Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Stoffen und Stoffgemischen
Vorliegendes Patent bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Stoffen und Stoffgemischen, z. B. zur Aufschliessung, Lösung, Vermischung, Emulgierung, Homogenisierung, Verfeinerung, Vergrösserung der Kontaktfläche, gegebenenfalls zur Durchführung oder Beschleunigung chemischer Kontaktprozesse usw.
Bei bekannten Verfahren, in welchen man den zu behandelnden Stoff durch einen konischen Ringspalt leitet, muss der Stoff schon von Beginn an sehr energisch angegriffen werden, wobei oft wertvolle Eigenschaften der Struktur verlorengehen. So tritt bei diesen Verfahren, z. B. bei der Behandlung faseriger Stoffe, deren Faserstruktur und Faserlänge für das Endprodukt von Wichtigkeit ist, eine Kürzung oder andere Beschädigung der Einzelfaser und damit eine Schwächung des Endproduktes, z. B. des Papiers, ein.
Bei diesen Verfahren ist aber anderseits die Wirkung ungenügend, wenn die Durchführungsbedingungen auf schonende Behandlung des Stoffes ausgerichtet sein sollen. Der Stoff kann dann weitgehend durch den Ringspalt in ungenügend behandeltem Zustand abfliessen, weil er nur stellenweise und nur zufällig in eine Scherungszone gelangt. Wegen der ungleichmässigen Scherung erhält der Stoff auch nur eine inhomogene Behandlung. Bei der Durchführung chemischer Kontaktprozesse sind bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen verhältnismässig lange Verweilzeiten und Reaktionszeiten erforderlich. Auch sind vielfach ungenügende Homogenität und ungenügende Kontaktfläche die Ursache ungleichmässiger Stoffstruktur.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden diese Nachteile dadurch behoben, dass der Stoff einem mindestens eine Arbeitsstufe aufweisenden Arbeitsspalt unter Beschleunigung zugeführt, in demselben in mehrere Arbeitsräume aufgeteilt, dabei in seiner Fortbewegungsgeschwindigkeit periodisch gehemmt und dadurch in Schwingungen versetzt und gleichzeitig der Scherung, Prallung und Zerreissung ausgesetzt wird.
Die Frequenz, mit welcher der Stoff in seiner Fortbewegungsgeschwindigkeit periodisch gehemmt und dadurch in Schwingungen versetzt wird, kann je nach Stoffstruktur und Behandlungszweck gewählt werden und somit im Schall- oder Ultraschallbereich liegen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Stoff mindestens in einem Teil des Arbeitsspaltes in Schwingungen versetzt werden, deren Frequenz im Ultraschallbereich liegt.
In den Stoff können während seiner Behandlung Zusatzstoffe bzw. Reagenzien eingeführt werden.
Vorzugsweise werden diese Zusatzstoffe bzw.
Reagenzien in den Arbeitsspalt eingeführt.
In besonders zweckmässiger Weise kann der Stoff schon vor dem Arbeitsspalt einer Vorbehandlung durch Scherung, Prallung oder Mahlung unterworfen werden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Stoff nach dem Arbeitsspalt einer plötzlichen Entspannung unterworfen werden.
Ferner kann er nach der Entspannung der Wirkung einer weiteren Arbeitsstufe unterworfen werden; vorzugsweise wird er in dieser weiteren Arbeitsstufe Wirkungen mit Ultraschall-Frequenzen ausgesetzt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten, relativ zueinander rotierenden, einen Arbeitsspalt zwischen sich einschliessenden Körpern und ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Körper wenigstens einen Kranz von in den Arbeitsspalt hineinragenden Organen aufweist, wobei die be nachbarten Organe desselben Kranzes Hohlräume begrenzen und so bemessen sind, dass sie die Fortbewegung des Stoffes durch den Arbeitsspalt periodisch unterbrechen.
Die beiden Körper können ausser mindestens einer aus zusammenarbeitenden Organkränzen bestehenden Arbeitsstufe noch mindestens eine Stufe von zusammenarbeitenden, in Richtung der Mantellinien oder geneigt zu den Mantellinien oder längs gekrümmten Linien verlaufenden Rippen aufweisen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung erlauben nun bei schonender Behandlung eine intensive, homogene Behandlung des Stoffes.
Durch zweckmässige Anordnung weiterer Stufen vor und/oder nach dem Arbeitsspalt kann man ausserdem mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der Vorrichtung Behandlungen mit allen technisch interessanten Frequenzen und Intensitäten bei bester Qualität des Endproduktes erreichen.
Die Zeichnung zeigt einige beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung und Anwendungsbeispiele derselben.
Fig. I ist ein Axialschnitt durch das erste Beispiel, den konischen Rotor zur Hälfte in Ansicht zeigend.
Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch das zweite Beispiel und
Fig. 3 ein Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, wobei der erweiterte Teil des Konusgehäuses teilweise weggebrochen ist.
Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch die dritte Ausführungsform, und die
Fig. 5 bis 8 sind Schnitte gemäss den Linien V-V, VI-VI, VIl-VIl und VIII-VIII der Fig. 4.
Fig. 9 ist ein Axialschnitt durch die eine Hälfte des vierten Beispiels,
Fig. 10 eine Variante zu Fig. 6 in grösserem Massstabe,
Fig. 11 ein Axialschnitt durch einen Teil des fünften Beispiels, die Schaufeln und die Schnecke in Ansicht zeigend.
Fig. 12 zeigt den Einbau der Vorrichtung gemäss Fig. 4 in einem Umleitungssystem.
Fig. 13 bis 17 zeigen im Axialschnitt verschiedene Anwendungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 1 hat ein konisches, zweiteiliges, den Stator bildendes Gehäuse 1 mit einem Einlassstutzen 2 und einem Auslassstutzen 3. Die beiden Gehäusehälften sind mittels Flanschen 4 miteinander verschraubt. Beim Eintritt hat das Gehäuse 1 an seiner Innenwandung zuerst längs Mantellinien verlaufende Statorrippen 5 von rechteckigem, trapezförmigem oder anderem Querschnitt mit dazwischenliegenden, in der Hauptbewegungsrichtung des zu behandelnden Stoffes verlaufenden Statorrillen oder -kanälen 6. Auf die Statorrippen 5 folgen am Gehäuse 1 drei Reihen von Organkränzen 7. Jeder auf einen vorangehenden Organkranz folgende Organkranz hat zwecks Steigerung der Frequenz der auf den Stoff einwirkenden Effekte eine grössere Anzahl Organe und kleinere Organquerschnitte als der vorangehende.
Auf die Organkränze 7 folgen am Gehäuse 1 wiederum längs Mantellinien der konischen Gehäuseinnenwandung verlaufende Statorrippen 8 mit dazwischenliegenden, in der Hauptbewegungsrichtung verlaufenden Rillen oder Kanälen 9. An diese Rippen 8 schliessen sich am Gehäuse 1 als Teil einer letzten Behandlungsstufe vier Stator-Organkränze 10 an. Jeder in der Hauptbewegungsrichtung auf den vorangehenden Organkranz folgende Organkranz hat zwecks Steigerung der Frequenz der auf den Stoff wirkenden Effekte eine grössere Anzahl von Organen mit kleinerem Querschnitt als der vorangehende Organkranz 10. In Lagern 11 des zweiteiligen Gehäuses 1 ist eine Welle 12 drehbar gelagert, die für ihren Antrieb eine Riemenscheibe 13 oder dergleichen trägt. Auf der Welle 12 ist der konische, hohle Rotor 14 befestigt.
Dieser Rotor 14 hat im Bereiche der Statorrippen 5 längs den Mantellinien verlaufende Rotorrippen 15 gleichen oder anderen Querschnitts als die Statorrippen 5 und zwischen den Rippen 15 in der Hauptbewegungsrichtung verlaufende Rillen oder Kanäle 16. Im Bereiche der Stator-Organkränze 7 trägt der Rotor 14 drei zwischen die Stator-Organkränze 7 greifende, mit den Organkränzen 7 scherend zusammenarbeitende Organkränze 17. Zahl und Querschnitt der Organe aufeinanderfolgender Rotorkränze 17 ändern sich entsprechend der Zahl und dem Querschnitt der Statorkränze 7.
Auf die Organkränze 17 folgen auf dem Rotor 14 im Bereiche der Rippen 8 des Stators mit diesen zusammenarbeitende Rotorrippen 18 mit dazwischenliegenden, in der Hauptbewegungsrichtung verlaufenden Rillen oder Kanälen 19 und im Bereiche der Stator-Organkränze 10 hat der Rotor 14 zwischen die Organkränze 10 greifende, scherend mit diesen zusammenarbeitende Rotor-Organkränze 20. Zahl und Querschnitt der Organe aufeinanderfolgender Kränze 20 ändern sich entsprechend der Zahl und dem Querschnitt der Organe der Statorkränze 10. Im Bereiche des Auslassstutzens 3 sind am Rotor 14 Pumpenflügel 23 zur Begünstigung des Abtransportes des behandelten Stoffes angebracht.
Die miteinander zusammenarbeitenden Statorrippen 5 und Rotorrippen 15 bzw. Statorrippen 8 und Rotorrippen 18 lassen zwischen sich einen konischen Arbeitsspalt 21 bzw. 22 frei, dessen eventuell einstellbare Breite (z. B. durch Axialverstellung des Rotors 14) sich nach der Art des Stoffes und der gewünschten Behandlung richtet. Bei der Einstellung der Breite des Arbeitsspaltes werden auch die Flanken und scherenden Kanten der ineinandergreifenden Organe 7 und 17 axial gegeneinander verschoben, wodurch die Scherung in ihrer Intensität verändert oder ganz aufgehoben werden kann. Alle oder ein Teil der Rippen 5, 15 und 8, 18 und/oder der Organe der Organkränze 7, 17 und 10, 20 können schraubenlinienförmig oder sonstwie gebogen oder gegenüber den Mantellinien des Gehäuses 1 bzw. des Konus 14 geneigt sein, um z.
B. die Behandlung von zähflüssigen und thixotropen Substanzen zu begünstigen.
Den Statorrippen und/oder Organen kann man eine gegenüber den Rotorrippen und/oder Rotororganen entgegengesetzte schraubenlinienförmige Verdrehung oder Neigung geben, was eine stärkere Wirbelung und Prallung des Stoffes zwischen den Rippen bzw. Organen zur Folge hat. Die Rippen und/oder Organe können mit Bohrungen oder Schlitzen oder anderen Durchbrechungen versehen werden, was sich gleichfalls in einer Verstärkung der Wirbelung des Stoffes auswirkt.
Die Rippen 5 und 15 und/oder 8 und 18 können, je nach der Art des zu behandelnden Stoffes und dem Ziel der Behandlung, weggelassen und durch Organkränze ersetzt werden. Es können auch mehr als zwei Rippengruppen vorgesehen werden.
Man kann z. B. im Bereiche der Organkränze 7, 17 und/oder 10, 20, von denen auch nur eine oder mehr als zwei Gruppen mit weniger als drei oder mehr als vier Kränzen vorgesehen sein können, einen oder mehrere Statorkränze weglassen und die benachbarten Rotororgane sich auch über den Bereich der weggelassenen Statororgane erstrecken lassen.
Dadurch entstehen aus längeren Rotororganen zusammengesetzte, die Förderwirkung erhöhende Pumpringe, die, wenn gewünscht, auch schraubenlinienförmig gekrümmt oder gegenüber den Mantellinien geneigt sein können. In diesem Falle und/oder im Fall der geneigten oder gekrümmten Rippen und/ oder Organe kann der Arbeitsspalt auch zylindrisch sein.
Das Gehäuse 1 kann auch drehbar sein, sofern es nur immer eine zum Rotor 14 relative Drehung ausführt.
Der durch den Eintrittsstutzen 2 z. B. mittels einer Pumpe in die Vorrichtung geförderte Stoff gelangt zuerst in die Kanäle oder Rillen 6 und 16 und in den Spalt 21. Der Stoff in den Rillen 16 wird infolge der Drehung des Rotors 14 in die Rillen 6 zwischen den Statorrippen 5 geschleudert, die Rillen 16 entleeren sich also am vordern Ende dauernd.
Dadurch entsteht am Eintritt in den Rotor 14 eine Saugwirkung, die unter Umständen ein Hineinpumpen des Stoffes durch den Stutzen 2 entbehrlich machen kann. Die Rillen oder Kanäle 6 werden infolge der Schleuderwirkung des Rotors 14 bis über ihren Kopf hinaus mit Stoff angefüllt, so dass der Stoff im Spalt 21 durch die an den Köpfen der Rippen 5 vorbeirotierenden Köpfe der Rotorrippen 15 abgeschert oder abgeschält wird. Die Hauptwirkung der ersten Rillenstufe 5, 15 liegt aber in der Druckwirkung auf den Stoff, welche eine schonende, verhältnismässig ruhige Vorbehandlung des Stoffes und ausserdem infolge der Konizität des Gehäuseinnenmantels eine Weiterbeförderung des Stoffes in der Hauptbewegungsrichtung, also längs Mantellinien des Innenmantels gegen die Organkränze 7, 17 hin bewirkt.
Der kontinuierliche Materialstrang in den Rillen 6 und im Spalt 21 wird am Ende der Rippen durch den vordersten vorbeifliegenden Organkranz 17 plötzlich gehemmt und abgeschert. Nun erfährt der Stoff in und zwischen den Organkränzen 7 und 17 eine intensive Behandlung durch Scherung, Mahlen, Quetschen, innere Reibung, Wandreibung, Druckgefälle, kinematisch erzeugte Impulse, wobei infolge des vom ersten zum letzten Organkranz anwachsenden Durchmessers und zusätzlich infolge der sich erhöhenden Organzahl von Kranz zu Kranz die Frequenz steigt, und zwar je nach Wahl der verschiedenen Daten bis in den Ultraschallbereich, sofern die Art des Stoffes und das Ziel der Behandlung dies erfordern, so dass eventuell schon in der Organkranzgruppe 7, 17 bei flüssigem Stoff Kavitation auftritt.
Nach dem Austritt aus der Organkranzgruppe 7, 17 gelangt der Stoff in die zweite Rippengruppe 8, 18, wo die gleichen, infolge des grösseren Durchmessers allerdings verstärkten Effekte auftreten, wie in der ersten Rippengruppe 5, 15, das heisst der Stoff erfährt hier eine Beruhigung und teilweise Scherung, unterliegt aber hauptsächlich einer Druckwirkung, die ihn, ohne Hemmung durch Organe, der zweiten Organkranzgruppe 10, 20 zuführt, wo die im Zusammenhang mit der ersten Organkranzgruppe beschriebenen Effekte infolge des grösseren Durchmessers und der grösseren Organzahlen noch intensiver und mit noch höheren Frequenzen auftreten.
Nach dem Austritt aus der Organkranzgruppe 10, 20 tritt der Stoff in den die Pumpenflügel 23 aufnehmenden Raum, wo er entspannt wird, und strömt von hier, begünstigt durch die Wirkung der Pumpenflügel 23, durch den Auslassstutzen 3, worauf er, wenn erwünscht, zu erneuter Behandlung in den Einlassstutzen 2 oder einen Zwischenstutzen z. B. im Bereiche der Rillen 8, 18 wieder in den Arbeitsspalt zurückgeführt werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eignet sich besonders gut zur Behandlung auch sehr empfindlicher Stoffe, wie z. B. die Aufschliessung und Verfeinerung von Zellulose (z. B. Altpapier) oder ähnlicher Rohstoffe mit zusammenhängenden Fasern in einem Arbeitsgang in wirtschaftlicher Weise und unter Schonung der Fasern. In der ersten der vier kontinuierlich ineinander übergehenden Behandlungsstufen 5, 15; 7, 17; 8, 18 und 10, 20 wird der Stoff zuerst in der Stufe 5, 15 einer niedrigen Frequenz kinematischer Effekte, z. B. zur Zerlegung in kleinere Faserbündel, dann in der zweiten Stufe 7, 17 einer höheren Frequenz, hierauf in der dritten Stufe 8, 18 zur schonenden Zwischenbehandlung (z.
B. schonende Weiterauflockerung des Faserverbandes) und zur Beschleunigung der in der Stufe 7, 17 gehemmten Hauptbewegung einer wiederum kleineren Frequenz und in der vierten Stufe zur Fertigbehandlung einer höchsten Frequenz ausgesetzt. Die Zahl, die Art und die Reihenfolge der aufeinanderfolgenden Stufen verschiedener Frequenzen richtet sich nach den Eigenschaften des Stoffes, z. B. nach dessen Härte, Zähigkeit, Reife, nach der Empfind lichkeit der Fasern oder der Verleimung derselben usw.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 2 und 3 unterscheidet sich vom Beispiel der Fig. 1 einmal dadurch, dass auf dem konischen Gehäuse 1' und dem Rotor 14' Rippengruppen fehlen und nur Organkranzgruppen vorhanden sind. Der Stoff unterliegt also gleich beim Eintritt in den Rotor 14' höher- und hochfrequenten Effekten von der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Art, wobei infolge der Zunahme des Durchmessers des konischen Gehäuses 1' und des konischen Teils 24 des Rotors 14' und der Zunahme der Organzahl von Kranz zu Kranz die Frequenz vom Eintritt zum Austritt dauernd wächst.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 2 und 3 unterscheidet sich aber von Fig. 1 weiter noch dadurch, dass sich am Ende des konischen Teils 24 des Rotors 14' ein weiterer konischer Teil 25 mit grösserem Öffnungswinkel als der Teil 24 anschliesst. Dieser Teil 25 ist gleichfalls mit Organkränzen 26 besetzt, die mit Organkränzen 27 des dem Teil 25 entsprechenden konischen Teils 28 des Gehäuses 1' scherend zusammenarbeiten. An den Teil 25 des Rotors 24 schliesst sich ein konischer Teil 29 an, dessen Öffnungswinkel kleiner als derjenige des Teils 25 und etwa gleich dem Öffnungswinkel des Teils 24 ist.
Auch der Teil 29 ist mit Organkränzen 30 besetzt, die zwischen Organkränze 31 eines dem Teil 29 entsprechenden Teils 32 des Gehäuses 1' greifen und mit diesen scherend zusammenarbeiten. Das Gehäuse 1' ist wiederum, wie in Fig. 1, zweiteilig, wobei die beiden Hälften mittels der Flansche 4' miteinander verschraubt sind.
Der durch den Einlassstutzen 2' z. B. unter der Wirkung einer Pumpe eintretende Stoff gelangt zuerst in und zwischen die Organkränze 7' und 17' und unterliegt den gleichen Effekten, wie in Fig. 1 im Zusammenhang mit der Organkranzgruppe 7, 17 beschrieben, wobei die Frequenz der Effekte vom Anfang des Teils 24 bis zu dessen Ende wächst. Zur Verbesserung der Vorwärtsbewegung des Stoffes in der Hauptbewegungsrichtung können, wie im Zu sammenhang mit Fig. 1 beschrieben, einzelne Stator Organkränze 7 weggelassen und dort Pumpringe vorgesehen werden. Auch hier kann man die Organflanken längs Schraubenlinien anordnen, wobei die Schraubenlinien für die Statororgane entgegengesetzt gewunden sein können wie die Schraubenlinien der Rotororgane 17.
Auch den Pumpringen kann man Schraubenlinienform geben oder sie zu Mantellinien des Teils 24 geneigt anordnen. In beiden Fällen kann man den Arbeitsspalt der ersten und dritten Stufe zylindrisch machen. Gelangt der Stoff in und zwischen die Organkränze 26 und 27, so unterliegt er infolge des grösseren Öffnungswinkels der Teile 25 und 28 einer stärkeren Pumpwirkung als vorher.
An der Übergangsstelle vom Teil 24 zum Teil 25 und im ganzen Bereich der Organkranzgruppe 26, 27 tritt z. B. stärkere Kavitation auf als in der Organkranzgruppe 7', 17', weil der Stoff aus der Organkranzgruppe 7', 17' dem in der Gruppe 26, 27 sehr stark beschleunigten Stoff nicht rasch genug nachkommt. Während also in der Organkranzgruppe 7', 17' der Stoff sich in einer Überdruckzone befindet, so gelangt er in der Organkranzgruppe 26, 27 in eine Unterdruckzone. Beim Übergang von der Organkranzgruppe 26, 27 zur Organkranzgruppe 30, 31 tritt infolge des kleineren Öffnungswinkels der Teile 29, 32 das Umgekehrte ein, das heisst der Stoff gelangt in der Organkranzgruppe 30, 31 wiederum in eine Überdruekzone und entspannt sich beim Austritt aus derselben.
Je nach der Art des Stoffes und dem Ziel der Bearbeitung können an die Stufe 29 weitere unter einem Winkel zueinander stehende Stufen angesetzt werden. Bei der Anordnung der Fig. 2 erleidet also der Stoff nicht nur Druckänderungen zwischen einzelnen Organen der Organkränze, sondern auch Druckänderungen von Stufe zu Stufe.
Auch an den Teilen 25 und 29 könnten, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, Pumpringe vorgesehen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann man die Organkranzgruppen 26, 27 und 30, 31 weglassen, so dass nur der Teil 24 mit den mit den Organkränzen 7' zusammenarbeitenden Organkränzen 17' übrigbleibt. Zur Begünstigung des Abtransportes des behandelten Stoffes aus dem Auslassstutzen 3' sind am Rotor 14' Pumpflügel 23 vorgesehen.
Eine weitere Ausführungsform kann darin bestehen, dass man auch im Beispiel der Fig. 1 abgewinkelte Stufen gemäss den Stufen 25 und 29 der Fig. 2 und eventuell noch weitere an die Organkranzgruppe 10, 20 anschliesst.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 4 bis 8 hat ein mit Füssen 31 versehenes, hohles, einen Stator bildendes Gehäuse 32. Der Eintrittsstutzen 33 mündet in einen zylindrischen Gehäuseteil 34, der mit längs Mantellinien verlaufenden Rippen 35 versehen ist. Auf den zylindrischen Gehäuseteil 34 folgt ein sich konisch erweiternder Gehäuseteil 36, in dessen Innenwandung mit Kränzen von Organen 37 versehene Ringe 38 eingesetzt sind. Die Ringe 38 oder einzelne Organe 37 können auswechselbar am Gehäuseteil 36 angeordnet sein. Am Austrittsende des Gehäuseteils 36 schliesst sich der einen Auslassstutzen 59 aufweisende Gehäuseteil 39 für ein Vorrichtungsteil an, dessen Wirkungsweise z. B. in den Schweizer Patenten Nrn. 288154, 304025 und 311794 beschrieben ist.
Die Statororgane 40 dieses Vorrichtungsteils sind an einem am Gehäuseteil 39 montierten Ring 41 festgemacht. Das die Teile 34, 36 und 39 aufweisende Gehäuse 32 ist zweiteilig, wobei die Gehäusehälften mittels der Flanschen 42 miteinander verschraubt sind. Eine in den Lagern 43 des Gehäuses 32 drehbar abgestützte Welle 44 trägt für ihren Antrieb eine Keilriemenscheibe 45 und im zylindrischen Gehäuseteil 34 eine mit den Rippen 35 zusammenarbeitende Förderschnecke 46, die zwecks Anpassung an den zu behandelnden Stoff auswechselbar oder in ihrer Steigung in bekannter Weise veränderbar sein kann.
An Stegen 50 (Fig. 6) eines mittels der Naben 47 auf der Welle 44 befestigten, konischen Hohlkörpers 48 sind Schaufeln 49 befestigt, die an ihren Aussenrändern Organe 51 aufweisen, von denen jedes zwischen zwei benachbarte Kränze von Statororganen 37 greift und mit diesen scherend zusammenarbeitet.
Wie Fig. 6 zeigt, sind die Schaufeln 49 eben und liegen in Radialebenen. Gemäss Fig. leu können die Schaufeln 49' aber auch gekrümmt sein. Nach dem letzten, auf dem grössten Durchmesser sitzenden Organ der Schaufeln 49 begrenzen der äussere Mantel des konischen Hohlkörpers 48 und die im Bereiche dieses Mantels liegenden Statorringe 38 einen engen, konischen Arbeitsspalt 52, in welchen die Organkränze 37 der Statorringe 38 und die Organkränze 53 des Hohlkörpers 48 hineinragen, und welcher, wie in den vorangehenden Beispielen, gegebenenfalls auch zylindrisch sein könnte. Der Hohlkörper 48 und der Gehäuseteil 36 können, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, teilweise auch mit längs Mantellinien verlaufenden Rippen besetzt sein, und/oder der Hohlkörper 48 könnte auch weiter oben erläuterte Pumpringe tragen.
Die Organkränze 53 greifen zwischen die Organkränze 37 und arbeiten mit diesen scherend zusammen. Ausserhalb des Stator-Organkranzes 37 mit dem grössten Durchmesser sitzen auf dem drehbaren Hohlkörper 48 Schaufeln 54, die gemäss Fig. 8 eben und radial angeordnet sind, in einer andern Ausführungsform aber auch gekrümmt sein könnten. Die Eintrittskanten 55 der Schaufeln 54 arbeiten mit dem benachbarten Stator Organkranz 37 und die Austrittskanten 56 mit den Statororganen 40 des nachfolgenden Vorrichtungsteils scherend zusammen. Die Stirnscheibe 57 des Hohlkörpers 48 trägt Kränze von Rotororganen 58, die zwischen die Statororgane 40 greifen und mit diesen scherend zusammenarbeiten. Ausserhalb des äussersten Statorkranzes 40 sind ebene Rotorschaufeln 60 vorgesehen, die an der Stirnscheibe 57 befestigt sind. Diese Schaufeln 60, die auch gekrümmt sein könnten, können auch weggelassen werden.
Wie Fig. 8 zeigt, nimmt zur Steigerung der Frequenz der Effekte der Querschnitt der Organe und der Organlücken der Kränze 40 und 58 von innen nach aussen ab, die Organzahl hingegen zu.
An den Austritt des Stoffes aus der letzten Stufe kann eine Sieb-, Sicht- oder Filtervorrichtung angebaut werden, welche z. B. von der Welle 44 angetrieben wird. Diese Vorrichtung kann aus einer Sieb-, Sicht- oder Filtertrommel von z. B. zylindrischem, konischem oder glockenförmigem Querschnitt bestehen und mit automatischer Entleerung versehen sein.
Die Variante gemäss Fig. 9 unterscheidet sich von der Vorrichtung der Fig. 4 bis 8 im wesentlichen nur dadurch, dass die Statororgane 37', die Schaufelorgane 51' und die Rotororgane 53' so geformt sind, dass die
Welle 44' mit Schnecke 46' und dem Hohlkörper 48' mit der Stirnscheibe 57' nach Wegnahme des Ge häusedeckels 61 axial nach rechts herausgezogen und von dieser Seite auch wieder in axialer Richtung in das Gehäuse eingeführt werden kann. Ein weiterer Unterschied besteht noch darin, dass der äusserste Statorkranz 62 des auf die auch etwas anders geformten Schaufeln 54'folgenden Vorrichtungsteils einen Ring mit Bohrungen 63 darstellt. Anstelle der Bohrungen 63 könnten Schlitze oder anders geformte Durchbrechungen treten.
Die Variante der Fig. 11 unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäss Fig. 4 bis 8 insbesondere dadurch, dass die gekrümmten, mit Vorsprüngen 51" versehenen Schaufeln 49' in einem zylindrischen Gehäuseteil 64, anstatt in einem konischen untergebracht sind und somit sämtliche, mit den Schaufelvorsprüngen 51" zusammenarbeitenden Stator-Organkränze 65 gleichen Durchmesser haben. Vom Eintritt zum Austritt aus dem Gehäuseteil 64 nehmen zwecks Steigerung der Frequenz die Organquerschnitte und die Organlücken der Kränze65 ab, deren Organzahl hingegen zu. Bei geeigneter Länge des Teils 64 arbeiten die Vorsprünge 51" wie eine Knet- und Förderschnecke.
Die Arbeitsweise der Varianten gemäss Fig. 9 und 11 ist sonst im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Vorrichtung gemäss Fig. 4 bis 8. Diese Arbeitsweise wird nachstehend erläutert:
Der durch den Einlassstutzen 33 eintretende Stoff wird durch die Schnecke 46 unter Überdruck in den Bereich der Schaufeln 49 gefördert. Diese Schaufeln schleudern den Stoff gegen die Kanten und Flanken der Statororgane 37. Weiter pressen sie den Stoff radial in die Organlücken der einzelnen Kränze 37 und in die ringförmigen Lücken zwischen benachbarten Kränzen 37. Ausserdem fördern sie den unter wachsendem Druck gegen die mit den Organen 37 versehene Gehäusewandung gepressten Stoff axial in Richtung des wachsenden Durchmessers.
Der Stoff wird zwischen den gezahnten Schaufeln 49 und der gezahnten Gehäusewandung in schnellem Wechsel Überdruck, Unterdruck, Quetschung, Scherung, Prallung, Reflexion, Wandreibung, innerer Reibung und den entsprechenden Begleitwirkungen unterworfen. Die Kanten der zusammenarbeitenden Organe können je nach Zweck scharf bis stumpf sein, so dass man die Intensität der Scherung, Quetschung oder Prallung nach Wunsch wählen kann. Der axiale Abstand zwischen den zusammenarbeitenden Organflanken zweier benachbarter Organkränze 37, 51 kann gleichfalls nach Wunsch gewählt oder durch axiale Verschiebung des Rotors gegenüber dem Stator während des Betriebes mit bekannten Mitteln geändert werden.
Die Rippen und/oder Schaufelorgane können teilweise oder alle nachgiebig elastisch und z. B. aus natürlichen oder künstlichen Elastomeren hergestellt sein, so dass eine reibende Behandlung des Stoffes möglich ist.
Die Frequenz der oben erwähnten, auf den Stoff ausgeübten Wirkungen hängt von der Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelorgane 51 und der Zahl der Organe 37 und 51 ab, denn diese Wirkungen treten bei jeder Begegnung eines Schaufelorgans 51 gegenüber einem Statororgan 37 auf und sind von Impulsen begleitet, die dem Stoff mitgeteilt werden.
Die Frequenz wächst mit steigendem Durchmesser der gezahnten Schaufelränder und der Stator-Organkränze 37. Ist die Umfangsgeschwindigkeit im kleinsten Durchmesser z. B. 10 m/s und liegen in diesem Durchmesser in einem Meter Umfang z. B. dreissig Statororgane 37 und acht Schaufelorgane 51, so ergibt sich eine Frequenz von 1 X 30 X 10 = 300Hz.
Bei dieser Frequenz unterliegt der Stoff der bekannten Wirkung einer niederfrequenten Beschallung, bei welcher die mechanischen Effekte noch überwiegen.
Da bei der axialen Weiterbewegung des Stoffes im Bereiche der Schaufeln 49 infolge Zunahme des Durchmessers und der Zahl der Organe 37 und 51 pro Meter Umfang die Frequenz der physikalischen Effekte immer grösser wird, wird der Stoff immer intensiver bearbeitet. Sind z. B. im Bereiche der letzten vor dem Arbeitsspalt 52 liegenden Organe 37, 51 der Durchmesser und die Organzahl pro Meter Umfang 1,5 mal so gross wie am Eintritt nach der Schnecke 46, so ist die Frequenz in diesem Austrittsquerschnitt 300 X 1,5 X 1 5 = 675 Hz.
Gelangt der Stoff in den Arbeitsspalt 52, so treten grundsätzlich die gleichen Effekte auf wie im Bereich der Schaufeln 49. Sie haben aber hier viel grössere Intensität, weil im engen Arbeitsspalt 52 der Stoff nicht mehr ausweichen kann. Es tritt nun auch eine plötzliche, ausserordentliche Frequenzerhöhung auf. Hat z. B. der erste Rotor-Organkranz im Bereiche des Arbeitsspalts 52 dreissig Organe 53 und der Statororgankranz der Querschnittsebene fünfzig Organe 37 pro Meter Umfang, so ergibt sich bei 16 m/s Geschwindigkeit dieser Querschnittsebene eine Frequenz der Effekte von 1 X 50 X 16 = 800 Hz.
Diese Frequenz wächst im Bereich des Arbeitsspalts 52 mit wachsendem Durchmesser von Kranz zu Kranz der Rotors und Statororgane und wird durch feiner werdende Unterteilung der Organe der aufeinanderfolgenden Kränze noch zusätzlich gesteigert. So kann man z. B. am Austrittsende des Arbeitsspalts 52 bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 20 m/s und bei vierzig Rotororganen 53 und fünfzig Statororganen 37 eine Frequenz von 1000 Hz erreichen.
Beim Austritt aus dem Arbeitsspalt 52 gelangt der Stoff in die von den Schaufeln 54 begrenzten Hohlräume (Fig. 8), in denen Unterdruck herrscht, und zwar infolge der plötzlichen Querschnittserweiterung, der rechtwinkligen Umlenkung in den auf die Schaufeln 54 folgenden Vorrichtungsteil und der Saugwirkung der Schaufeln 54 und des die Zwischenräume zwischen den Organen 40 und 58 verhältnismässig gut nach aussen abdichtenden Stoffes. Infolge der plötzlichen Entspannung des Stoffes in den Hohlräumen tritt eine explosionsartige, tiefgreifende
Auch beliebige andere Stoffe können zur Dispergierung, Suspendierung, Homogenisierung, zur Durchführung chemischer Kontaktprozesse usw. in der erfindungsgemässen Vorrichtung behandelt werden. Durch das Anbringen von Zu- und Ableitungen können Zusatzstoffe (z. B. Säuren, Basen, Salze, Katalysatoren, Lösungsmittel usw.) zu- und Teile des behandelten Gutes in beliebigen Stadien des Verfahrens abgeführt werden.
Die Behandlung in der erfindungsgemässen Vorrichtung kann in sehr kurzen Zeiträumen von z. B.
Sekunden oder wenigen Minuten durchgeführt werden.
In Fig. 12 ist die Vorrichtung gemäss Fig. 4 an ein aus Rohren und Regulierventilen bestehendes Umleitungssystem angeschlossen. Dieses System ist einerseits mittels des Rohrstückes 66 am Einlassstutzen 33 und mittels des T-Stückes 67 am Auslassstutzen 59 der Vorrichtung angeschlossen. Der Einlass 68 in das Umleitungssystem ist mit dem T-Stück 67 und damit mit dem Austritt 69 aus dem System durch ein T Stück 70 verbunden. Der Stutzen 71 dieses T-Stückes 70 steht über ein Ventil 72 mit einem Rohrstutzen 73 der Vorrichtung gemäss Fig. 4 in Verbindung. Dieser Stutzen 73 mündet etwa am Eintritt in den Arbeitsspalt 52 in die Vorrichtung ein. Zwischen dem Einlass 68 und dem T-Stück 70 befindet sich eine durch einen Hebel 74 betätigbare Klappe 75, die um die Achse 76 schwenkbar ist.
Verschliesst die Klappe das T-Stück 70, und ist auch das Ventil 72 geschlossen, so strömt der Stoff durch den Einlass 68 und den Eintrittsstutzen 33 in die Vorrichtung gemäss Fig. 4 ein und verlässt sie durch den Auslassstutzen 59, das T-Stück 67 und den Auslass 69. Wünscht man eine längere Behandlung des Stoffes in der Vorrichtung, so öffnet man das Ventil 72 ganz oder teilweise.
Dann strömt der Stoff aus dem T-Stück 67 nach links und gelangt durch die Teile 71 bis 73 wieder in die Vorrichtung, und zwar insbesondere in den Arbeitsspalt 52 derselben. Diesen Kreislauf kann man bei schwer zu verarbeitendem Material beliebig lange fortsetzen. Schliesst man das Ventil 72 ganz und die Klappe 75 teilweise, so zirkuliert der Stoff durch die ganze Vorrichtung und durch die Teile 59, 67, 70, 75, 66 wiederum zurück in die Vorrichtung. Da aber die Klappe 75 nur teilweise geschlossen ist, gelangt gleichzeitig etwas frischer Stoff durch den Einlass 68 in den Kreislauf und wird zusammen mit dem bereits zirkulierenden Stoff der Behandlung der Vorrichtung unterworfen.
Gleichzeitig wird aber immer ein Teil des sich in Behandlung befindenden Stoffes bei 69 abtransportiert, und zwar so viel, wie die teilweise geöffnete Klappe 75 an unbehandelten Stoff in die Vorrichtung hineingelangen lässt. Es kann aber auch ein Austrittsventil am Auslass 69 zwecks Regulierung der austretenden Mengen ganz oder teilweise geschlossen werden. Die Regulierung der verschiedenen Ventile und Klappen kann gekuppelt und auf an sich bekannte Weise automatisiert werden.
Der Ultraschall-Generator 40, 58 kann zur Anpassung der Vorrichtung an die Art des Stoffes und des Ziels der Bearbeitung auswechselbar sein. Die Intensität der Wirkung der Vorrichtung kann auch durch Änderung der Drehzahl und/oder der Antriebsleistung und/oder der Konizität des Arbeitsspaltes herunter bis auf einen zylindrischen Spalt variiert werden, so dass der Anwendungsbereich der erfindungsgemässen Vorrichtung ein ausserordentlich gro sser ist. So kann z. B. für einen durch seine Struktur sehr widerstandsfähigen, aber trotzdem schonend zu behandelnden Faserstoff die Intensität der einzelnen Effekte durch Reduktion der Drehzahl so weit reduziert werden, dass der Stoff beim Eintritt in die Vorrichtung sehr schonend und dann allmählich stärker aufgeschlossen wird, bis er zuletzt in feinster Struktur, z. B. als Einzelfaser, die Vorrichtung verlässt.
Anderseits kann z. B. zur Fibrillierung eines Faserstoffes (z. B. Zellulose) mit einer hohen Intensität begonnen werden.
Der Stoff kann auch in einzelnen Komponenten beim Eintritt oder an andern Stellen zugeführt werden. Durch Veränderung der Geschwindigkeit und/ oder der Zahl der Organe in den einzelnen Stufen lassen sich in der erfindungsgemässen Vorrichtung alle technisch interessanten Frequenzen und Intensitäten erreichen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann z. B. ein- oder angebaut werden in Rohrleitungen, Behältern, Maschinenaggregaten, wie z. B. Zerstäubungsanlagen, Extraktionsvorrichtungen, Kochern, Raffinationsanlagen, Reaktionsvorrichtungen usw.
Anhand der Fig. 13 bis 17 werden nachstehend einige Anwendungsbeispiele beschrieben:
In Fig. 13 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung, z. B. gemäss Fig. 4, in einem Behälter 77 eingebaut, und zwar so, dass der Ultraschall-Generator 40, 58, also der Austritt unten und der Eintritt oben liegt.
Die Welle 44 ist durch ein Lager 100 nach aussen geführt und trägt ausserhalb des Behälters die Antriebsscheibe 45'. Man kann den im Behälter 77 befindlichen Stoff beliebig oft wiederholt einer Behandlung in der erfindungsgemässen Vorrichtung unterziehen.
Fig. 14 zeigt eine Misch-, Dispergier- und Homogenisieranlage. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist mit ihrem Austritt oben und mit ihrem Eintritt unten vermittels eines Tragkreuzes 78 des Behälters 79 in demselben aufgehängt. Die Welle 44' der Vorrichtung, die in einem Lager 82 des Tragkreuzes 78 und in einem obern Lager 83 abgestützt ist, wird aus dem Behälter 79 herausgeführt und erhält ihren Antrieb ausserhalb des Behälters auf nicht dargestellte Weise. Der durch den Einlass 80 in den Behälter 79 eingeführte Stoff wird durch die erfindungsgemässe Vorrichtung so lange kontinuierlich behandelt, bis er den gewünschten Behandlungsgrad erreicht hat.
Hierauf wird er dem Behälter 79 durch den Auslass 81 entnommen.
Im Anwendungsbeispiel gemäss Fig. 15 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung, deren Welle 44" durch ein Lager 101 des obern Behälterbodens nach aussen tritt, mittels einer Tragkonstruktion 84 am obern Boden des Behälters 86 so aufgehängt, dass der Austritt aus der Vorrichtung oben liegt. Am Eintritt in die Vorrichtung ist ein Saugrohr 85 angeschlossen, das sich bis in den untersten Teil des Behälters 86 erstreckt. Der Stoff wird von unten durch das Saugrohr 85 aus dem Behälter angesaugt und nach dem Austritt aus der Vorrichtung in den über dem Stoff liegenden leeren Raum in fein disperser Verteilung ausgeworfen. Diese Anlage ermöglicht die gleichzeitige Begasung oder Belüftung des aus der erfindungsgemässen Vorrichtung ausgesprühten Stoffes im obern, leeren Behälterraum, indem man durch die Leitung 87 Luft oder ein anderes Gas in den Behälter einführt.
Bei entsprechender Wahl der Intensität der Behandlung in der erfindungsgemässen Vorrichtung kann der im Behälter befindliche Stoff, wenn er schaumig ist oder fein verteilte Gase enthält, auch entgast werden. Das geht so vor sich, dass der aus der erfindungsgemässen Vorrichtung als feine Tröpfchen austretende Stoff mit ihrem Luft- oder Gaskern gegen die Wandung des Behälters 86 geprallt wird. Schon in der erfindungsgemässen Vorrichtung selbst erfolgt eine weitgehende Separierung des Gases vom Stoff durch die unterschiedlichen spezifischen Gewichte des Stoffes. Die noch im Stoff verbleibenden Gasbläschen werden beim Aufprall auf die Behälterwandung befreit, der schwere Stoff fällt nach unten, und das Gas kann durch die Leitung 88 aus dem Behälter entweichen.
Fig. 16 zeigt die Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung an einem Zellstoffkocher 89 mit dem Auslassventil 90. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist an der Aussenseite des Bodens des Behälters 89 angeflanscht. Der Austritt des Stoffes aus der Vorrichtung erfolgt in eine Leitung 91. Der Kocher 89 wird nach beendeter Vorbereitung der in demselben befindlichen Zellulose, Holzschnitzel oder dergleichen bei gleichzeitiger Inbetriebsetzung der erfindungsgemässen Vorrichtung durch Heben des Ventils 90 geöffnet, so dass der gekochte Zellulosestoff in die Vorrichtung eintritt und darin erfindungsgemäss verarbeitet wird.
Fig. 17 veranschaulicht eine Sprühtrocknungsanlage, in welcher die erfindungsgemässe Vorrichtung Anwendung findet. Diese Vorrichtung ist mit ihrem Eintritt nach oben und mit ihrem Austritt nach unten am obern Boden eines Behälters 92 im Innern desselben angeflanscht. Die Welle 44V der Vorrichtung tritt aus dem Behälter heraus und ist mit einem über diesem Behälter liegenden Motor 93 gekuppelt. Der zu behandelnde Stoff tritt durch zwei durch Schieber 94 steuerbare Leitungen 95 in die erfindungsgemässe Vorrichtung ein. Durch den unteren Boden des Behälters tritt eine Zufuhrleitung 96 für warme, trokkene Luft, die durch den Verteiler 97 ins Behälterinnere austreten kann. Im unteren Boden des Behälters ist weiter ein Auslass 98 vorgesehen, über welchem eine Abtransportvorrichtung 99 angeordnet ist.
Der durch die Leitungen 95 oder eine derselben in die erfindungsgemässe Vorrichtung eintretende Stoff wird zersprüht. Der fein zersprühte Stoff fällt in Tröpfchen nach unten und kann auf dem Fallwege durch Einblasen warmer, trockener Luft durch die Leitung 96 getrocknet werden, so dass er in feiner bis feinster Flockenform auf dem unteren Behälterboden anfällt und durch die Abtransportvorrichtung 99 durch den Auslass 98 abgeführt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann ebenso mit sehr geringer Drehzahl als auch mit gegenüber den angeführten Beispielen bedeutend erhöhter Drehzahl, je nach Stoffart und Bearbeitungszweck, betrieben werden. Bei niedriger Drehzahl erfüllen die gesamte Vorrichtung sowie die einzelnen Stufen eine knetende und plastizierende Arbeit. Bei höchster, praktisch erreichbarer Drehzahl des Rotors werden höchste Ultraschallwerte und damit Verbesserungen des Stoffaufschlusses bei Faserstoffen, z. B. bei Zellstoff zur Papierverarbeitung, erheblich bessere Festigkeitswerte und andere Eigenschaften der aus solchen Zellstoffen hergestellten Papiere erzielt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht beim Betriebe der erfindungsgemässen Vorrichtung mit sehr hoher Beschleunigung des Stoffes und entsprechend hohen Frequenzen eventuell bis zu Ultraschallwerten physikalische und/oder chemische Umwandlungen von Stoffen, die bis heute nur unter Anwendung sehr umständlicher Verfahren und sehr kostspieliger und umständlicher Apparaturen möglich sind, z. B. die Dispersions-Polymerisation, die Polymerisation unter Zwischenschaltung einer Vernebelung innerhalb der erfindungsgemässen Vorrichtung und einer anschliessenden Kondensation, Kontaktprozesse und Reaktionen unter Einschaltung einer Verdampfungsphase, in der die umzuwandelnden Stoffe der chemischen Reaktion in Dampfform unterworfen werden.
Die Überführung in die Dampfform erfolgt durch entsprechend hohe Beschleunigung und hochfrequente Bearbeitung in der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei in den Unterdruckzonen verhältnismässig geringe Temperaturen auftreten und genügen, während eventuell erforderliche hohe Temperaturen in den Hochdruck- und Hochfrequenzzonen auftreten. Die Vorrichtung kann zur Durchführung solcher Verfahren mit an sich bekannten weiteren Teilaggregaten, beispielsweise zur Kühlung, zur Erhitzung unter Druck oder Vakuum, zur Extraktion usw. versehen werden.
Method and device for the treatment of substances and mixtures of substances
The present patent relates to a method and an apparatus for treating substances and mixtures of substances, e.g. B. for breaking down, dissolving, mixing, emulsifying, homogenizing, refining, enlarging the contact area, if necessary for carrying out or accelerating chemical contact processes, etc.
In known processes in which the substance to be treated is passed through a conical annular gap, the substance has to be attacked very vigorously from the start, with valuable structural properties often being lost. So occurs in these methods, for. B. in the treatment of fibrous materials whose fiber structure and fiber length is important for the end product, a shortening or other damage to the individual fiber and thus a weakening of the end product, e.g. B. of paper.
On the other hand, with these methods the effect is insufficient if the implementation conditions are to be geared towards gentle treatment of the substance. The substance can then largely flow off through the annular gap in an insufficiently treated condition because it only gets into a shear zone in places and only by chance. Because of the uneven shear, the fabric only receives an inhomogeneous treatment. When carrying out chemical contact processes, the known methods and devices require relatively long residence times and reaction times. In addition, insufficient homogeneity and insufficient contact surface are often the cause of uneven material structure.
With the method according to the invention, these disadvantages are eliminated by feeding the material to a working gap with at least one working step under acceleration, dividing it into several working spaces, periodically inhibiting its speed of movement and thereby causing it to vibrate and at the same time subjecting it to shear, impact and tearing becomes.
The frequency with which the speed of movement of the material is periodically inhibited and thereby set into oscillation can be selected depending on the structure of the material and the purpose of the treatment and can therefore be in the sonic or ultrasonic range.
According to a preferred embodiment of the invention, the substance can be caused to vibrate at least in part of the working gap, the frequency of which is in the ultrasonic range.
Additives or reagents can be introduced into the substance during its treatment.
These additives or
Reagents introduced into the working gap.
In a particularly expedient manner, the material can be subjected to a pretreatment by shearing, impact or grinding even before the working gap.
According to a preferred embodiment of the invention, the material can be subjected to a sudden relaxation after the working gap.
Furthermore, after the relaxation of the effect, it can be subjected to a further work stage; it is preferably exposed to effects with ultrasound frequencies in this further work stage.
The inventive device for performing the method consists of two coaxially arranged, relative to each other rotating bodies enclosing a working gap between them and is characterized in that each of the two bodies has at least one ring of organs protruding into the working gap, the neighboring organs being of the same wreath delimit cavities and are dimensioned so that they periodically interrupt the movement of the material through the working gap.
In addition to at least one working step consisting of cooperating organ wreaths, the two bodies can also have at least one step of cooperating ribs running in the direction of the surface lines or inclined to the surface lines or longitudinally curved lines.
The method according to the invention and the device now allow an intensive, homogeneous treatment of the substance with gentle treatment.
With the appropriate arrangement of further stages before and / or after the working gap, the method and device according to the invention can also be used to achieve treatments with all technically interesting frequencies and intensities with the best quality of the end product.
The drawing shows some exemplary embodiments of the device according to the invention and application examples thereof.
Figure I is an axial section through the first example showing the conical rotor halfway in view.
Fig. 2 is an axial section through the second example and
Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 2, wherein the enlarged part of the cone housing is partially broken away.
Fig. 4 is an axial section through the third embodiment, and the
FIGS. 5 to 8 are sections according to the lines V-V, VI-VI, VIl-VIl and VIII-VIII of FIG.
Fig. 9 is an axial section through one half of the fourth example,
10 shows a variant of FIG. 6 on a larger scale,
Figure 11 is an axial section through part of the fifth example, showing the blades and the screw in perspective.
FIG. 12 shows the installation of the device according to FIG. 4 in a diversion system.
13 to 17 show, in axial section, various application examples of the device according to the invention.
The embodiment according to FIG. 1 has a conical, two-part housing 1, which forms the stator, with an inlet connection 2 and an outlet connection 3. The two housing halves are screwed together by means of flanges 4. When entering, the housing 1 has on its inner wall first stator ribs 5 running along surface lines of rectangular, trapezoidal or other cross-section with intermediate stator grooves or channels 6 in the main direction of movement of the substance to be treated. The stator ribs 5 are followed on the housing 1 by three rows of Organ wreaths 7. Each organ wreath following a preceding organ wreath has a larger number of organs and smaller organ cross-sections than the preceding one, in order to increase the frequency of the effects acting on the substance.
The organ wreaths 7 on the housing 1 are in turn followed by stator ribs 8 running along the surface lines of the conical inner wall of the housing with grooves or channels 9 in between, running in the main direction of movement. These ribs 8 are joined by four stator organ wreaths 10 on the housing 1 as part of a final treatment stage. Each organ ring following the preceding organ ring in the main direction of movement has a larger number of organs with a smaller cross-section than the preceding organ ring 10 in order to increase the frequency of the effects acting on the substance. In bearings 11 of the two-part housing 1, a shaft 12 is rotatably mounted, which carries a pulley 13 or the like for their drive. The conical, hollow rotor 14 is fastened on the shaft 12.
This rotor 14 has in the area of the stator ribs 5 along the surface lines rotor ribs 15 of the same or a different cross-section than the stator ribs 5 and between the ribs 15 in the main direction of movement extending grooves or channels 16. In the area of the stator organ rim 7, the rotor 14 carries three between Organ wreaths 17 engaging the stator organ wreaths 7 and cooperating with the organ wreaths 7 in a shearing manner. The number and cross section of the organs of successive rotor wreaths 17 change according to the number and cross section of the stator wreaths 7.
On the rotor 14 in the region of the ribs 8 of the stator, the organ rims 17 are followed by rotor ribs 18 with intervening grooves or channels 19 running in the main direction of movement and in the region of the stator organ rim 10, the rotor 14 has between the organ rims 10, The number and cross-section of the organs of successive wreaths 20 change according to the number and cross-section of the organs of the stator wreaths 10. In the area of the outlet connector 3, pump blades 23 are attached to the rotor 14 to facilitate the removal of the treated substance .
The cooperating stator ribs 5 and rotor ribs 15 or stator ribs 8 and rotor ribs 18 leave a conical working gap 21 or 22 free between them, the width of which can be adjusted (e.g. by axial adjustment of the rotor 14) depending on the type of material and the desired treatment. When setting the width of the working gap, the flanks and shearing edges of the interlocking organs 7 and 17 are also axially displaced against one another, as a result of which the intensity of the shearing can be changed or completely eliminated. All or part of the ribs 5, 15 and 8, 18 and / or the organs of the organ wreaths 7, 17 and 10, 20 can be helical or otherwise bent or inclined with respect to the surface lines of the housing 1 or the cone 14, in order to e.g.
B. to favor the treatment of viscous and thixotropic substances.
The stator ribs and / or organs can be given a helical twisting or inclination opposite to the rotor ribs and / or rotor organs, which results in greater turbulence and impact of the material between the ribs or organs. The ribs and / or organs can be provided with bores or slots or other perforations, which also has the effect of increasing the swirling of the material.
The ribs 5 and 15 and / or 8 and 18 can, depending on the type of substance to be treated and the aim of the treatment, be omitted and replaced by organ wreaths. More than two groups of ribs can also be provided.
You can z. B. in the area of the organ rings 7, 17 and / or 10, 20, of which only one or more than two groups with less than three or more than four rings can be provided, omit one or more stator rings and the adjacent rotor organs also Let extend over the area of the omitted stator elements.
This results in pump rings composed of longer rotor organs, which increase the conveying effect and which, if desired, can also be helically curved or inclined with respect to the surface lines. In this case and / or in the case of the inclined or curved ribs and / or organs, the working gap can also be cylindrical.
The housing 1 can also be rotatable, provided it only ever rotates relative to the rotor 14.
The through the inlet nozzle 2 z. B. by means of a pump in the device conveyed substance first enters the channels or grooves 6 and 16 and into the gap 21. The substance in the grooves 16 is thrown as a result of the rotation of the rotor 14 in the grooves 6 between the stator ribs 5, the Grooves 16 are therefore constantly emptying at the front end.
This creates a suction effect at the entrance to the rotor 14 which, under certain circumstances, can make pumping in the substance through the nozzle 2 unnecessary. As a result of the centrifugal effect of the rotor 14, the grooves or channels 6 are filled with substance up to their head, so that the substance in the gap 21 is sheared or peeled off by the heads of the rotor ribs 15 rotating past the heads of the ribs 5. The main effect of the first groove step 5, 15, however, lies in the pressure effect on the fabric, which requires a gentle, relatively calm pretreatment of the fabric and, due to the conical shape of the inner casing, further conveyance of the fabric in the main direction of movement, i.e. along surface lines of the inner casing against the organ wreaths 7 , 17 causes.
The continuous strand of material in the grooves 6 and in the gap 21 is suddenly inhibited and sheared off at the end of the ribs by the foremost organ rim 17 flying past. Now the substance in and between the organ wreaths 7 and 17 undergoes an intensive treatment through shearing, grinding, squeezing, internal friction, wall friction, pressure gradient, kinematically generated impulses, due to the increasing diameter from the first to the last organ wreath and additionally due to the increasing number of organs The frequency increases from wreath to wreath, depending on the choice of the various data up to the ultrasonic range, provided that the type of substance and the aim of the treatment so require, so that cavitation may already occur in the organ wreath group 7, 17 with liquid substance.
After exiting the group of organs 7, 17, the fabric enters the second group of ribs 8, 18, where the same effects occur as in the first group of ribs 5, 15, but due to the larger diameter, which means that the fabric is relaxed here and partial shear, but is mainly subject to a pressure effect, which, without any inhibition by organs, leads it to the second group of organs 10, 20, where the effects described in connection with the first group of organs are even more intense and with even higher due to the larger diameter and the greater number of organs Frequencies occur.
After exiting the group of organs 10, 20, the substance enters the space accommodating the pump blades 23, where it is relaxed, and flows from here, facilitated by the action of the pump blades 23, through the outlet connection 3, whereupon it, if desired, flows to re-treatment in the inlet port 2 or an intermediate port z. B. in the areas of the grooves 8, 18 can be returned to the working gap.
The embodiment shown in Fig. 1 is particularly suitable for treating very sensitive substances, such as. B. the breakdown and refinement of cellulose (z. B. waste paper) or similar raw materials with coherent fibers in one operation in an economical way and while protecting the fibers. In the first of the four treatment stages 5, 15; 7, 17; 8, 18 and 10, 20 the substance is first in stage 5, 15 of a low frequency of kinematic effects, e.g. B. for cutting into smaller fiber bundles, then in the second stage 7, 17 of a higher frequency, then in the third stage 8, 18 for gentle intermediate treatment (e.g.
B. gentle further loosening of the fiber structure) and to accelerate the main movement inhibited in the stage 7, 17 again a lower frequency and exposed in the fourth stage for the final treatment of a highest frequency. The number, type and order of the successive levels of different frequencies depends on the properties of the substance, e.g. B. according to its hardness, toughness, maturity, according to the sensitivity of the fibers or the glueing of the same, etc.
The embodiment according to FIGS. 2 and 3 differs from the example of FIG. 1 in that there are no groups of ribs on the conical housing 1 'and the rotor 14' and only groups of organ crowns are present. As soon as it enters the rotor 14 ', the substance is subject to higher and high-frequency effects of the type described in connection with FIG. 1, with the increase in the diameter of the conical housing 1' and the conical part 24 of the rotor 14 'and the The number of organs increases from ring to ring, the frequency from entry to exit increases continuously.
The embodiment according to FIGS. 2 and 3 differs even further from FIG. 1 in that at the end of the conical part 24 of the rotor 14 ′ there is a further conical part 25 with a larger opening angle than the part 24. This part 25 is also occupied with organ wreaths 26 which cooperate in a shearing manner with organ wreaths 27 of the conical part 28 of the housing 1 'corresponding to part 25. A conical part 29 adjoins part 25 of rotor 24, the opening angle of which is smaller than that of part 25 and approximately equal to the opening angle of part 24.
The part 29 is also occupied with organ wreaths 30 which grip between organ wreaths 31 of a part 32 of the housing 1 ′ corresponding to part 29 and cooperate with them in a shearing manner. The housing 1 'is in turn, as in FIG. 1, in two parts, the two halves being screwed together by means of the flanges 4'.
The through the inlet port 2 'z. B. under the action of a pump entering substance first gets into and between the organ wreaths 7 'and 17' and is subject to the same effects as described in Fig. 1 in connection with the organ wreath group 7, 17, the frequency of the effects from the beginning of Part 24 grows to the end. To improve the forward movement of the material in the main direction of movement, as described in connection with Fig. 1, individual stator organ rings 7 are omitted and pump rings are provided there. Here, too, the organ flanks can be arranged along helical lines, the helical lines for the stator organs being wound in opposite directions to the helical lines of the rotor organs 17.
The pump rings can also be given a helical shape or they can be arranged inclined relative to the surface lines of the part 24. In both cases, the first and third stage working gap can be made cylindrical. If the substance gets in and between the organ wreaths 26 and 27, it is subject to a stronger pumping action than before due to the larger opening angle of the parts 25 and 28.
At the transition point from part 24 to part 25 and in the entire area of the group of organs 26, 27 occurs, for. B. stronger cavitation than in the organ wreath group 7 ', 17' because the substance from the organ wreath group 7 ', 17' does not follow the substance in the group 26, 27 very strongly accelerated. While the substance is located in an overpressure zone in the group of organs 7 ', 17', in the group of organs 26, 27 it arrives in an underpressure zone. At the transition from the organ wreath group 26, 27 to the organ wreath group 30, 31, the reverse occurs due to the smaller opening angle of the parts 29, 32, i.e. the substance in the organ wreath group 30, 31 again enters an overpressure zone and relaxes when it exits the same.
Depending on the type of material and the aim of the processing, further steps at an angle to one another can be attached to step 29. In the arrangement of FIG. 2, the substance not only suffers pressure changes between individual organs of the organ rim, but also pressure changes from stage to stage.
As described in connection with FIG. 1, pump rings could also be provided on parts 25 and 29. In a further embodiment, the organ wreath groups 26, 27 and 30, 31 can be omitted, so that only the part 24 with the organ wreaths 17 'that cooperate with the organ wreaths 7' remains. Pump blades 23 are provided on the rotor 14 'to facilitate the removal of the treated substance from the outlet connection 3'.
A further embodiment can consist in that, in the example in FIG. 1, angled steps according to steps 25 and 29 of FIG. 2, and possibly even more, are connected to the group of organs 10, 20.
The device according to FIGS. 4 to 8 has a hollow housing 32 which is provided with feet 31 and which forms a stator. The inlet connection 33 opens into a cylindrical housing part 34 which is provided with ribs 35 running along surface lines. On the cylindrical housing part 34 follows a conically widening housing part 36, in the inner wall of which rings 38 provided with rings of organs 37 are inserted. The rings 38 or individual organs 37 can be arranged on the housing part 36 in an exchangeable manner. At the outlet end of the housing part 36 is connected to the housing part 39, which has an outlet connection 59, for a device part whose mode of operation is e.g. B. in Swiss Patents Nos. 288154, 304025 and 311794 is described.
The stator elements 40 of this device part are fastened to a ring 41 mounted on the housing part 39. The housing 32 having the parts 34, 36 and 39 is in two parts, the housing halves being screwed together by means of the flanges 42. A shaft 44 rotatably supported in the bearings 43 of the housing 32 carries a V-belt pulley 45 for its drive and in the cylindrical housing part 34 a screw conveyor 46 cooperating with the ribs 35, which can be exchanged or changed in its pitch in a known manner in order to adapt to the substance to be treated can be.
Blades 49 are attached to webs 50 (FIG. 6) of a conical hollow body 48 attached to shaft 44 by means of hubs 47, and blades 49 have organs 51 on their outer edges, each of which engages between two adjacent rims of stator organs 37 and shears with them cooperates.
As FIG. 6 shows, the blades 49 are flat and lie in radial planes. According to FIG. Leu, the blades 49 'can also be curved. After the last organ of the blades 49, which is seated on the largest diameter, the outer casing of the conical hollow body 48 and the stator rings 38 lying in the region of this casing delimit a narrow, conical working gap 52 in which the organ wreaths 37 of the stator rings 38 and the organ wreaths 53 of the Hollow body 48 protrude, and which, as in the previous examples, could optionally also be cylindrical. The hollow body 48 and the housing part 36 can, as described in connection with FIG. 1, also be partially covered with ribs running along surface lines, and / or the hollow body 48 could also carry pump rings explained above.
The organ wreaths 53 grip between the organ wreaths 37 and cooperate with them in a shearing manner. Outside the stator organ ring 37 with the largest diameter, blades 54 sit on the rotatable hollow body 48, which blades are arranged flat and radially according to FIG. 8, but could also be curved in another embodiment. The leading edges 55 of the blades 54 cooperate with the adjacent stator organ ring 37 and the trailing edges 56 with the stator organs 40 of the following device part in a shearing manner. The end disk 57 of the hollow body 48 carries wreaths of rotor elements 58 which grip between the stator elements 40 and cooperate with them in a shearing manner. Outside the outermost stator ring 40, flat rotor blades 60 are provided, which are attached to the end disk 57. These blades 60, which could also be curved, can also be omitted.
As FIG. 8 shows, in order to increase the frequency of the effects, the cross section of the organs and the organ gaps of the rings 40 and 58 decrease from the inside to the outside, whereas the number of organs increases.
At the exit of the substance from the last stage, a sieve, sifting or filter device can be grown, which z. B. is driven by the shaft 44. This device can consist of a sieve, sifting or filter drum of z. B. cylindrical, conical or bell-shaped cross-section and be provided with automatic emptying.
The variant according to FIG. 9 differs from the device of FIGS. 4 to 8 essentially only in that the stator members 37 ', the blade members 51' and the rotor members 53 'are shaped so that the
Shaft 44 'with worm 46' and the hollow body 48 'with the end plate 57' after removal of the housing cover 61 can be pulled out axially to the right and can also be inserted again in the axial direction into the housing from this side. Another difference is that the outermost stator ring 62 of the device part following the blades 54 ′, which are also somewhat differently shaped, represents a ring with bores 63. Instead of the bores 63, slots or other shaped openings could occur.
The variant of FIG. 11 differs from the device according to FIGS. 4 to 8 in particular in that the curved blades 49 ′ provided with projections 51 ″ are accommodated in a cylindrical housing part 64 instead of in a conical one and thus all with the Blade projections 51 ″ cooperating stator organ rings 65 have the same diameter. From the entry to the exit from the housing part 64, the organ cross-sections and the organ gaps of the wreaths 65 decrease in order to increase the frequency, but their number of organs increases. With a suitable length of the part 64, the projections 51 ″ work like a kneading and conveying screw.
The mode of operation of the variants according to FIGS. 9 and 11 is otherwise essentially the same as that of the device according to FIGS. 4 to 8. This mode of operation is explained below:
The substance entering through the inlet connection 33 is conveyed by the screw 46 under excess pressure into the area of the blades 49. These blades hurl the substance against the edges and flanks of the stator organs 37. They also press the substance radially into the gaps between the organs of the individual rings 37 and into the annular gaps between adjacent rings 37. In addition, they promote the increasing pressure against those with the organs 37 provided housing wall pressed substance axially in the direction of the growing diameter.
Between the toothed blades 49 and the toothed housing wall, the substance is subjected in rapid alternation to excess pressure, negative pressure, crushing, shearing, impact, reflection, wall friction, internal friction and the corresponding accompanying effects. The edges of the cooperating organs can be sharp to blunt, depending on the purpose, so that one can choose the intensity of the shear, crush or impact as desired. The axial distance between the cooperating organ flanks of two adjacent organ rims 37, 51 can also be selected as desired or changed by axially displacing the rotor with respect to the stator during operation using known means.
The ribs and / or blade members can be partially or all resiliently elastic and z. B. made of natural or artificial elastomers, so that a rubbing treatment of the fabric is possible.
The frequency of the above-mentioned effects exerted on the substance depends on the circumferential speed of the blade elements 51 and the number of elements 37 and 51, because these effects occur every time a blade element 51 encounters a stator element 37 and are accompanied by impulses that communicated to the substance.
The frequency increases with increasing diameter of the toothed blade edges and the stator organ rim 37. If the circumferential speed in the smallest diameter z. B. 10 m / s and are in this diameter in a meter circumference z. B. thirty stator organs 37 and eight blade organs 51, the result is a frequency of 1 X 30 X 10 = 300Hz.
At this frequency, the material is subject to the well-known effect of low-frequency sound, at which the mechanical effects still predominate.
Since the frequency of the physical effects increases with the axial further movement of the material in the area of the blades 49 due to the increase in diameter and the number of organs 37 and 51 per meter of circumference, the material is processed more and more intensively. Are z. B. in the area of the last organs 37, 51 located in front of the working gap 52, the diameter and the number of organs per meter of circumference 1.5 times as large as at the inlet after the screw 46, the frequency in this outlet cross section is 300 X 1.5 X 1 5 = 675 Hz.
If the substance reaches the working gap 52, the same effects occur in principle as in the area of the blades 49. However, they have much greater intensity here because the substance can no longer evade in the narrow working gap 52. There is now a sudden, extraordinary increase in frequency. Has z. B. the first rotor organ ring in the area of the working gap 52 thirty organs 53 and the stator organ ring of the cross-sectional plane fifty organs 37 per meter of circumference, a frequency of effects of 1 X 50 X 16 = 800 results at a speed of 16 m / s in this cross-sectional plane Hz.
This frequency increases in the area of the working gap 52 with an increasing diameter from ring to ring of the rotor and stator organs and is further increased by the finer subdivision of the organs of the successive rings. So you can z. B. at the exit end of the working gap 52 at a peripheral speed of 20 m / s and with forty rotor elements 53 and fifty stator elements 37 reach a frequency of 1000 Hz.
When exiting the working gap 52, the substance enters the cavities (FIG. 8) delimited by the blades 54, in which there is negative pressure, due to the sudden expansion of the cross section, the right-angled deflection into the device part following the blades 54 and the suction effect of the Shovels 54 and the material that seals the spaces between the organs 40 and 58 relatively well to the outside. As a result of the sudden relaxation of the substance in the cavities, an explosive, profound effect occurs
Any other substances can also be treated in the device according to the invention for dispersion, suspension, homogenization, for carrying out chemical contact processes, etc. By attaching supply and discharge lines, additives (e.g. acids, bases, salts, catalysts, solvents, etc.) can be added and parts of the treated material can be removed at any stage of the process.
The treatment in the device according to the invention can be carried out in very short periods of time, e.g. B.
Seconds or a few minutes.
In FIG. 12, the device according to FIG. 4 is connected to a diversion system consisting of pipes and regulating valves. This system is connected on the one hand to the inlet connector 33 by means of the pipe section 66 and to the outlet connector 59 of the device by means of the T-piece 67. The inlet 68 into the diversion system is connected to the T-piece 67 and thus to the outlet 69 from the system by a T-piece 70. The connector 71 of this T-piece 70 is connected via a valve 72 to a pipe connector 73 of the device according to FIG. This connecting piece 73 opens into the device approximately at the entry into the working gap 52. Between the inlet 68 and the T-piece 70 there is a flap 75 which can be actuated by a lever 74 and which can be pivoted about the axis 76.
If the flap closes the T-piece 70 and if the valve 72 is also closed, the substance flows through the inlet 68 and the inlet connection 33 into the device according to FIG. 4 and leaves it through the outlet connection 59, the T-piece 67 and the outlet 69. If a longer treatment of the substance in the device is desired, the valve 72 is opened completely or partially.
The material then flows out of the T-piece 67 to the left and passes through the parts 71 to 73 back into the device, in particular into the working gap 52 of the same. This cycle can be continued indefinitely with material that is difficult to process. If the valve 72 is completely closed and the flap 75 is partially closed, the substance circulates through the entire device and through the parts 59, 67, 70, 75, 66 again back into the device. However, since the flap 75 is only partially closed, at the same time some fresh substance enters the circuit through the inlet 68 and is subjected to the treatment of the device together with the substance that is already circulating.
At the same time, however, part of the material being treated is always transported away at 69, namely as much as the partially opened flap 75 allows untreated material to enter the device. However, an outlet valve at the outlet 69 can also be completely or partially closed for the purpose of regulating the quantities discharged. The regulation of the various valves and flaps can be coupled and automated in a manner known per se.
The ultrasonic generator 40, 58 can be interchangeable to adapt the device to the type of material and the purpose of the processing. The intensity of the effect of the device can also be varied by changing the speed and / or the drive power and / or the conicity of the working gap down to a cylindrical gap, so that the application range of the device according to the invention is extremely large. So z. For example, for a fibrous material that is very resistant due to its structure, but still needs to be treated gently, the intensity of the individual effects can be reduced by reducing the speed to such an extent that the material is opened up very gently when it enters the device and then gradually more intensely until it lasts in the finest structure, e.g. B. as a single fiber, the device leaves.
On the other hand, z. B. to fibrillate a fiber material (z. B. cellulose) can be started with a high intensity.
The substance can also be supplied in individual components at the entrance or at other points. By changing the speed and / or the number of organs in the individual stages, all technically interesting frequencies and intensities can be achieved in the device according to the invention.
The inventive device can, for. B. can be installed or grown in pipelines, containers, machine units, such. B. atomizing plants, extractors, digesters, refining plants, reaction devices etc.
Some application examples are described below with reference to FIGS. 13 to 17:
In Fig. 13 is a device according to the invention, for. B. according to FIG. 4, installed in a container 77, in such a way that the ultrasonic generator 40, 58, that is, the outlet is below and the inlet is above.
The shaft 44 is guided to the outside through a bearing 100 and carries the drive pulley 45 'outside the container. The substance located in the container 77 can be repeatedly subjected to a treatment in the device according to the invention as often as desired.
14 shows a mixing, dispersing and homogenizing system. The device according to the invention is suspended in the container 79 with its outlet at the top and with its inlet at the bottom by means of a support cross 78 of the container 79. The shaft 44 'of the device, which is supported in a bearing 82 of the support cross 78 and in an upper bearing 83, is led out of the container 79 and receives its drive outside the container in a manner not shown. The substance introduced into the container 79 through the inlet 80 is continuously treated by the device according to the invention until it has reached the desired degree of treatment.
It is then removed from the container 79 through the outlet 81.
In the application example according to FIG. 15, the device according to the invention, the shaft 44 ″ of which passes through a bearing 101 of the upper container bottom, is suspended by means of a support structure 84 on the upper bottom of the container 86 so that the exit from the device is at the top a suction tube 85 is connected to the device, which extends into the lowest part of the container 86. The substance is sucked from below through the suction tube 85 and, after exiting the device, into the empty space above the substance This system enables the simultaneous gassing or ventilation of the substance sprayed from the device according to the invention in the upper, empty container space by introducing air or another gas into the container through line 87.
With an appropriate selection of the intensity of the treatment in the device according to the invention, the substance located in the container, if it is foamy or contains finely divided gases, can also be degassed. This is done in such a way that the substance emerging from the device according to the invention as fine droplets is impacted with its air or gas core against the wall of the container 86. In the device according to the invention itself, the gas is largely separated from the substance due to the different specific weights of the substance. The gas bubbles still remaining in the material are released upon impact on the container wall, the heavy material falls down and the gas can escape from the container through the line 88.
16 shows the application of the device according to the invention to a cellulose digester 89 with the outlet valve 90. The device according to the invention is flanged to the outside of the bottom of the container 89. The exit of the substance from the device takes place in a line 91. After the preparation of the cellulose, wood chips or the like located in the same is finished with simultaneous activation of the device according to the invention, the digester 89 is opened by lifting the valve 90, so that the cooked cellulose substance enters the device occurs and is processed therein according to the invention.
FIG. 17 illustrates a spray drying system in which the device according to the invention is used. This device is flanged with its entry upwards and with its exit downwards on the upper floor of a container 92 inside the same. The shaft 44V of the device emerges from the container and is coupled to a motor 93 overlying this container. The substance to be treated enters the device according to the invention through two lines 95 which can be controlled by slides 94. A supply line 96 for warm, dry air passes through the lower bottom of the container and can exit through the distributor 97 into the interior of the container. In the lower bottom of the container, an outlet 98 is also provided, above which a removal device 99 is arranged.
The substance entering the device according to the invention through the lines 95 or one of the same is sprayed. The finely atomized substance falls down in droplets and can be dried on the fall path by blowing warm, dry air through the line 96, so that it falls in fine to very fine flake form on the lower container bottom and discharged by the removal device 99 through the outlet 98 becomes.
The device according to the invention can also be operated at a very low speed as well as at a speed that is significantly higher than in the examples given, depending on the type of material and the processing purpose. At low speed, the entire device and the individual stages perform a kneading and plasticizing job. At the highest, practically achievable speed of the rotor, the highest ultrasound values and thus improvements in the pulping of fibers, e.g. B. in pulp for paper processing, significantly better strength values and other properties of the papers made from such pulps are achieved.
When the device according to the invention is operated with very high acceleration of the substance and correspondingly high frequencies, possibly up to ultrasound values, the method according to the invention enables physical and / or chemical conversions of substances, which until now have only been possible using very complicated methods and very expensive and complicated apparatus, z. B. the dispersion polymerization, the polymerization with the interposition of a nebulization within the inventive device and a subsequent condensation, contact processes and reactions with the inclusion of an evaporation phase in which the substances to be converted are subjected to the chemical reaction in vapor form.
The conversion into the vapor form takes place through correspondingly high acceleration and high-frequency processing in the device according to the invention, with relatively low temperatures occurring and sufficient in the negative pressure zones, while possibly required high temperatures occur in the high pressure and high frequency zones. The device can be provided with further sub-assemblies known per se for carrying out such processes, for example for cooling, for heating under pressure or vacuum, for extraction etc.