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Seewasser-Suspensionen mit zur Verbrennung geeigneter Viskosität zur Eindüsung in den Heisswind- strom von Hochöfen, Brennstoffmischanlagen, Heizkraftwerksanlagen u. dgl.
Unter Suspensionen und Emulsionen als unter den Oberbegriff "Dispersionen" fallend sind Systeme zu verstehen, deren eine Phase eine Flüssigkeit darstellt, während die andere Phase aus kleinen festen Teilchen (Suspensionen) oder aus flüssigen Teilchen (Emulsionen) besteht, wobei im letzteren
Fall die beiden nicht mischbaren flüssigen Phasen zunächst getrennt vorliegen. Wegen der feinen
Verteilung der dispersen Phase besitzt eine Dispersion in der Regel eine extrem grosse Grenzflächenenergie mit der Folge, dass ein derartiges isothermes System bestrebt ist, seine freie Energie zu reduzieren, was leicht zu einer Instabilität des Systems führt.
Aus diesem Grunde ist es bekannt, derartige Systeme mittels Dispergiermittel zu stabilisieren, die die Aufgabe haben, zum einen die
Feststoffteilchen, die in einer Flüssigkeit verteilt werden sollen, gut zu benetzen, und zum andern die einmal getrennten Teilchen gegen Agglomeration zu schützen. Vielfach ist dies mit einer ein- zigen Substanz nicht optimal erreichbar. Neben ionogenen Hilfsstofferi sind auch nichtionogene
Hilfsstoffe bekannt, wobei im letzteren Fall jeweils mit Hilfe des HLB-Wertes (hydrophile-lipophile- - balance) abgeschätzt werden kann, welche nichtionogenen Tenside sich für bestimmte Anwendungs- gebiete eignen. So kommen z. B. für die Emulgierung von Wasser in Öl Tenside mit HLB-Werten zwischen 3 und 6 in Frage. Soll dagegen Öl in Wasser emulgiert werden, so werden Tenside in einem
HLB-Bereich zwischen 8 und 18 abgewandt werden.
Sowohl für das Suspensieren als auch für das Emulgieren sind Einrichtungen bekannt, wie z. B. verschiedenartige Rührwerke und Maschinen, die nach dem Rotor-Stator-Prinzip arbeiten, sowie ferner Schüttel- und Schlagmaschinen, Vibratoren, Mischpumpen, Ultraschallgeräte und die sogenann- ten Kolben-Homogenisatoren.
Besondere Schwierigkeiten ergaben sich jedoch bei der Herstellung von Schweröl/Wasser-Emul- sionen, die durch Verwendung spezieller Katalysatoren überwunden werden konnten. Beim Einsatz von Schweröl in Kesseln und Motoren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Verbrennungs- vorgang extrem kleine Wasserpartikel mit einem dünnen Mantel Schweröl umgeben und von einer
Eingangstemperatur am Brenner von 750C unverzüglich auf eine Verbrennungstemperatur von
1200 bis 13000C aufgeheizt werden. Die Wasserpartikel verwandeln sich dabei in überhitzten Dampf und die folgende Mikro-Explosion zerstäubt das Schweröl in Moleküle, wodurch eine bessere Ver- brennung erreicht wird ("Öl + Wasser", Energie Jahrg. 31, Nr. 2, Februar 1979).
Nach einem weiteren bekannten Verfahren zum Eindüsen einer Schweröl-Wasser-Emulsion in
Betriebshochöfen erfolgt eine Verbesserung der Ölzerstäubung durch Veränderung der Konsistenz des Schweröls insofern, als durch den Zusatz von Wasser und Additiven zum Öl eine erhebliche
Verringerung der Teilchengrösse erreicht werden konnte, nachdem die Überlegungen vorausgegangen waren, eine Verringerung der Tröpfchengrösse durch eine bessere Zerstäubung mittels aus Kessel- feuerungen bekannten Druckzerstäuberbrennern zu erreichen, die jedoch als nicht ausreichend ange- sehen worden war.
Eine zeitbeständige Öl-Wasser-Emulsion wurde dann mit Homogenisatoren herge- stellt, in denen das Öl bei Drücken von 90 bis 120 bar mit 3 bis 5% Wasser emulgiert wurde ("Eindüsen einer Schweröl-Wasser-Emulsion in Betriebshochöfen", Thyssen Technische Berichte Heft 2/78,
Seiten 1 bis 6).
Nach der DE-AS 2310321 ist eine Emulgier- und Dispergiervorrichtung mit mindestens einer aus wenigstens zwei relativ zueinander rotierenden konzentrischen Kränzen von Werkzeugen, vorzugsweise Rotor und Stator gebildeten Arbeitsstufe, bei der die Werkzeugkränze aus durch Nuträume getrennten Zahnelementen als Werkzeuge bestehen, die wenigstens zum Teil scherend zusammenarbeiten und um einen als zentrale Zuführungskammer dienenden Ansaugraum herum angeordnet sind und mit gegebenenfalls bis zu hohen Ultraschallwerten reichender Frequenz zusammenarbeiten, bekanntgeworden,
bei der die Nuträume in Umfangsrichtung eingrenzenden parallelen Flächen benachbarter Zahnelemente des einen von zwei in einer Arbeitsstufe zusammenwirkenden Werkzeugkränzen gegenüber den die Nuträume eingrenzenden Flächen der Zahnelemente des andern Werkzeugkranzes in axialer Richtung in einem spitzen Winkel liegen. Auf Grund dieser Ausgestaltung soll die Gefahr der Trichterbildung im Medium und damit des Luftansaugens vermindert und gleichzeitig
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die Umwälzwirkung und damit die Dispergierwirkung entscheidend verbessert werden.
Eine Mischvorrichtung, insbesondere für die Herstellung organischer Isocyanate in einem
Einstufenverfahren, ist durch die DE-OS 1956777 bekanntgeworden. Diese Mischvorrichtung ist durch eine im Mischreaktor angeordnete zylindrische Kammer mit am Umfang angeordneten Einlassöffnungen für die zu mischenden Bestandteile, einem in der Kammer koaxial angeordneten, mit Schaufeln ausgestatteten Rotor, dessen Schaufelenden mit der inneren Kammerwand einen sehr geringen Abstand bilden, sowie einer am Umfang der zylindrischen Kammer angeordneten Auslassöffnung für das erhaltene Gemisch gekennzeichnet. Mit einer derart ausgebildeten Mischvorrichtung ist ein kon- tinuierliches, im geschlossenen Kreislauf arbeitendes Verfahren zur Herstellung von organischen Isocyanaten aus einem Amin in einer einzigen Stufe möglich.
Die bekannten Emulgier- und Dispergiervorrichtungen sind auf Grund ihrer konstruktiven
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Schweröl- oder leichten Heizöl-Wasser-, insbesondere Seewasser-Emulsionen oder Kohlenstaub-Wasser-, insbesondere Seewasser-Suspensionen geeignet, denn die mit den bekannten Vorrichtungen hergestellten Emulsionen und Suspensionen entmischen sich nach relativ kurzer Zeit, so dass diese Emul- sionen und Suspensionen gleich verwendet werden müssen und sich für eine Zwischenlagerung über einen längeren Zeitraum nicht eignen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Öl-, insbesondere Schweröl- oder leichte Heizöl-Wasser- - Emulsionen und Kohlenstaub-Wasser-Suspensionen im Niederdruckverfahren herzustellen, die eine hohe Langzeitbeständigkeit auch dann noch aufweisen, wenn an Stelle von Wasser Seewasser als wässerige Phase verwendet wird, so dass die erhaltenen Emulsionen und Suspensionen auch noch für eine Zeit zwischengelagert werden können, ohne dass eine Entmischung eintritt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung gemäss der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäss in der Weise ausgebildet ist, dass die über zwei Mengendosierpumpen mit Ansaugstutzen und Druckstutzen von oben beschickte Dispergiereinrichtung aus einem Gehäuse mit einem feststehenden konischen, mit einer Verzahnung versehenen Aussenring und mit einem sich in dem Aussenring drehenden konischen, mit einer der Verzahnung des Aussenringes entsprechenden
Verzahnung versehenen Drehkörper besteht, wobei auch der Aussenring und der Drehkörper so konisch geformt sind, dass in Fliessrichtung zum Austritt hin der Querschnitt sich stetig verkleinert und ein ringförmiger
Mahlspalt gebildet wird, der durch in den einander gegenüberliegenden Wandflächen des Aussen- ringes und des Drehkörpers ausgebildeten kavernenartigen Vertiefungen begrenzt ist.
Mit einer derart ausgebildeten Vorrichtung ist die Herstellung langzeitbeständiger Öl-, insbe- sondere Schweröl- oder leichte Heizöl-Wasser-Emulsionen und Kohlenstaub-Wasser-Suspensionen möglich, die auf Grund ihrer hohen Langzeitbeständigkeit nicht gleich einem Verbrauch zugeführt werden müssen, sondern eine Zwischenlagerung für eine längere Zeit erlauben, ohne sich dabei zu ent- mischen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, derartige Suspensionen und Emulsionen jederzeit
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gemäss ausgebildeten Vorrichtung Emulsionen und Suspensionen hergestellt werden können, bei denen als wässerige Phase Seewasser verwendet wird.
Dies ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung der vorliegenden Brennstoff-Mischanlage für Antriebsaggregate, die in Wasserfahrzeugen eingebaut sind und die somit in Verbindung mit einer Viskositätsüberwachung eine einwandfreie Brennstoffabmischung erfordern. Hinzu kommt, dass für das Erreichen einer hohen Langzeitbeständigkeit keine Zusätze den Suspensionen und Emulsionen hinzugefügt werden müssen, um die Stabilität der Emulsionen und Suspensionen aufrechtzuerhalten. Ausserdem ist es nicht erforderlich, dass mit Hilfe von HLB-Werten abgeschätzt werden muss, welche nichtionogenen Tenside oder ionogenen Hilfsstoffe verwendet werden müssen, um die beiden Phasen miteinander emulgieren oder suspensieren zu können. Dabei ist es völlig unerheblich, ob Wasser in Öl oder Öl in Wasser emulgiert werden soll.
Die Vorrichtung ist mit gleich gutem Erfolg auch dann einsetzbar, wenn die äussere Phase öl oder Wasser darstellt. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass mit der Vorrichtung, die im Niederdruckverfahren arbeitet, stabile Emulsionen und Suspensionen erhalten werden können, was auf die Zuordnung der beiden Dosierpumpen in Verbindung mit der speziell ausgebildeten Dispergiereinrichtung zurückzuführen ist.
Bei der Herstellung der Suspensionen werden feste Phasen, wie Kohlenstaub, mit einem sehr
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hohen Feinheitsgrad verwendet. Besonders vorteilhaft hat sich darüber hinaus auch noch gezeigt, dass mit der Vorrichtung schwefelhaltige Schweröl-Wasser-Emulsionen erhalten werden, die über eine lange Zeit stabil bleiben. Standzeiten der Ermulsionen und Suspensionen, die mit einer derartig ausgebildeten Vorrichtung erhalten werden, betragen mehrere Tage, u. zw. auch dann, wenn als wässerige Phase Seewasser für die Herstellung der Emulsionen und Suspensionen verwendet wird.
Der erhaltene Emulsionsfeinheitsgrad beträgt maximal 3 p und minimal 2 p bei hoher, gleichmässiger Verteilung der beiden Phasen.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Ausbildung einer sehr grossen und intensiven Wirbelsäule im Bereich des Mahlspaltes der Dispergiereinrichtung dann erreicht werden kann, wenn jede kavernenartige Vertiefung in den Wandflächen des Aussenringes und des Drehkörpers der Dispergiereinrichtung einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweist.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen und Suspensionen dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 die Vorrichtung in einer schaubildlichen Ansicht, Fig. 2 den feststehenden Aussenring mit dem Drehkörper der Dispergiereinrichtung der Vorrichtung zum Herstellen von Emulsionen und Suspensionen in einem senkrechten Teilschnitt und Fig. 3 und 4 verschiedene Ausführungsformen der kavernenartigen Vertiefungen in dem Aussenring und dem Drehkörper der Dispergiereinrichtung in senkrechten Teilschnitten.
Die Vorrichtung zur Herstellung von Suspensionen und Emulsionen besteht aus einem Traggestell --10--, auf dem zwei Mengendosierpumpen --20 und 120-- angeordnet sind, deren Ansaugstutzen mit --21 und 121-- und deren Druckstutzen mit --22 und 122-- bezeichnet sind (Fig. 1).
Die Druckstutzen --22, 122-- der beiden Dosierpumpen --20, 120-- sind in einer Leitung --25-zusammengeführt, die in eine Dispergiereinrichtung-30-- mündet, deren Austrittsstutzen--32-in ein in an sich bekannter Weise ausgebildetes Viskosimeter --40-- mündet, dessen Gehäuse mit einem bei --42-- angedeuteten Austrittsstutzen versehen ist, über den die hergestellte Emulsion abgezogen wird.
Die Dispergiereinrichtung --30-- besteht aus einem Gehäuse --33--, in dessen Innenraum ein Aussenring --34-- feststehend angeordnet ist, in dessen Innenraum wieder ein Drehkörper --35-- rotierend angetrieben ist. Zwischen den sich gegenüberliegenden Wandflächen --34a und 35a-- des Aussenringes --34-- und des Drehkörpers --35-- ist ein ringförmiger Mahlspalt ausgebildet, der in Fig. 2 bei --36-- angedeutet ist.
Der Aussenring --34-- ist konisch verlaufend ausgebildet und
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entsprechenden Verzahnung versehen, wobei durch die Konizität des Aussenringes --34-- und des Drehkörpers --35-- ein in Fliessrichtung zum Austrittsquerschnitt hin sich verkleinernder ringförmiger Mahlspalt --36-- ausbildet. Durch die in den einander gegenüberliegenden Wandflächen - -34a, 35a- des Aussenringes --34-- und des Drehkörpers --35-- vorgesehenen Verzahnungen sind kavernenartige Vertiefungen-134 und 135-- ausgebildet, die, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, eine spezielle Querschnittsformgebung aufweisen können.
Hier weisen die kavernenartigen Vertiefungen - -134, 135-- elliptische oder kreisförmige Querschnitte auf mit der Folge, dass im ringförmigen Mahlspalt eine Wirbel- und Mischzone ausgebildet wird, in der eine sehr intensive Verwirbelung
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sondere durch diese spezielle Ausgestaltung der kavernenartigen Vertiefungen --134, 135-- in den Wandflächen --34a, 35a-- des Aussenringes --34-- und des Drehkörpers --35- der Dispergierein- richtung -30-- werden starke Wirbelströme erzeugt, die zu einer innigen Vermischung, Verwirbelung und Verkleinerung der beiden Phasen führen mit der Folge, dass langzeitbeständige Emulsionen bzw.
Suspensionen erhalten werden.
Die bei --42-- abgezogene Emulsion bzw. Suspension kann sogleich in eine entsprechend in an sich bekannter Weise ausgebildete Verbrennungskammer eingeleitet werden, ohne dass eine Zuführung der Emulsion bzw. Suspension unter hohem Druck erforderlich ist.
Die gesamte Vorrichtung kann in einem Gehäuse oder in einem Teilgehäuse --200-- unter- gebracht sein. Letzteres ist frontseitig vorgesehen und nimmt die erforderlichen Ein- und Ausschalter, Messgeräte und Kontroll- und Signalleuchten sowie Bedienungsknöpfe auf Fig. 1).