Verfahren zur kontinuierlichen und intensiven Vermischung zweier flüssiger Phasen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen und intensiven Vermischung zweier flüssiger Phasen durch Eindüsen der einen flüssigen Phase in die andere und eine besonders geeignete Vorrichtung dieses Verfahrens.
Das erfindungsgemässe Verfahren dient insbesondere zur Herstellung von Dispersionen z. B. Emulsionen, Suspensionen, sowie zur Durchführung chemischer Reaktionen, bei denen die Reaktionsteilnehmer in flüssiger Phase vorliegen und eine intensive Vermischung der beiden Reaktionsteilnehmer erwünscht ist.
Es ist bekannt, voremulgierte Flüssigkeitsgemische unter Druck durch Düsen oder Schlitze auszudüsen, wodurch der Verteilungsgrad der voremulgierten Flüssigkeitsgemische erheblich verbessert wird.
Es sind verschiedene, auf diesem Prinzip fussende Verfahren entwickelt worden, bei denen entweder bei niederen Drucken (0,1-10 atü) oder bei hohen Drucken (1000 atü und höher), einstufig oder auch mehrstufig hintereinander verdüst wird.
Es ist in der letzten Zeit auch versucht worden, Emulsionen durch eine Hochdruckverdüsung herzustellen, wobei die zu emulgierende Flüssigkeit, beispielsweise ein Ö1, in die zweite Flüssigkeit, die sogenannte Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, unter hohem Druck eingedüst wird.
Diese bekannten Verfahren beziehen sich in der Hauptsache auf die Herstellung von Emulsionen, bei denen stets nur niederviskose Flüssigkeiten bei Zimmertemperatur in die Trägerflüssigkeit eingedüst werden.
Ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Verfahren liegt in der diskontinuierlichen Durchführung, die nur einen sehr kleinen und unwirtschaftlichen Durchsatz ermöglicht; daher haben diese Verfahren auch keine technische Verwendung gefunden, sondern sind nur im Labormasstab angewandt worden.
Es wurde nun ein technisch verwertbares und vielseitig anwendbares Verfahren gefunden, mit dem es gelingt, kontinuierlich zwei flüssige Phasen in feinste Verteilung zu bringen und intensiv zu vermischen und das sich insbesondere zur Herstellung von Dispersionen z. B. Emulsionen oder Suspensionen oder zur Durchführung von chemischen Reaktionen eignet, bei denen die Reaktionsteilnehmer in flüssiger Phase vorliegen und eine intensive Vermischung der beiden Reaktionsteilnehmer erwünscht ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die eine dieser Phasen keine Festteilchen enthält, die grösser als 10 Cd sind, und dass sie unter einem Druck von 5 bis 5000 atü durch eine Druckdüse stossweise in die zweite flüssige Phase eingedüst wird, wobei besagte zweite flüssige Phase kontinuierlich an der Druckdüse vorbeigeführt wird und das an der Druckdüse erhaltene feinverteilte und intensiv vermischte Stoffgemisch durch ein an die Druckdüse angebrachtes Führungsrohr und eine Überlaufvorrichtung kontinuierlich abgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung schliesst hierbei prinzipiell die kontinuierliche und intensive Vermischung aller derjenigen Stoffe oder Stoffgemische ein, die entweder bei Zimmertemperatur bereits als flüssige Phase, d. h. in flüssigem Aggregatzustand vorliegen und hierbei eine solche Viskosität aufweisen, dass sie noch flüssig genug sind, um einerseits einwandfrei verdüst werden zu können, als auch andererseits ein ausreichendes Fliessvermögen aufweisen, oder beim Erwärmen in diesen Zustand gebracht werden können, wie z. B. hochviskose Stoffe, die durch Erwärmen niederviskoser werden oder auch Stoffe, die bei Zimmertemperatur als Festkörper vorliegen und beim Erwärmen dünnflüssige Schmelzen bilden.
Besonders zweckmässig hat sich das vorliegende Verfahren jedoch für alle diejenigen Stoffe oder Stoffgemische erwiesen, die zwischen etwa 100 C und etwa +1000 C als flüssige Phase vorliegen und hierbei eine Viskosität von höchstens etwa 100 Poisen haben, wie z. B. ineinander lösliche oder schwerlösliche, aus einem chemisch einheitlichen Bestandteil bestehende Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemische, die bei Zimmertemperatur eine Viskosität von höchstens 100 Poisen haben, oder eine Schmelze eines bei Zimmertemperatur festen Stoffes, dessen Schmelzpunkt nicht höher als etwa 100o C liegt, oder eine bei Zimmertemperatur eine Viskosität von über etwa 100 Poisen aufweisende Flüssigkeit, die beim Erwärmen auf maximal etwa 1000 C, eine Viskosität von unter 100 Poisen annimmt, oder die Lösung eines feinzuverteilenden Feststoffes,
die bei Zimmertemperatur eine Viskosität von höchstens etwa 100 Poisen aufweist, wobei die beiden feinzuverteilenden flüssigen Phasen jede mögliche Kombination der einzelnen beschriebenen flüssigen Phasen bilden können.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Vorratsgefäss, ein Filter, eine Druckpumpe, ein Volumenentlastungsgefäss und ein zylindrisches Führungsrohr aufweist, und dass am einen Ende des Führungsrohres eine Druckdüse eingebaut ist, die mittels einer Druckleitung mit dem Volumenentlastungsgefäss zur Variierung des Leitungsvolumens und der Druckpumpe verbunden ist, während die Druckpumpe wiederum mittels einer Leitung mit dem Filter und dem Vorratsgefäss verbunden ist, und wobei ferner das zylindrische Führungsrohr an dem Ende, an dem sich die Druckdüse befindet, eine Zuflussvorrichtung enthält,
über die mittels einer weiteren Leitung über ein Rotameter die eine der intensiv zu vermischenden flüssigen Phasen an der Druckdüse vorbei in das zylindrische Führungsrohr kontinuierlich eingeführt wird, und einer Uberlaufvor- richtung, die am anderen Ende der Druckdüse angebracht ist und mittels einer Leitung mit einem Sammelbehälter für das fertige Endprodukt verbunden ist.
Zwei beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 1 ist eine für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung mit seinen einzelnen Vorrichtungsteilen schematisch dargestellt, aus welcher gleichzeitig das Fliessbild für das beschriebene Verfahren hervorgeht.
Die Fig. 2 stellt die gleiche Vorrichtung dar, nur dass hier eine besondere Ausführungsform gezeigt ist, bei der die rechts von dem zylindrischen Führungsrohr dargestellten Vorrichtungsteile, einschliesslich dem zylindrischen Führungsrohr, selbst beheizbar oder kühlbar ausgestaltet sind.
Gemäss der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung wird die eine fein zu verteilende flüssige Phase aus einem Vorratsgefäss 1 über ein Filter 2 einer Druckpumpe 3 zugeführt. Sie gelangt von der Druckpumpe 3 aus in einer Druckleitung 6 unter Drücken von etwa 5 bis etwa 5000 atü an die Druckdüse 7 und wird durch dieselbe stossweise in die über ein Rotameter 10 an der Druckdüse 7 vorbeifliessende zweite flüssige Phase, die sogenannte Trägerphase, eingedüst. Das erhaltene feinverteilte Gemisch, beispielsweise eine Emulsion, fliesst dann durch ein an die Druckdüse 7 angebrachtes zylindrisches Führungsrohr 9 über eine am anderen Ende desselben angebrachte Überlaufvorrichtung 14 einem Sammelbehälter 11 zu.
Die Länge des Führungsrohres 9 und sein Durchmesser hängen von den Emulgier- oder Reaktionsbedingungen ab. Im allgemeinen ist es zwischen 0,3 und 3 Meter lang und hat einen Durchmesser von 5-50 cm. Der Raum 8 über der Druckdüse 7 kann je nach Anwendungszweck ausgebaucht, zylindrisch oder konisch sich in Richtung zur Druckdüse oder zum anderen Rohrende hin verjüngend gestaltet sein.
Das Volumen des Führungsrohres wird zweckmässig so gewählt, dass die durchströmenden Flüssigkeiten, deren Durchsatzmenge beispielsweise durch Schieber und/oder Regelventile und durch die Hubzahl der Druckpumpe in weitem Masse regulierbar ist, je nach den Versuchsbedingungen beispielsweise bis zu maximal 120 Minuten im Führungsrohr verweilen, d. h. eine Durchlaufzeit von beispielsweise bis zu maximal 120 Minuten vom unteren bis zum oberen Ende des Führungsrohres haben.
Als Druckdüsen 7 werden beispielsweise serienmässige Zapfendüsen, Lochdüsen, Deckeldüsen oder andere Einspritzdüsen verwendet, wobei die Eigenschaften, wie beispielsweise die Viskosität, der zu verdüsenden flüssigen Phase die günstigste Düsenart und -grösse bestimmen. Mit den angeführten Düsentypen erfolgt eine stossweise Ausdüsung der flüssigen Phase, wenn dieselben beispielsweise mit einer Kolbenpumpe betrieben werden. Das stossweise Ausdüsen hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Bei einem kontinuierlichen Austritt der komprimierten flüssigen Phase aus der Druckdüse ist das Einhalten eines konstanten Druckes in der Druckdüse unter Umständen sehr in Frage gestellt, da beim Austritt grosser Flüssigkeitsmengen aus der Düse infolge der im allgemeinen sehr kleinvolumig gehaltenen Druckleitung (zwischen Druckdüse 7 und Druckpumpe 3) ein erheblicher momentaner Druckabfall auftreten kann, der schliesslich unter Umstän den sogar das Unterschreiten des Mindestdruckes, bei dem die Druckdüse öffnet (= Düsenfederdruck) bewirken kann. Mit einer Ausdüsung bei niederem Druck ist aber stets eine schlechte Feinverteilung verbunden.
Bei einem stossweisen Austritt der komprimierten flüssigen Phase aus der Druckdüse, wie er beispielsweise durch eine Kolbenpumpe bewirkt wird, wird die Düsenöffnung erst bei einem ganz bestimmten Mindestdruck freigegeben und schliesst automatisch wieder beim Kolbenrücklauf der Druckpumpe, so dass der stossweise Austritt der flüssigen Phase stets mit annähernd gleichem Druck erfolgt, was eine ziemlich gleichmässige Feinverteilung der feinzuverteilenden flüssigen Phase und somit eine reibungslose Arbeitsweise gewährleistet.
Als Druckpumpen 3 kommen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hauptsächlich Kolben- und Membranpumpen in Betracht. Jedoch sind auch andere Pumpentypen, mit denen ebenfalls hohe Drücke erzielt werden können, hierfür geeignet.
Massgebend bei der Auswahl der Pumpe ist in erster Linie der für die reibungslose Durchführung des Verfahrens erforderliche Mindestdruck, den die auszudüsende flüssige Phase an der Düse haben muss, ferner der erwünschte Durchsatz der zu verdüsenden flüssigen Phase.
Das Eindüsen der fein zu verteilenden flüssigen Phase mit Hilfe der Druckdüse 7 am unteren Ende des Führungsrohres 9 erfolgt im allgemeinen in der Strömungsrichtung der flüssigen Trägerphase, kann jedoch auch gegen die Strömung derselben erfolgen, wobei lediglich die Druckdüse 7 um 1800 und etwas in das Innere des zylindrischen Führungsrohres versetzt werden muss.
Als besonders zweckmässig für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erweist sich der Einbau eines hochwirksamen Filters 2 zur Reinigung der zu verdüsenden flüssigen Phase vor der Hochdruckpumpe 3. Das Filter ist zweckmässig so beschaffen, dass Teilchen, die grösser sind als 10 Il, vom Filter zurückgehalten werden. Dadurch ist ein störungsfreies Arbeiten gewährleistet, da Verschmutzungen und Verstopfungen sowohl im Leitungssystem als auch innerhalb der Druckpumpe und der Druckdüse vermieden werden. Als hierfür besonders geeignetes Filtermaterial kommen feinste Siebe oder feine Textilstoffe in Betracht.
Um eine einwandfreie, kontinuierliche Verdüsung zu erzielen, ist es ferner erforderlich, die Kompressibilität der betreffenden flüssigen Stoffe zu berücksichtigen. Diese wird im allgemeinen in atm-' angegeben und liegt für die meisten Flüssigkeiten im Bereich zwischen 1 und 250. 106 atm-'. Die Kom- pressibilität der zu verdüsenden Flüssigkeit steht nämlich zu der Grösse des Volumens des Leitungssystems zwischen Druckpumpe 3 und Druckdüse 7 in folgender Beziehung:
Bei hoher Kompressibilität der zu verdüsenden Flüssigkeit und grossem Volumen der Druckleitung (zwischen Druckpumpe 3 und Druckdüse 7) reicht unter Umständen ein Kolbenhub der Druckpumpe nicht aus, um den zur Öffnung der Druckdüse erforderlichen Druck zu erzeugen. Deshalb muss in diesem Falle das Leitungsvolumen möglichst klein gewählt werden.
Bei sehr kleinen Kompressibilitäten der zu verdüsenden Flüssigkeiten liegt der Fall umgekehrt. Es ist dann erforderlich, ein Volumenentlastungsgefäss 5 zwischen Druckpumpe und Druckdüse anzubringen. Das Volumenentlastungsgefäss dient dazu, einen zu plötzlich erfolgenden Druckanstieg oder Druckabfall an der Druckdüse zu verhindern, da hierdurch ein grosser Düsenverschleiss bewirkt wird. Durch das Volumenentlastungsgerät 5 wird eine momentane grosse Druckänderung erheblich abgeschwächt.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich in vielseitiger Weise anwenden. Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung geeignet für die Emulgierung von nicht ineinander mischbarer (ineinander schwerlöslicher) flüssiger Phasen, die beispielsweise zur Emulgierung von Wasser in Öl, als auch für die Emulgierung von Öl in Wasser dienen.
Weiterhin kann man beispielsweise Lösungsmittel wie Benzol, Methylenchlorid, Essigester oder Kohlenwasserstoffe in Wasser emulgieren. Enthält das Wasser einen Emulgator, so können beständige Emulsionen dieser Stoffe hergestellt werden.
Als Präparationen oder Ausrüstungsmittel für textile Fäden, Drähte, Gewebe oder sonstige textile oder synthetische geformte Gebilde, werden z. B. wässrige Emulsionen von Mineralölen, Esterölen, wasserunlöslichen, oxäthylierten Produkten oder sonstige wasserunlösliche für Präparationsmittel geeignete Produkte, die ausserdem mit Emulgatoren und/ oder Antistatikmitteln gemischt sind, verwendet. Zu diesem Zweck verdüst man kontinuierlich gemäss dem Verfahren der Erfindung das Stoffgemisch in Wasser und erhält gute, lange Zeit haltbare Präparationsmittel. Die Konzentration der emulgierten Phase lässt sich vorteilhaft durch entsprechende Dosierung der Trägerflüssigkeit und der zu emulgierenden Flüssigkeit einstellen.
Ebenso können mit dem erfindungsgemässen Verfahren gemäss der Erfindung Suspensionen oder Dispersionen hergestellt werden, indem man Lösungen, die die zu suspendierenden oder dispergierenden Feststoffe in gelöster Form enthalten, kontinuierlich in andere Flüssigkeiten hochdruckverdüst, in denen sie aufgrund ihrer Schwerlöslichkeit wieder ausfallen.
Es gelingt auch auf diese Weise, feinste Pulver von Festprodukten, die durch andere Zerkleinerungsprozesse nicht in dieser Feinheit erhalten werden können, herzustellen.
Ein Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass man praktisch alle diejenigen Stoffe oder Stoffmischungen, die in eine flüssige Phase gebracht werden können und dann eine Viskosität von höchstens 100 Poisen haben, beispielsweise durch Schmelzen, Lösen oder Abkühlen, in beliebigen flüs sigen Trägerphasen feinst verteilen kann. Für die Feinverteilung fester, schmelzbarer Stoffe oder sehr hochviskoser Flüssigkeiten bringt man gemäss Fig.
2 das Vorratsgefäss 1, die Druckpumpe 3, das Volumenentlastungsgefäss 5 und das dazugehörige Rohrleitungssystem zwischen dem Vorratsgefäss 1 und der Druckdüse 7 auf eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des betreffenden Feststoffes liegt. Das gleiche gilt für eine feste Trägerphase. In diesem Falle werden das ganze zylindrische Führungsrohr 9, das in der Fig. 2 nicht eingezeichnete Vorratsgefäss der Trägerphase und das gesamte Rohrleitungssystem, einschliesslich Rotameter 10, beheizt. Auf diese Weise ist man auch in der Lage, feste Stoffe in Flüssigkeiten oder anderen Feststoffen feinst zu verteilen.
In besonders breitem Masse kann das erfindungsgemässe Verfahren zur Durchführung von chemischen Reaktionen angewandt werden. So kann man das erfindungsgemäss vorgeschlagene Verfahren beispielsweise zur Herstellung von Pigmenten, z. B.
Azopigmenten, zur Emulsionspolymerisation, z. B. bei Polyvinylacetat oder zur Durchführung von Reaktionen in heterogener Phase verwenden, deren Durchführung erhebliche technische Schwierigkeiten bietet, beispielsweise dann, wenn eine wässrige Phase und eine organische, in Wasser nicht lösliche Phase vorliegt.
Zur Durchführung von chemischen Reaktionen nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist es häufig erforderlich, dass auch das Führungsrohr 9 beheizbar oder kühlbar ist, was durch einen das Führungsrohr 9 umgebenden Heiz- oder Kühlmantel leicht bewerkstelligt werden kann. Für spezielle Fälle baut man in den Raum 8 oberhalb der Druckdüse 7 ein Heiz- oder Kühl aggregat ein, beispielsweise in Form von Heizschlangen oder Heizrippen.
So können unter anderem auch chemische Reaktionen mit grosser Wärmetönung oder mit einem grossen Wärmeverbrauch mit dem Verfahren gemäss der vorliegenden Anmeldung vorteilhaft durchgeführt werden. In diesem Falle bringt man in dem Düsenraum 8 Kühlvorrichtungen oder Heizvorrichtungen an. Mit dieser Arbeitsweise ist eine unbegrenzte variable Dosierung der Reaktionsteilnehmer bei kleinstmöglichem Reaktionsraum möglich.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass man inhomogene Ölmischun- gen in einer anderen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, emulgieren kann. In diesem Falle wird das aus ineinander nicht mischbaren Komponenten bestehende Ölgemisch im Vorratsgefäss 1 über einen gesonderten Kreislauf mit Hilfe einer Umlaufpumpe 13 dauernd umgepumpt, wobei der Kreislauf so geführt wird, dass möglichst nahe der Druckpumpe 3 das Ölgemisch abgesaugt und erneut dem Vorratsgefäss 1 zugeführt wird. Das Umpumpen des inhomogenen Ölgemisches in einen gesonderten Kreis lanf hat den Zweck, das inhomogene Ölgemisch dauernd in Bewegung und so die an sich instabile Mischung in gleichmässiger Verteilung zu halten.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man eine durch einmaliges Bedüsen erhaltene Emulsion mit Hilfe eines gesonderten Kreislaufes und einer Umlaufpumpe 12 erneut an der Druckdüse 7 vorbeiführt und sie ein zweites Mal oder beliebig öfters bedüst und auf diese Weise weiter mit emulgiertem Stoff anreichert.
Nach Fig. 1 ist hier das Führungsrohr 9 mit dem Überlauf 14 über ein Leitungssystem und eine Umlaufpumpe 12, mit dem Einlauf des Führungsrohres 9 verbunden. Man kann ferner an einer beliebigen Stelle des Kreislaufes, beispielsweise kurz vor Eintritt in das Führungsrohr 9, in beliebigen Zeitabständen eine dosierte Menge flüssige Trägerphase zugeben, z. B. über einen Orifice-Mischer und an einer beliebigen Stelle des Kreislaufes, vorteilhafterweise ebenfalls kurz vor Eintritt in das Führungsrohr 9, eine bestimmte Menge der erhaltenen Emulsionen abnehmen.
Diese Verfahrensweise ist besonders vorteilhaft bei der Durchführung von chemischen Reaktionen.
Die Art der Kreislaufführung ist ausserordentlich variationsfähig. Man kann sowohl das Kreislaufvolumen klein oder gross im Verhältnis zu den Mengen der eingedüsten flüssigen Phasen halten, als auch mit hohen oder niederen Umlaufgeschwindigkeiten der flüssigen Trägerphase arbeiten. Man kann ferner die Mengen der frisch zugeführten flüssigen Trägerphase und der zu verdüsenden flüssigen Phase, als auch die Mengen des abgenommenen, fertigen Stoffgemisches in jedem beliebigen Verhältnis halten. Des weiteren kann man den gesamten Kreislauf kühlen oder beheizen, als auch unter Druck halten.
Ferner ist das erfindungsgemässe Verfahren dazu geeignet, sich langsam und unter Verklumpen lösende Stoffe sehr schnell, oftmals praktisch augenblicklich in Lösung zu bringen, wenn man dieselben in das an der Druckdüse vorbeiströmende Lösungsmittel in feinverteiltem Zustand eindüst.
Beispiel I
Es soll eine wässrige Emulsion eines aus einem zu 70 Gewichtsteilen aliphatischen Kohlenwasserstofföl von der Viskosität von etwa 20 Cp (z. B.
Bayolöl) und einem zu 30 Gewichtsteilen Emulgator bestehenden Ölgemisches hergestellt werden. Der Emulgator ist ein Phosphorsäureester und aus 1 Mol Phosphorsäure und 3 Mol eines mit 4 Athylenoxyd umgesetzten Laurylalkohols zusammengesetzt. Das zu verdüsende Ölgemisch ist bei 200 C flüssig und hat eine Viskosität von 200 Centipoisen. Das Ö1gemisch fliesst aus dem Vorratsgefäss 1 (s. Fig. 1) über ein Perlontaftfilter (Fadendichte 50 Faden/cm) einer Hochdruck-Kolbenpumpe 3 zu. Diese befördert das zu verdüsende Ölgemisch durch ein möglichst kleinvolumiges Rohrsystem 6 (4 ccm Gesamtvoluminhalt), an welches ein Volumenentlastungsgefäss 5 (Volumen: 70 ccm) und ein Druckanzeige gerät 4 angeschlossen ist, an eine federbelastete Druckdüse 7, Type DFO-18-1 (DN 450).
Das Ölgemisch tritt stossweise aus der Druckdüse in demselben Takt, wie der Kolben der Pumpe läuft, in das als Trägerphase dienende, an der Druckdüse vorbeifliessende Wasser welches über einen Rotameter 10 zudosiert wird, aus. Der Wasserzufluss wird auf 2,9 l/h eingestellt. Das Führungsrohr 9 ist in diesem Beispiel 1/2 m lang und hat einen Durchmesser von 15 cm. Als Druckpumpe wird vorteilhafterweise eine normale Diesel-Einspritzpumpe (PEl - B 60 E 100 S 769) verwendet, und auf eine Förderleistung von 0,2 ccm/Hub bei 105 Hüben/min. eingestellt. Sie erzeugt einen Druck von 290-380 atü und ergibt eine Fördermenge von 600 ccm/h (= 71 % Wirkungsgrad). Es wird eine feinverteilte etwa 23 % ige Emulsion erhalten, die auch nach Tagen nicht aufrahmte.
Beispiel 2
Es soll ein bei Zimmertemperatur fester, mit 5 Mol Athylenoxyd verätherter Stearylalkohol (Schmelzpunkt 320 C) in Wasser feinstverteilt werden.
Hierzu ist es erforderlich, das den zu verdüsenden, verätherten Stearylalkohol enthaltende Vorratsgefäss 1 (s. Fig. 1), sowie das gesamte Rohrleitungssystem, als auch die Druckpumpe 3, mittels einer Heizvorrichtung auf ca. 800 C zu halten, bei welcher Temperatur das zu verdüsende Produkt in geschmolzenem Zustand vorliegt.
Die schmelzflüssige Phase wird bei einem Druck von 3000 atü in das an der Druckdüse vorbeiströmende Wasser eingedüst. Ansonsten gelten die gleichen Versuchsbedingungen wie in Beispiel 1. Es wird eine sehr feinverteilte, etwa 23% ige Emulsion erhalten, wobei die emulgierte Phase einen wachsartigen Zustand aufweist.
Beispiel 3
Es soll eine wässrige Emulsion eines inhomogenen Ölgemisches hergestellt werden, wobei das inhomogene Ölgemisch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat:
40 % eines Weissöles von der Viskosität
35 Cp/200 C
30 % Stearinsäuremethylester
30 % Triäthanolaminoleat
4 % eines zu 30 Molprozent sulfierten Kohlen wasserstoffes, welcher mit Triäthanolamin neutralisiert ist.
Im Gegensatz zu den Beispielen 1 und 2 ist hierfür die Anordnung eines Nebenkreislaufes gemäss Fig. 1 erforderlich, in dem das zu verdüsende inhomogene Ölgemisch aus dem Vorratsgefäss 1 über eine Umlaufpumpe 13 laufend zu dem Vorratsgefäss 1 zurückgepumpt wird. Dadurch wird das inhomogene gemisch in einem gleichmässigen Verteilungszustand gehalten. Die Verdüsung des Öl gemisches erfolgt analog wie in den Beispielen 1 und 2 bei einem Druck von etwa 1500 atü. Das Volumen des Volumenentlastungsgefässes beträgt 30 ccm. Die Druckpumpe wird auf 50 Hub/min. eingestellt. Man erhält als Endprodukt eine etwa 100/obige wässrige, sehr feinverteilte, gut beständige Emulsion.
Beispiel 4
Es soll eine noch gut flüssige Wasser-in-Öl Emulsion eines mit 9 Mol Äthylenoxyd verätherten Nonylphenols hergestellt werden. In dem Vorratsgefäss 1 (s. Fig. 2) befindet sich eine liO/o wässrige Lösung eines mit 9 Mol Athylenoxyd verätherten Nonylphenols, welche über eine Druckpumpe 3, wie in Beispiel 1, mit einem Druck von etwa 300 atü der Druckdüse 7 zugeführt wird. Als Trägerphase dient ein Mineralöl von der Viskosität 20 cp. Man stellt den Ölzufluss zweckmässig auf 2 l/h und die Druckpumpe 3 auf 30 Hub/Min. ein.
Das Mineralöl wird zwecks Herabsetzung der Viskosität mit einem Heizaggregat 15 gemäss Fig. 2 auf etwa 500 C angewärmt, tritt dann unten in das Führungsrohr 9 ein und fliesst an der Druckdüse 7, durch die stossweise die obengenannte, wässrige Lösung eingedüst wird, vorbei und die fertige Emulsion durch die tJberlauf- vorrichtung 14 ab. Man erhält eine etwa 10% ige, noch gut flüssige Wasser-intl-Emulsion.
Beispiel 5
Zur Herstellung von feinstpulverigem Polyvinylacetatpulver wird eine 50% ige Lösung von Polyvinylacetat (Molekulargewicht 20 000) in Äthylacetat hergestellt. Die Viskosität der Lösung beträgt ungefähr 9-10 Poisen. Diese Lösung wird in ein Wasseräthylalkoholgemisch (1:1) bei einem Druck von 5000 atü eingedüst. Das Führungsrohr ist in diesem Beispiel 1 m lang und hat einen Durchmesser von 10 cm. Der Zufluss des Wasseralkoholgemisches, welches mehrmals eingesetzt werden kann, wird auf 30 l/h eingestellt. Die Hochdruckpumpe läuft mit 50 Hüben/Min. Das überlaufende Gemisch läuft auf ein Filter, wo das feinpulverige Polyvinylacetat isoliert wird. Das Äthylacetat kann aus dem Filtrat mittels Destillation zurückgewonnen werden.
Man erhält ein sehr feines Polyvinylacetatpulver von einer mittleren Teilchengrösse von ca. 1 ss.
Beispiel 6
Zur Herstellung von Polyvinylacetatdispersionen wird monomeres Vinylacetat in Äthylacetat gelöst (1:1) und über eine Hochdruckdüse bei einem Druck von 5 atü in etwa 900 C heisses Wasser (als Trägerphase) verdüst. Druckdüse 7 und Druckpumpe 3 entsprechen denen von Beispiel 1. Der Durchsatz beträgt 500 ccm/h. Die Trägerphase Wasser (Durchflussmenge 20 l/h) enthält den Katalysator (1 % Peressigsäure) und Emulgator (2 % eines mit 10 Molen Äthylenoxyd verätherten Nonylphenols).
Die Trägerphase wird gemäss Fig. 2 mittels einer Heizvorrichtung 15 (beispielsweise Heizschlangen) auf 900 C geheizt. Ferner wird zusätzlich das Führungsrohr 9 durch einen aussen am Führungsrohr angebrachten Heizmantel 16, beispielsweise Heizschlangen so beheizt, dass im Düsenraum 8 ebenfalls eine Temperatur von 900 C herrscht. Das Führungsrohr 9 ist in diesem Beispiel 3 m lang und hat einen Durchmesser von 15 cm. Die aus der Über laufvorrichtung 14 überlaufende Dispersion wird zunächst gekühlt, um eine Aggiomerisation der feinen Teilchen zu verhindern, dann erneut aufgeheizt und dem Düsenraum 8 im Kreislauf wieder zugeführt. Kurz vor dem Eintritt in das Führungsrohr nimmt man aus dem Kreislauf, der in Fig. 2 nicht eingezeichnet ist (s.
Fig. 1), pro Stunde 11 der fertigen Dispersionen ab und fügt unmittelbar dahinter, ebenfalls noch vor dem Eintritt in das Führungsrohr 9, 500 ccm destilliertes 900 C warmes Wasser pro Stunde über einen Orifice-Mischer zu. Die fertige Dispersion enthält etwa 25 % Festsubstanz von einem mittleren Molekulargewicht von 20 000.
Beispiel 7
Zur Herstellung von Nitranilinrot
EMI6.1
verfährt man wie folgt:
Eine auf etwa 0 bis etwa + 20 C gekühlte 20% ige Diazoniumlösung von p-Nitranilin dient als Trägerphase und wird in einem durch Kühlschlangen gekühlten Leitungssystem an der Druckdüse 7 vorbeigeführt und zwar 1 l/h. Die Kupplungskomponente BNaphtol wird in Äther gelöst (50% ige Lösung) und in molarem Verhältnis (= 300 ccm/h, 60 Hübe/Min. der Druckpumpe) unter einem Druck von 300 atü in die vorbeifliessende Trägerphase eingedüst. Die Kupplung des B-Naphtols erfolgt sofort nach dem Austritt aus der Druckdüse. Das Führungsrohr 9, welches in diesem Beispiel 3 m lang ist und oben einen Durchmesser von 20 cm, unten einen solchen von 7 cm hat, wird in der ganzen Länge mit Kühlschlangen gekühlt.
Die Anordnung der Vorrichtung ist die gleiche wie in Beispiel 1. Man erhält ein sehr feindisperses Nitranilinrot von einer mittleren Teilchengrösse von 0,5 5, welches für Farbpigmente verwendet werden kann.
Beispiel 8
Zur Herstellung von Athyllaurat aus Lauroylchlorid und Natriumäthylat verfährt man wie folgt:
Gemäss Fig. 1 wird eine 200/oige äthylalkoholische Lösung von Natriumalkoholat an der Druckdüse 7 vorbeigeführt und zwar 1 l/h. In diese Lösung wird durch die Druckdüse 7 bei einem Druck von 1000 atü Lauroylchlorid eingedüst und zwar 360 g/h. Die Hochdruckpumpe 3 ist auf 50 Hübe/ min eingestellt. Die Anordnung der Vorrichtung ist sonst die gleiche wie in Beispiel 1. Man erhält eine alkoholische Lösung, von der 1000 g ca. 350 g Äthyllaurat enthält. Werden höhere Durchsätze als in diesem Beispiel gewählt, so kühlt man zweckmässig das ganze Strömungsrohr von aussen mit Kühlschlangen.
Process for the continuous and intensive mixing of two liquid phases
The present invention relates to a method for the continuous and intensive mixing of two liquid phases by injecting one liquid phase into the other and a particularly suitable device for this method.
The inventive method is used in particular for the preparation of dispersions such. B. emulsions, suspensions, and for carrying out chemical reactions in which the reactants are in the liquid phase and intensive mixing of the two reactants is desired.
It is known to spray pre-emulsified liquid mixtures under pressure through nozzles or slots, as a result of which the degree of distribution of the pre-emulsified liquid mixtures is considerably improved.
Various processes based on this principle have been developed in which either low pressures (0.1-10 atmospheres) or high pressures (1000 atmospheres and higher) are atomized in one or more stages one after the other.
Attempts have recently also been made to produce emulsions by high-pressure spraying, the liquid to be emulsified, for example an oil, being sprayed under high pressure into the second liquid, the so-called carrier liquid, for example water.
These known processes relate mainly to the production of emulsions in which only low-viscosity liquids are injected into the carrier liquid at room temperature.
A significant disadvantage of these known processes is the discontinuous implementation, which allows only a very small and uneconomical throughput; therefore these processes have not found any technical use, but have only been applied on a laboratory scale.
A technically usable and versatile process has now been found with which it is possible to continuously bring two liquid phases into extremely fine distribution and to mix them intensively and which is particularly suitable for the preparation of dispersions, for. B. emulsions or suspensions or for carrying out chemical reactions in which the reactants are in the liquid phase and intensive mixing of the two reactants is desired.
The method according to the invention is characterized in that one of these phases does not contain any solid particles that are larger than 10 Cd, and that it is injected in bursts into the second liquid phase through a pressure nozzle under a pressure of 5 to 5000 atmospheres, said second liquid phase Phase is continuously guided past the pressure nozzle and the finely divided and intensely mixed substance mixture obtained at the pressure nozzle is continuously discharged through a guide tube attached to the pressure nozzle and an overflow device.
The present invention here in principle includes the continuous and intensive mixing of all those substances or mixtures of substances that are either already as a liquid phase at room temperature, i.e. H. are in a liquid state and have such a viscosity that they are still liquid enough to be able to be atomized properly on the one hand, and on the other hand have sufficient fluidity, or can be brought into this state when heated, such as. B. highly viscous substances that become less viscous when heated, or substances that are solid at room temperature and form thin-bodied melts when heated.
However, the present method has proven to be particularly useful for all those substances or mixtures of substances that are present as a liquid phase between about 100 ° C. and about +1000 ° C. and have a viscosity of at most about 100 poises, such as. B. mutually soluble or sparingly soluble, consisting of a chemically uniform component liquids or liquid mixtures that have a viscosity of at most 100 poises at room temperature, or a melt of a substance that is solid at room temperature, whose melting point is not higher than about 100o C, or a A liquid with a viscosity of more than about 100 poises at room temperature, which when heated to a maximum of about 1000 C, assumes a viscosity of less than 100 poises, or the solution of a solid to be finely divided
which has a viscosity of at most about 100 poises at room temperature, whereby the two liquid phases to be finely divided can form any possible combination of the individual liquid phases described.
The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that it has a storage vessel, a filter, a pressure pump, a volume relief vessel and a cylindrical guide tube, and that a pressure nozzle is installed at one end of the guide tube which is connected by means of a pressure line to the volume relief vessel for varying the line volume and the pressure pump, while the pressure pump is in turn connected to the filter and the storage vessel by means of a line, and furthermore the cylindrical guide tube at the end at which the pressure nozzle is located, a Contains inflow device,
Via which one of the liquid phases to be intensively mixed is continuously introduced past the pressure nozzle into the cylindrical guide tube by means of another line via a rotameter, and an overflow device attached to the other end of the pressure nozzle and by means of a line with a collecting container connected for the finished end product.
Two exemplary embodiments of the device according to the invention are shown in the drawing.
In Fig. 1 a suitable device for performing the method described is shown schematically with its individual device parts, from which the flow diagram for the method described can also be derived.
2 shows the same device, only that here a special embodiment is shown in which the device parts shown to the right of the cylindrical guide tube, including the cylindrical guide tube, are themselves designed to be heatable or coolable.
According to the device shown schematically in FIG. 1, the liquid phase to be finely distributed is fed from a storage vessel 1 via a filter 2 to a pressure pump 3. It reaches the pressure nozzle 7 from the pressure pump 3 in a pressure line 6 at pressures of about 5 to about 5000 atmospheres and is injected in bursts into the second liquid phase, the so-called carrier phase, flowing past the pressure nozzle 7 via a rotameter 10. The finely divided mixture obtained, for example an emulsion, then flows through a cylindrical guide tube 9 attached to the pressure nozzle 7 via an overflow device 14 attached to the other end of the same to a collecting container 11.
The length of the guide tube 9 and its diameter depend on the emulsification or reaction conditions. It is generally between 0.3 and 3 meters long and 5-50 cm in diameter. The space 8 above the pressure nozzle 7 can, depending on the application, be bulged, cylindrical or conical, tapering in the direction of the pressure nozzle or the other end of the pipe.
The volume of the guide tube is expediently chosen so that the fluids flowing through, the flow rate of which can be regulated to a large extent, for example by slides and / or control valves and the number of strokes of the pressure pump, remain in the guide tube for a maximum of 120 minutes, depending on the test conditions, i.e. . H. have a cycle time of, for example, up to a maximum of 120 minutes from the lower to the upper end of the guide tube.
Standard pin nozzles, hole nozzles, cover nozzles or other injection nozzles, for example, are used as pressure nozzles 7, the properties, such as the viscosity, of the liquid phase to be atomized determining the most favorable nozzle type and size. With the nozzle types listed, the liquid phase is jetted out if the same is operated, for example, with a piston pump. The intermittent jet has proven to be particularly advantageous.
In the case of a continuous exit of the compressed liquid phase from the pressure nozzle, maintaining a constant pressure in the pressure nozzle is sometimes very questionable, since when large amounts of liquid emerge from the nozzle due to the generally very small volume of the pressure line (between pressure nozzle 7 and pressure pump 3 ) a considerable momentary pressure drop can occur, which in the end can even cause the pressure to fall below the minimum pressure at which the pressure nozzle opens (= nozzle spring pressure). However, poor fine distribution is always associated with spraying at low pressure.
In the event of an intermittent discharge of the compressed liquid phase from the pressure nozzle, such as that caused by a piston pump, the nozzle opening is only released at a certain minimum pressure and automatically closes again when the piston of the pressure pump returns, so that the intermittent discharge of the liquid phase is always included approximately the same pressure takes place, which ensures a fairly uniform fine distribution of the liquid phase to be finely divided and thus a smooth operation.
Mainly piston and diaphragm pumps come into consideration as pressure pumps 3 for carrying out the method according to the invention. However, other types of pumps, with which high pressures can also be achieved, are also suitable for this purpose.
When selecting the pump, it is primarily the minimum pressure that the liquid phase to be sprayed must have at the nozzle, which is necessary for the smooth implementation of the process, and also the desired throughput of the liquid phase to be sprayed.
The liquid phase to be finely distributed is injected with the aid of the pressure nozzle 7 at the lower end of the guide tube 9 generally in the direction of flow of the liquid carrier phase, but can also be done against the flow of the same, with only the pressure nozzle 7 at 1800 and a little into the interior of the cylindrical guide tube must be moved.
The installation of a highly effective filter 2 for cleaning the liquid phase to be atomized upstream of the high-pressure pump 3 proves to be particularly expedient for carrying out the process according to the invention. The filter is expediently designed so that particles larger than 10 μl are retained by the filter . This ensures trouble-free work, since soiling and blockages are avoided both in the line system and within the pressure pump and the pressure nozzle. Finest sieves or fine textiles are particularly suitable for this.
In order to achieve perfect, continuous atomization, it is also necessary to take into account the compressibility of the liquid substances in question. This is generally given in atm- 'and for most liquids lies in the range between 1 and 250.106 atm-'. The compressibility of the liquid to be atomized is related to the size of the volume of the line system between pressure pump 3 and pressure nozzle 7 in the following relationship:
With high compressibility of the liquid to be atomized and a large volume of the pressure line (between pressure pump 3 and pressure nozzle 7), one piston stroke of the pressure pump may not be sufficient to generate the pressure required to open the pressure nozzle. Therefore, in this case, the line volume must be selected as small as possible.
In the case of very low compressibility of the liquids to be atomized, the reverse is true. It is then necessary to attach a volume relief vessel 5 between the pressure pump and pressure nozzle. The purpose of the volume relief vessel is to prevent an excessively sudden increase or decrease in pressure at the pressure nozzle, since this causes a great deal of nozzle wear. A momentary large pressure change is considerably weakened by the volume relief device 5.
The method according to the invention can be used in many ways. The invention is particularly advantageously suitable for the emulsification of non-miscible (poorly soluble) liquid phases which are used, for example, for emulsifying water in oil and for emulsifying oil in water.
It is also possible, for example, to emulsify solvents such as benzene, methylene chloride, ethyl acetate or hydrocarbons in water. If the water contains an emulsifier, permanent emulsions of these substances can be produced.
As preparations or equipment for textile threads, wires, fabrics or other textile or synthetic shaped structures, z. B. aqueous emulsions of mineral oils, ester oils, water-insoluble, oxyethylated products or other water-insoluble products suitable for preparation agents, which are also mixed with emulsifiers and / or antistatic agents, are used. For this purpose, according to the method of the invention, the substance mixture is continuously atomized in water and good, long-lasting preparation agents are obtained. The concentration of the emulsified phase can advantageously be adjusted by appropriate dosing of the carrier liquid and the liquid to be emulsified.
The process according to the invention can also be used to produce suspensions or dispersions by continuously high-pressure atomizing solutions containing the solids to be suspended or dispersed in dissolved form into other liquids in which they precipitate again due to their poor solubility.
In this way it is also possible to produce extremely fine powders of solid products that cannot be obtained in this fineness by other comminution processes.
An advantage of the process according to the invention is that practically all substances or mixtures of substances which can be brought into a liquid phase and then have a viscosity of at most 100 poises, for example by melting, dissolving or cooling, are finely distributed in any liquid carrier phases can. For the fine distribution of solid, meltable substances or very highly viscous liquids, as shown in Fig.
2 the storage vessel 1, the pressure pump 3, the volume relief vessel 5 and the associated piping system between the storage vessel 1 and the pressure nozzle 7 to a temperature which is above the melting point of the solid in question. The same applies to a solid carrier phase. In this case, the entire cylindrical guide tube 9, the storage vessel of the carrier phase (not shown in FIG. 2) and the entire pipeline system, including the rotameter 10, are heated. In this way one is also able to finely distribute solid substances in liquids or other solids.
The method according to the invention can be used to a particularly wide extent for carrying out chemical reactions. For example, the process proposed according to the invention can be used for the production of pigments, e.g. B.
Azo pigments, for emulsion polymerization, e.g. B. in polyvinyl acetate or to carry out reactions in a heterogeneous phase, the implementation of which presents considerable technical difficulties, for example, when an aqueous phase and an organic, water-insoluble phase is present.
In order to carry out chemical reactions according to the method according to the invention, it is often necessary that the guide tube 9 can also be heated or cooled, which can easily be achieved by a heating or cooling jacket surrounding the guide tube 9. For special cases, a heating or cooling unit is built in the space 8 above the pressure nozzle 7, for example in the form of heating coils or heating fins.
Thus, among other things, chemical reactions with a high degree of heat emission or with a high heat consumption can advantageously be carried out with the method according to the present application. In this case, 8 cooling devices or heating devices are installed in the nozzle space. With this mode of operation, unlimited, variable dosing of the reactants is possible with the smallest possible reaction space.
Another advantage of the process according to the invention is that inhomogeneous oil mixtures can be emulsified in another liquid, for example water. In this case, the oil mixture in the storage vessel 1, which consists of immiscible components, is continuously pumped over a separate circuit with the aid of a circulating pump 13, the circuit being guided in such a way that the oil mixture is sucked off as close as possible to the pressure pump 3 and fed back to the storage vessel 1 . The purpose of pumping the inhomogeneous oil mixture into a separate circuit lanf is to keep the inhomogeneous oil mixture in constant motion and thus to keep the mixture itself unstable.
Another advantage of the method according to the invention is that an emulsion obtained by spraying once is again passed past the pressure nozzle 7 with the aid of a separate circuit and a circulation pump 12 and sprayed a second time or as often as desired and in this way is further enriched with emulsified substance .
According to FIG. 1, the guide tube 9 is connected to the overflow 14 via a line system and a circulating pump 12 with the inlet of the guide tube 9. It is also possible at any point in the circuit, for example shortly before entering the guide tube 9, to add a metered amount of liquid carrier phase at any time, e.g. B. via an orifice mixer and at any point in the circuit, advantageously also shortly before entering the guide tube 9, remove a certain amount of the emulsions obtained.
This procedure is particularly advantageous when carrying out chemical reactions.
The type of circulation is extremely versatile. It is possible to keep the circulation volume small or large in relation to the amounts of liquid phases sprayed in, and to work with high or low circulation speeds of the liquid carrier phase. Furthermore, the quantities of the freshly supplied liquid carrier phase and the liquid phase to be atomized, as well as the quantities of the removed, finished substance mixture, can be kept in any desired ratio. Furthermore, you can cool or heat the entire circuit, as well as keep it under pressure.
Furthermore, the process according to the invention is suitable for dissolving substances which dissolve slowly and with clumping very quickly, often practically instantaneously, if they are sprayed in a finely divided state into the solvent flowing past the pressure nozzle.
Example I.
It should be an aqueous emulsion of a 70 parts by weight aliphatic hydrocarbon oil with a viscosity of about 20 cp (e.g.
Bayol oil) and an oil mixture consisting of 30 parts by weight of emulsifier. The emulsifier is a phosphoric acid ester and is composed of 1 mole of phosphoric acid and 3 moles of a lauryl alcohol reacted with ethylene oxide. The oil mixture to be sprayed is liquid at 200 C and has a viscosity of 200 centipoise. The oil mixture flows from the storage vessel 1 (see FIG. 1) via a perlon taffeta filter (thread density 50 threads / cm) to a high-pressure piston pump 3. This conveys the oil mixture to be atomized through a pipe system 6 with the smallest possible volume (4 ccm total volume), to which a volume relief vessel 5 (volume: 70 ccm) and a pressure display device 4 is connected, to a spring-loaded pressure nozzle 7, type DFO-18-1 ( DN 450).
The oil mixture emerges from the pressure nozzle in bursts at the same rate as the piston of the pump is running, into the water that serves as the carrier phase and flows past the pressure nozzle, which is metered in via a rotameter 10. The water flow is set to 2.9 l / h. The guide tube 9 in this example is 1/2 m long and has a diameter of 15 cm. A normal diesel injection pump (PEI - B 60 E 100 S 769) is advantageously used as the pressure pump, with a delivery rate of 0.2 ccm / stroke at 105 strokes / min. set. It generates a pressure of 290-380 atmospheres and gives a flow rate of 600 ccm / h (= 71% efficiency). A finely divided emulsion of about 23% is obtained which did not cream even after days.
Example 2
A stearyl alcohol (melting point 320 ° C.) which is solid at room temperature and etherified with 5 mol of ethylene oxide is to be very finely distributed in water.
For this it is necessary to keep the storage vessel 1 containing the etherified stearyl alcohol to be atomized (see Fig. 1), as well as the entire pipeline system, as well as the pressure pump 3, by means of a heating device at approx. 800 C, at what temperature atomized product is in a molten state.
The molten phase is injected into the water flowing past the pressure nozzle at a pressure of 3000 atm. Otherwise, the same test conditions apply as in Example 1. A very finely divided, approximately 23% emulsion is obtained, the emulsified phase being in a waxy state.
Example 3
An aqueous emulsion of an inhomogeneous oil mixture is to be produced, the inhomogeneous oil mixture having the following composition in percent by weight:
40% of a white oil from the viscosity
35 cp / 200 ° C
30% methyl stearate
30% triethanol amine oleate
4% of a 30 mol percent sulfated carbon hydrogen, which is neutralized with triethanolamine.
In contrast to Examples 1 and 2, this requires the arrangement of a secondary circuit according to FIG. 1, in which the inhomogeneous oil mixture to be atomized is continuously pumped back from the storage vessel 1 via a circulation pump 13 to the storage vessel 1. This keeps the inhomogeneous mixture in a uniform distribution. The oil mixture is atomized as in Examples 1 and 2 at a pressure of about 1500 atm. The volume of the volume relief vessel is 30 ccm. The pressure pump is set to 50 strokes / min. set. The end product obtained is an approximately 100% aqueous, very finely divided, highly stable emulsion.
Example 4
A water-in-oil emulsion of nonylphenol etherified with 9 moles of ethylene oxide is to be produced. In the storage vessel 1 (see FIG. 2) there is a 10/0 aqueous solution of a nonylphenol etherified with 9 mol of ethylene oxide, which is fed to the pressure nozzle 7 via a pressure pump 3, as in Example 1, at a pressure of about 300 atmospheres . A mineral oil with a viscosity of 20 cp serves as the carrier phase. The oil inflow is expediently set to 2 l / h and the pressure pump 3 to 30 strokes / min. one.
In order to reduce the viscosity, the mineral oil is heated to about 500 ° C. with a heating unit 15 according to FIG. 2, then enters the guide tube 9 at the bottom and flows past the pressure nozzle 7 through which the above-mentioned aqueous solution is injected in bursts The finished emulsion is discharged through the overflow device 14. An approximately 10% strength, still liquid water-intl emulsion is obtained.
Example 5
A 50% solution of polyvinyl acetate (molecular weight 20,000) in ethyl acetate is used to produce ultra-fine polyvinyl acetate powder. The viscosity of the solution is approximately 9-10 poises. This solution is injected into a water / ethyl alcohol mixture (1: 1) at a pressure of 5000 atm. In this example the guide tube is 1 m long and has a diameter of 10 cm. The inflow of the water-alcohol mixture, which can be used several times, is set to 30 l / h. The high pressure pump runs at 50 strokes / min. The overflowing mixture runs on a filter, where the finely powdered polyvinyl acetate is isolated. The ethyl acetate can be recovered from the filtrate by means of distillation.
A very fine polyvinyl acetate powder with an average particle size of approx. 1 ss is obtained.
Example 6
To produce polyvinyl acetate dispersions, monomeric vinyl acetate is dissolved in ethyl acetate (1: 1) and sprayed into hot water (as carrier phase) at a pressure of 5 atmospheres using a high-pressure nozzle. Pressure nozzle 7 and pressure pump 3 correspond to those of Example 1. The throughput is 500 ccm / h. The carrier phase water (flow rate 20 l / h) contains the catalyst (1% peracetic acid) and emulsifier (2% of a nonylphenol etherified with 10 moles of ethylene oxide).
According to FIG. 2, the carrier phase is heated to 900 ° C. by means of a heating device 15 (for example heating coils). Furthermore, the guide tube 9 is additionally heated by a heating jacket 16, for example heating coils, attached to the outside of the guide tube, so that a temperature of 900 ° C. also prevails in the nozzle space 8. The guide tube 9 in this example is 3 m long and has a diameter of 15 cm. The dispersion overflowing from the overflow device 14 is first cooled in order to prevent agglomeration of the fine particles, then heated again and fed back into the nozzle space 8 in the circuit. Shortly before entering the guide tube, one takes out of the circuit, which is not shown in FIG.
Fig. 1), from 11 of the finished dispersions per hour and immediately behind it, also before entering the guide tube 9, adds 500 cc of distilled water at 900 C per hour via an orifice mixer. The finished dispersion contains about 25% solids with an average molecular weight of 20,000.
Example 7
For the production of Nitraniline Red
EMI6.1
proceed as follows:
A 20% diazonium solution of p-nitroaniline, cooled to about 0 to about + 20 ° C., serves as the carrier phase and is guided past the pressure nozzle 7 in a line system cooled by cooling coils, namely 1 l / h. The coupling component B-naphthol is dissolved in ether (50% solution) and injected into the carrier phase flowing past in a molar ratio (= 300 ccm / h, 60 strokes / min. Of the pressure pump) under a pressure of 300 atm. The coupling of the B-naphthol takes place immediately after exiting the pressure nozzle. The guide tube 9, which in this example is 3 m long and has a diameter of 20 cm at the top and 7 cm at the bottom, is cooled over its entire length with cooling coils.
The arrangement of the device is the same as in Example 1. A very finely dispersed nitraniline red with an average particle size of 0.55, which can be used for color pigments, is obtained.
Example 8
To prepare ethyl laurate from lauroyl chloride and sodium ethylate, proceed as follows:
According to FIG. 1, a 200% ethyl alcoholic solution of sodium alcoholate is fed past the pressure nozzle 7, namely 1 l / h. Lauroyl chloride is injected into this solution through the pressure nozzle 7 at a pressure of 1000 atmospheres, namely 360 g / h. The high pressure pump 3 is set to 50 strokes / min. The arrangement of the device is otherwise the same as in Example 1. An alcoholic solution is obtained, 1000 g of which contains approx. 350 g of ethyl laurate. If higher throughputs than in this example are chosen, it is expedient to cool the entire flow tube from the outside with cooling coils.