellyttää. Olennaisesti pienemmällä määrällä (ja olennaisesti tyhjällä kammiolla) tarkoite-25 taan tällöin sitä, ettei laitteessa dispergoitavaa tuotetta missään olosuhteissa saa olla enempää kuin 20 - 30 % laitteen tilavuudesta, mieluummin vielä vähemmän. Laite toimii näet sitä paremmin, mitä nopeammin tuote kulkee syötöstä poistoon ja pyörivien roottoreiden ohi eikä akkumuloidu laitteen si-30 sään. Tässä suhteessa laite olennaisesti poikkeaa muista dispergointilaitteista.

Nyt olemme todenneet, että isossa mittakaavassa toimittaessa kuvatun laitteiston käytön tärkein ongelma liittyy juuri 35 siihen, miten se saadaan toimimaan todella olennaisesti tyh jänä. Ongelma on vaikea etenkin sen takia, että laitteen avulla pyritään valmistamaan mahdollisimman korkean kuiva- li 3 89136 ainepitoisuuden omaavaa dispersiota.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uuden-5 lainen ratkaisu pigementtien ja sentapaisten hienojen hiuk kasten dispergoimiseksi nesteisiin, kuten veteen.

Keksintömme perustuu siihen ajatukseen, että dispergointikam-mion pitämiseksi olennaisesti tyhjänä dispergointilaitteen 10 käyttöjärjestelmään liitetään kaksi pakkovirran aiheuttavaa pumppua, joista toinen syöttää laitetta ja toinen toimii laitteen poistoelimenä. Kun nämä pumput sovitetaan toimimaan siten, että poistavan pumppulaitteen volymetrinen kapasiteetti joka hetkellä on suurempi kuin syöttölaitteen, saavutetaan 15 aina haluttu työskentelyolosuhde.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

20

Keksinnön mukaiselle menetelmällle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkki-osassa.

-.25 Keksinnön mukaan dispergointilaitteen poistopumppu ja syöttö- pumppu ovat samantyyppisiä, olennaiselta toiminnaltaan va-kiovirran tuottavia syrjäytyspumppuja, jotka joka kierroksella tai työnnöllä paine-erosta riippumatta tuovat ja vievät saman suhteellisen tilavuuden. Näiden pumppujen tuottama .30 tilavuusvirta on oleellisesti pumpun pyörimisnopeuden lineaa rinen funktion. Tällaisia pumpputyyppejä ovat monospiraali-, lohko-, hammasratas-, mäntä- ja sentapaiset vakiovirta- eli syrj äytyspumput.

.35 Todettakoon, että esim. tavallinen keskipakopumppu ei sovellu keksinnössä käytettäväksi, koska sen karakteristika riippuu voimakkaasti vastapaineesta, joka puolestaan vaihtelee liet- 4 89136 teen juoksevuusominaisuuksien mukaan. Nämä ominaisuudet muuttuvat dispergoinnin aikana, esim. dispergointiasteen ja dispersion kuiva-ainepitoisuuden mukaan. Niinpä dispergoitu liete on yleensä huomattavasti paremmin juoksevaa kuin dis-5 pergoimaton. Tästä syystä olisi käytännössä erittäin hankalaa keskipakopumppujen avulla ylläpitää vakiosuuruista suhdetta dispergointilaitteen syöttö- ja poistopumppujen kapasiteettien välillä.

10 Keksinnön mukaan syöttö- ja poistopumppujen toimintaa voidaan säätää niiden pyörimisnopeuksia muuttamalla. Keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa halutaan pumppujen kapasiteetti-suhde säilyttää samansuuruisena vaikka pumpattava massavirta muuttuukin. Tämä saadaan sopivimmin aikaan kytkemällä pumppu-15 jen sähköiset ohjaukset toisiinsa niin, että molempien pump pujen pyörimisnopeudet muuttuvat suhteellisesti ottaen yhtä paljon. Edullista on vielä kytkeä pumppujen pyörimisnopeus-säädöt dispergointilaitteen kapasiteettisäätöön (eli rootto-reiden pyörimisnopeuksien säätölaitteeseen), jolloin pumppu-20 jen pyörimisnopeudet muuttuvat automaattisesti, kun disper gointilaitteen kapasiteettia säädetään syötettävän ainemäärän mukaan. Niiden keskinäinen suhde pysyy kuitenkin samana.

Keksinnössä käytettävät pumput voidaan myös kytkeä mekaani-25 sesti yhteen.

Keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa poistopumpun kapasiteetti on aina 5 - 50 % suurempi kuin syöttöpumpun kapasiteetti. Keksinnön eräässä edullisessa vaihtoehdossa, 30 jossa mainitut pumput ovat standardituotteita, tämä toteute taan helposti siten, että syöttöpumpun standardisarjan mukaan poistopumpuksi valitaan samasta standardisarjasta aina seu-raavaksi suurempi pumppukoko.

35 Keksinnön avulla saavutetaan haluttu tavoite: dispergointi laitteen toimiva sisätila pysyy dispergoinnin aikana olennaisesti tyhjänä, kun syöttöpumpun kapasiteetti on poistopumpun li 5 89136 kapasiteettia oleellisesti pienempi. Tämä puolestaan takaa dispergointilaitteen tehokkaan toiminnan.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan ohei-5 sen yksinkertaistetun prosessikaavion avulla.

Keksinnön mukainen laitteisto käsittää roottorisekoittimen 1, jossa on ainakin kaksi vastakkaisiin suuntiin pyöritettävää sekoituskehästöä. Tämä sekoituslaite voi esimerkiksi olla 10 PCT-hakemuksessa PCT/FI90/00280 esitettyä tyyppiä. Sekoitus- kehästöissä on törmäysesteet, jotka kehästöjen pyöriessä kohdistavat dispergointiväliaineeseen huomattavia leikkaus-voimia, joiden ansiosta laitteeseen tuotavat kiinteät hienojakoiset pigmentit tai sentapaiset partikkelit saadaan tehok-15 kaasti dispergoiduiksi veteen tai muuhun dispergointiväli aineeseen.

Keksinnön edullisessa sovellutusmuodossa pigmentit syötetään yht'aikaa dispergointiväliaineen kanssa sekoittimen 1 keskei-20 seen nieluun. Syöttämiseen käytetään tällöin vakiovirran tuottavaa syrjäytyspumppua 2, kuten monospiraalipumppua. On kuitenkin myös mahdollista ensin muodostaa dispergoitavista aineista esiliete tavallisessa sekoitussäiliössä 3, joka liete pumpataan syöttöpumpun 2 avulla roottorisekoittimeen 1. .-25 Kaaviossa tätä vaihtoehtoista virtausreittiä on kuvattu kat koviivoilla. Syöttämällä pigmentit kuivina voidaan syöttö-pumpun 2 tehonkulutusta vähentää. Toisaalta punnitus- ja annostelutarkkuuksien vuoksi eräissä tapauksissa voi olla edullista esisekoittaa dispersion komponentit ennen sekoitti-. : 30 messa 1 tapahtuvaa varsinaista dispergointia.

Dispergointilaitteesta 1 saatava dispersio, esim. pigmentti-liete, poistetaan laitteesta poistoputken yhteyteen järjestetyllä poistopumpulla 4, joka syöttöpumpun lailla on vakiovir-. '.Ϊ35 ta- eli syrjäytyspumppu, esim. monospiraalipumppu. Poisto- pumppu on valittu siten, että sen nimelliskapasiteetti on syöttöpumpun nimelliskapasiteettia noin 5...50 % suurempi.

6 89136

Edullisesti poistopumpun nimelliskapasiteetti on noin 10... 30 % syöttöpumpun kapasiteettia suurempi.

Syöttö- ja poistopumppujen säätöelimet on yhdistetty pyöri-5 misnopeuden säätimeen 5, joka puolestaan on kytketty rootto- risekoittimen kehästöjä käyttävän moottorin säätölaitteeseen 6. Pumppujen pyörimisnopeuksia säädetään sanotun moottorin kierrosluvun mukaan siten, että pyörimisnopeuksien suhde pysyy oleellisesti vakiona. Koska pumput ovat syrjäytyspump-10 puja, niin myös niiden tuottamien tilavuusvirtojen suhde pysyy lähes muuttumattomana.

I:

Claims (7)

7 89136 Patentt ivaat imukset:

1. Dispergointilaite hienojakoisten pigmenttien tai senta-5 paisten partikkeleiden ja veden tai muun dispergointiväliai- neen sekoittamiseksi keskenään mahdollisimman korkean kuiva-ainepitoisuuden omaavan lietteen muodostamiseksi, joka laite käsittää sekoittimen (1), jossa on ainakin kaksi samankeskistä 10 pyöritettävää kehää, jotka on varustettu törmäyspin- noilla ja joista ainakin yksi on sovitettu pyörimään vastakkaiseen suuntaan toiseen kehään (toisiin kehiin) nähden, jolloin kehät muodostavat dispergointivyöhyk-keen, ja 15. sekoittimeen (1) yhdistetyt dispergoitavan aineen syöt tölaitteet (2) ja dispergoidun aineen poistolaitteet (4), tunnettu siitä, että mainitut syöttö- ja poistolaitteet koostuvat syrjäytysvirtapumpuista (2, 4), joiden kapasiteetit on säädetty laitteessa käsiteltävän ainemäärän 20 mukaan siten, että poistopumpun (4) kapasiteetti kaikissa olosuhteissa on suurempi kuin syöttöpumpun (2) kapasiteetti, jolloin laitteen (1) toimiva sisätila on työn aikana olennaisesti tyhjä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että syöttöpumppu (2) ja poistopumppu (4) ovat sähköisesti yhteenkytketyt niin, että niiden kapasiteettisuhde aina säilyy samana.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että syöttöpumppu (2) ja poistopumppu (4) ovat mekaanisesti yhteenkytketyt niin, että niiden kapasiteettisuhde aina säilyy samana.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että syöttöpumppu (2) ja poistopumppu (4) ovat samantyyppisiä syrjäytyspumppuja, jotka joka kier- 8 89136 roksella paine-erosta riippumatta tuovat ja vievät saman suhteellisen volyymin.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu 5 siitä, että syöttö- ja poistopumppu (2, 4) ovat monospiraa- li-, lohko-, hammasratas- tai sentapaisia vakiovirtapumppuja.

6. Menetelmä sellaisen dispergointilaitteen käyttämiseksi, joka käsittää 10. sekoittimen (1), jossa on ainakin kaksi samankeskistä pyöritettävää kehää, jotka on varustettu törmäyspin-noilla ja joista ainakin yksi on sovitettu pyörimään vastakkaiseen suuntaan toiseen kehään (toisiin kehiin) nähden, jolloin kehät muodostavat dispergointivyöhyk-15 keen, ja sekoittimeen (1) yhdistetyt dispergoitavan aineen syöt-töpumpun (2) ja dispergoidun aineen poistopumpun (4), tunnettu siitä, että sekoittimen syöttö- ja pois-topumppujen (2, 4) toimintaa säädetään laitteella käsiteltä-20 vän ainemäärän mukaan siten, että poistopumpun (4) poistoka- pasiteetti pidetään aina syöttöpumpun (2) syöttökapasiteettia suurempana.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että poistopumpun (4) poistokapasiteetti pidetään 5... 50. syöttöpumpun (4) syöttökapasiteettia suurempana. f. 9 89136