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Dispergiergeräte

Dispergiergeräte und -maschinen in Labor und Produktion

| Autor/ Redakteur: Frauke Nefedow* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Ob Farben, Lebensmittel, Kosmetik oder Medikamente: Viele Substanzen bestehen aus mehreren Stoffen, die sich nicht ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Dass sie dennoch als homogene Suspensionen und Emulsionen auf den Markt kommen, dafür sorgen Dispergiergeräte.

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Abb. 1: Die richtige Kombination von Rotor und Stator ist ein wichtiges Kriterium für eine gelungene Dispergieraufgabe.
Abb. 1: Die richtige Kombination von Rotor und Stator ist ein wichtiges Kriterium für eine gelungene Dispergieraufgabe.
(Bild: IKA)

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Dispergieren bedeutet, einen Stoff – die disperse Phase – in einem anderen Stoff – der kontinuierlichen Phase – zu verteilen. Die Industrie dispergiert meist, um eine Emulsion oder eine Suspension zu erhalten. Beide sind Gemische mit einer flüssigen kontinuierlichen Phase. Bei einer Suspension ist darin ein Feststoff fein verteilt, bei einer Emulsion ist auch die disperse Phase flüssig.

Physikalisch geht es beim Dispergieren darum, die Grenzflächenspannung zwischen den Phasen zu überwinden. Sie versucht eine möglichst kleine Grenzfläche zu bilden und verhindert die Trennung der Phasen. Das Dispergieren gleicht die Phasengrenzen der zu mischenden Stoffe aus, indem es ihre Grenzoberflächen vergrößert. Das geschieht, indem Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikel auf möglichst gleiche Größen zerkleinert werden. Damit sich die Phasen mit der Zeit nicht wieder trennen, werden oft Emulgatoren und Stabilisatoren zugesetzt. In der Küche sorgt das Schlagen mit dem Schneebesen für die Dispersion von Öl und Essig. Ein Eigelb verfeinert diese Soße nicht nur, sondern wirkt auch als Emulgator.

Auf Touren: Das Rotor-Stator-Prinzip

Dispergierer verwenden meist das Rotor-Stator-Prinzip. Damit wird die zerkleinerungswirksame Energie durch hochtourig rotierende Teile eingebracht.

Der Rotor bewirkt, dass das Medium axial in den Dispergierkopf gesaugt, umgelenkt und radial durch die Schlitze der Rotor-Stator-Anordnung gepresst wird. Die Beschleunigungskräfte wirken dabei mit sehr starken Scher- und Schubkräften auf das Material. Zusätzlich durchmischt die Turbulenz im Scherspalt zwischen Rotor und Stator die Suspension oder Emulsion. Maßgeblich für den Dispergier-Wirkungsgrad ist das Produkt aus dem Schergradienten und der Verweilzeit der Partikel im Scherfeld. Der optimale Bereich für die Umfangsgeschwindigkeit der Rotor- Stator-Anordnungen liegt bei 10 bis 24 m/sec.

Speziell entwickelte Rotor-Stator- Systeme ermöglichen vielfältige und kundenspezifische Anwendungen:

  • Begasen,
  • Dispergieren,
  • Emulgieren,
  • Entstippen,
  • Extrahieren,
  • Feinst- und Grobzerkleinern,
  • Homogenisieren,
  • Lösen,
  • Mischen,
  • Neutralisieren,
  • Polymerisieren,
  • Recyclen,
  • Reaktionsbeschleunigen,
  • Umlagern,
  • Zellaufschluss oder
  • Zerfasern.

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