Verfahren und Vorrichtung zum Feinstzerkleinern von Stoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Feinstzerkleinern von Stoffen verschiedenster Art und Zusammensetzung, nötigenfalls bis in den Grössenbereich von 1 u und darunter, durch kinematische Hochfrequenzbehandlung zum Zwecke der Homogenisierung, Emulgierung und/oder der Durchführung physikalischer und/oder chemischer Reaktionen.
Zweck der Erfindung ist die Verbesserung der be kannten Verfahren und d Vorrichtungen zur Feinstzer- kleinerung von Stoffen, z. B. der durch die schweizerischen Patente Nr. 288 154 und 304 025 geschützten sowie ähnlicher Vorrichtungen.
Die sich hieraus ergebende Aufgabe besteht darin, den Stoff einer kombinierten kontinuierlichen Bearbeitung zu unterwerfen, deren Kombinationseffekt innerhalb bestimmter Grenzen einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gelöst: a) der Stoff wird kontinuierlich in einen von einem Schwingungsfeld durchsetzten Bearbeitungsraum eingeführt und darin in Teilströme zerlegt, b) jeder Teilstrom wird durch Scherung und Prallung im Schall- bzw. Ultraschallfrequenzbereich in kleine Teilchen zerlegt, c) wenigstens ein Teil der Geschwindigkeitsenergie der hochbeschleunigten kleinen Teilchen wird in einer im Bearbeitungsraum befindlichen Stauzone in Druckenergie umgesetzt, wobei die kleinen Teilchen während ihrer Verweilzeit in der Stauzone ausser den von den Scher- und Prallimpulsen verursachten Schwingungen gleichzeitig auch noch den sich im wesentlichen rechtwinklig dazu fortpflanzenden,
von oszillierenden Wänden des Bearbeitungsraumes ausgehenden Schwingungen unterworfen werden, d) die so bearbeiteten kleinen Teilchen werden pulsierend aus dem Bearbeitungsraum ausgestossen, e) der an der Peripherie des Bearbeitungsraumes stossweise austretende, bearbeitete Stoff wird in den den Arbeitsraum umgebenden Stoff ausgeworfen und so oft wieder in den Arbeitsraum zur erneuten Bearbeitung eingesaugt, bis er die gewünschte Feinheit erreicht hat.
Die zum Ausüben des erfindungsgemässen Verfahrens dienende Vorrichtung mit zwei um eine Achse relativ gegenläufig rotierenden Scheiben, auf welchen je ein oder mehrere, sich konzentrisch umschliessende Organringe angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Organe wenigstens eines von zwei zusammenarbeitenden Ringen als dünne Platten oder Zungen ausgebildet ist, dass die letzteren bei ihrer Begegnung mit den Organen des benachbarten Ringes durch die dabei erzeugten Impulse zu Oszillationen erregt werden und auf diese Weise akustische Schwingungen in tangentialer Richtung ausführen und in dem in den Schlitzen zwischen den Platten oder Zungen des betreffenden Ringes sowie innerhalb und ausserhalb des letzteren befindlichen Stoff intensive Schwingungen ausr lösen,
deren Frequenz und Amplitude durch entsprechende Wahl der Relativgeschwindigkeit bzw. des gegenseitigen radialen Abstandes der benachbarten Organringe einstellbar sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung in Draufsicht - teilweise aufgeschnitten dargestellt.
Die Vorrichtung entspricht in ihrem äusseren Aufbau im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1 der schweizerischen Patentschrift 288 154 und weist zwei um eine Achse relativ gegenläufig rotierende Scheiben 1, 2 auf.
Auf der unteren, mit pumpend wirkenden Speichen 3 versehenen Scheibe 1 sitzt ein Organring 4, dessen Organe im gezeigten Ausführungsbeispiel einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisen. Dieser innere Organring 4 ist von einem auf der mit Einlass öffnungen 5 versehenen oberen Scheibe 2 sitzenden Organring 6 umgeben, dessen Organe als in tangentialer Richtung zu Oszillationen erregbare Zungen ausgebildet sind; im Extremfall können diese Zungen so fein wie Rasierklingen sein. Diese Zungen bilden zwischen sich schmale Schlitze, welche auf den die Vorrichtung von innen nach aussen durchströmenden Stoff eine Stauwir kung ausüben, so dass der Stoff zu einer gewisse Verweilzeit in der Vorrichtung gezwungen wird.
Während dieser Verweilzeit wird der in Teilströme zerlegte Stoff in der beispielsweise aus der schweizerischen Patentschrift 304 025 bekannten Weise durch hochfrequente Zerscherung und Zerprallung in kleine Teilchen zerlegt, die ausser den von den Scher- und Prallimpulsen verursachten Schwingungen gleichzeitig auch noch den sich im wesentlichen rechtwinklig dazu fortpflanzenden, von den oszillierenden Zungen des Organringes 6 ausgehenden Schwingungen unterworfen werden. Das durch die Schwingungen aufgebaute Schallfeld durchsetzt nicht nur die gesamte, mit Stoff gefüllte Vorrichtung, sondern auch deren Umgebung; wenn die Vorrichtung in einen mit Stoff gefüllten Behälter eingehängt ist, wird auch der ausserhalb der Vorrichtung im Behälter befindliche Stoff ständig den Wirkungen des Schallfeldes ausgesetzt.
Analoges gilt für einen durch eine Rohrleitung fliessenden Stoff, wenn eine erfindungsgemässe Vorrichtung in diese Rohrleitung eingebaut ist.
Der bei der Bearbeitung des Stoffes in der Vorrichtung auftretende Kombinationseffekt ist innerhalb bestimmter Grenzen einstellbar, und zwar können durch entsprechende Wahl der Relativgeschwindigkeit bzw. des gegenseitigen radialen Abstandes der benachbarten Organringe die Frequenz und die Amplitude der Schwingungen verändert werden.
Der den Stau- oder Druckspalt bildende gegenseitige radiale Abstand benachbarter Organringe kann in besonders einfacher Weise dadurch eingestellt werden, dass man die Organe in axialer Richtung konisch ausbildet (wie dies aus Fig. 1 der schweizerischen Patentschrift 288 154 ersichtlich ist); durch axiales Verschieben der beiden Scheiben 1, 2 relativ zueinander wird dann der radiale Abstand benachbarter Organringe grösser oder kleiner.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielfacher, im Rahmen des Erfindungsgedankens liegender Abwandlungen fähig. Beispielsweise könnten pro Scheibe mehrere Organringe vorgesehen sein, wobei die Organe eines, mehrerer oder aller Ringe als oszillierende Platten oder Zungen ausgebildet sein könnten. Es könnte auch nur ein Teil eines Organringes mit oszillierenden Platten oder Zungen bestückt sein, während die übrigen Organe desselben Ringes einen anderen Querschnitt als die Platten oder Zungen aufweisen könnten; insbesondere könnten sich in Umfangsrichtung oszillierende und nichtoszillierende Organe gegenseitig periodisch oder unregelmässig abwechseln.
Process and device for the fine comminution of materials
The present invention relates to a method and a device for the fine comminution of substances of various types and compositions, if necessary up to the size range of 1 u and below, by kinematic high-frequency treatment for the purpose of homogenization, emulsification and / or performing physical and / or chemical reactions.
The purpose of the invention is to improve the known methods and devices for fine shredding of substances, eg. B. the protected by the Swiss patents No. 288 154 and 304 025 and similar devices.
The resulting task is to subject the material to a combined continuous processing, the combination effect of which can be set within certain limits.
This object is achieved according to the invention by the combination of the following process steps: a) the substance is continuously introduced into a processing room interspersed with a vibration field and broken down into partial flows therein, b) each partial flow is broken down into small particles by shearing and impact in the sonic or ultrasonic frequency range , c) at least part of the velocity energy of the highly accelerated small particles is converted into pressure energy in a damming zone located in the processing room, the small particles during their dwell time in the damming zone in addition to the vibrations caused by the shear and impact pulses at the same time also essentially propagating at right angles to it,
are subjected to vibrations emanating from the oscillating walls of the processing room, d) the small particles processed in this way are ejected in a pulsating manner from the processing room, e) the processed material emerging in bursts at the periphery of the processing space is ejected into the material surrounding the working space and so often back into sucked in the working area for further processing until it has reached the desired fineness.
The device used for practicing the method according to the invention with two disks rotating in opposite directions around an axis, on each of which one or more concentrically surrounding organ rings are arranged, is characterized in that at least some of the organs at least one of two cooperating rings are thin Plates or tongues is designed so that the latter are excited to oscillate when they encounter the organs of the adjacent ring by the pulses generated thereby and in this way perform acoustic oscillations in the tangential direction and in the slots between the plates or tongues of the respective ring Ring as well as the substance inside and outside the latter trigger intense vibrations,
the frequency and amplitude of which can be set by appropriate selection of the relative speed or the mutual radial distance between the adjacent organ rings.
In the drawing, an embodiment of the device according to the invention is shown in plan view - partially cut open.
In its external structure, the device corresponds essentially to that according to FIG. 1 of Swiss Patent 288 154 and has two disks 1, 2 rotating in relatively opposite directions about an axis.
On the lower disk 1, which is provided with pumping spokes 3, sits an organ ring 4, the organs of which have an essentially square cross-section in the embodiment shown. This inner organ ring 4 is surrounded by an organ ring 6 seated on the upper disc 2 provided with inlet openings 5, the organs of which are designed as tongues that can be excited to oscillate in the tangential direction; in extreme cases, these tongues can be as fine as razor blades. These tongues form narrow slits between them which exert a stowage effect on the substance flowing through the device from the inside to the outside, so that the substance is forced to remain in the device for a certain period of time.
During this dwell time, the material broken down into partial flows is broken down into small particles in the manner known, for example, from Swiss patent specification 304 025, by high-frequency shearing and crashing, which, in addition to the vibrations caused by the shear and impact pulses, are also essentially perpendicular to them reproductive vibrations emanating from the oscillating tongues of the organ ring 6 are subjected. The sound field built up by the vibrations not only penetrates the entire device, which is filled with substance, but also its surroundings; If the device is suspended in a container filled with substance, the substance in the container outside the device is also constantly exposed to the effects of the sound field.
The same applies to a substance flowing through a pipeline if a device according to the invention is installed in this pipeline.
The combination effect occurring during the processing of the substance in the device can be set within certain limits, namely the frequency and the amplitude of the vibrations can be changed by appropriate selection of the relative speed or the mutual radial distance between the adjacent organ rings.
The mutual radial distance between adjacent organ rings forming the damming or pressure gap can be set in a particularly simple manner in that the organs are conical in the axial direction (as can be seen from FIG. 1 of Swiss Patent 288 154); by axially displacing the two disks 1, 2 relative to one another, the radial distance between adjacent organ rings then becomes larger or smaller.
Of course, the invention is not restricted to the exemplary embodiment described and shown, but rather is capable of multiple modifications within the scope of the inventive concept. For example, several organ rings could be provided per disc, the organs of one, several or all of the rings being designed as oscillating plates or tongues. It could also be equipped with oscillating plates or tongues only part of an organ ring, while the other organs of the same ring could have a different cross-section than the plates or tongues; in particular, organs oscillating and non-oscillating in the circumferential direction could alternate periodically or irregularly.