Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen unerwünschter Komponenten aus flüssigen Stoffsystemen mittels mechanischer Schwingungen im Schall- bzw. Ultraschallbereich Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zum Entfernen unerwünschter Komponenten aus flüssigen Stoffsystemen mittels mechanischer Schwingungen im Schall- bzw. Ultraschallbereich.
Dabei sind unter flüssigen Stoffsystemen sowohl homogene flüssige Systeme, d. h. reine Flüssigkeiten, als auch heterogene Systeme mit wenigstens einer flüs sigen Phase, d. h. echte Lösungen, kolloidale Lösungen und grob disperse Systeme, zu verstehen.
Die Verwendung von Schallwäschern zum leich teren Entfernen des Schmutzes aus der Wäsche ist be kannt. Hierbei dient als Schwingungserzeuger eine durch den Wechselstrom des Netzes erregte elektroma- gentische Mebran, die in die Waschlauge getaucht wird, wobei sich die Membranvibrationen auf Lauge und Wäsche übertragen. Diese Schallwäscher können die Wirkung des Waschmittels selbstverständlich nicht ersetzen, sondern nur unterstützen; ausserdem stellen sie nur eine spezielle Anwendungsform der trennenden Wirkung mechanischer Schwingungen dar, die sich auf andere Gebiete, z. B. die chemische Technik, nicht übertragen lässt.
Andererseits kennt man seit langem die entgasende Wirkung des Ultraschalles. Diese äussert sich darin, dass in einer von Ultraschallwellen durchsetzten Flüs sigkeit kleine Gasbläschen auftreten, für deren Entste hung es zwei Erklärungen gibt. Einmal werden die in fast jeder Flüssigkeit vorhandenen, mikroskopisch klei nen Gaseinschlüsse durch die Schallwellen zu grösseren Gasbläschen vereinigt, die dann sichtbar werden und hochsteigen, und andererseits werden in der Flüssigkeit gelöste Gase durch die in der Schallwelle vorhandenen Unterdrucke bzw. durch die bei grösseren Schallinten- sitäten auftretenden Kavitationen aus der Flüssigkeit ausgetrieben, so dass Blasen entstehen.
Der Anwen dung des Ultraschalles zum Entgasen im industriellen Massstab stand jedoch der schlechte Wirkungsgrad ent gegen, der auf die verhältnismässig geringe Schallinten sität der bisher verwendeten piezoelektrischen bzw. magnetostriktiven Schwingungserzeuger zurückzufüh- ren ist.
So beträgt beispielsweise die Schallintensität der piezoelektrischen Schwingungserzeuger maximal 55 W/cml, diejenige der magnetostriktiven Schwin gungserzeuger maximal nur 17 W/cm2;
wenn man be- denkt, dass demgegenüber zum Austreiben von 1 cm3 Gas pro Sekunde aus mit Luft gesättigtem Wasser bei 194 kHz 51,2 kW, bei 380 kHz 72,6 kW und bei 530 kHz 87,4 kW notwendig sind, wird man sofort erkennen, dass sich die piezoelektrischen und magneto- striktiven Schwingungserzeuger zum Grosseinsatz in der Entgasung nicht eignen.
Ausserdem besteht ein nicht zu unterschätzender Nachteil der piezoelektri- schen Schwingungserzeuger darin, dass sie nur ganz bestimmte Frequenzen liefern, die den einzelnen Reso nanzlagen der Grund- bzw. Oberschwingungen entspre chen.
Die Schaffung der mechanischen bzw. kinemati schen Hochfrequenz-Verfahrenstechnik durch die Anmelderin ermöglichte die ungewöhnlich hohe Steige rung der Schallintensität bis zu 80 W/cm\. Die bei die ser Verfahrenstechnik zur Anwendung gelangenden mechanischen bzw. kinematischen Hochfrequenzgene- ratoren, wie sie beispielsweise in den schweizerischen Patentschriften 288 154, 304 025, 311794, 355 770, 355 771, 359 346 und 372 537 beschrieben sind, arbeiten in der Weise, dass der primäre Strom eines fluiden Mediums in eine Vielzahl von sekundären Teil strömen zerlegt wird;
das Medium wird dabei, hoch beschleunigt, in schnell wechselnder Richtung durch zahlreiche enge Durchlässe hindurchgepresst, wobei sehr intensive Druckimpulse auftreten. Hinsichtlich der zu erzielenden Frequenz wirkt sich dieses Arbeitsprin zip multiplikativ aus und gestattet damit, die Gesamt frequenz des Generators bis in den hohen Ultraschall bereich zu steigern, so dass praktisch mit beliebigen Frequenzen gearbeitet werden kann.
Aufgrund systematischer Weiterentwicklungen wurde nun gefunden, dass sich die mit hoher spezifi scher Intensität arbeitende mechanische bzw. kinemati sche Hochfrequenz-Verfahrenstechnik unter bestimm- ten Bedingungen nicht nur zum Entgasen von Flüssig keiten im industriellen Massstab eignet, sondern allge mein zum Entfernen unerwünschter Komponenten aus flüssigen Stoffsystenen.
Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass man das rohe Stoffsystem durch einen mechanischen bzw. kinematischen Hochfrequenzgenerator schickt, es darin beschallt und mittels eines eingeführten Gases verschäumt, den Schaum im Bereich der Grenzfläche einer einen schallreflektierenden Raum teilweise füllen den rohen oder behandelten Stoffmenge versprüht, die Schaumbläschen zum Platzen bringt und die dabei frei werdenden, nach oben entweichenden gasförmigen Anteile sowie die nach unten sinkenden flüssigen bzw. festen Anteile getrennt abführt.
Die der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen teilweise mit einer rohen oder behandelten Stoffmenge gefüllten Behälter, in den mindestens ein mit einem Saugrohr und einem Gaseinlass versehener mechanischer bzw. kinematischer Hochfrequenzgenerator so eingebaut ist, dass er beim Antrieb durch einen Motor das durch das Saugrohr eingeströmte Stoffsystem dispergiert, be schallt und mittels des durch den Gaseinlass eingeführ ten Gases verschäumt sowie den Schaum im Bereich der Grenzfläche der im Behälter befindlichen Rohren oder behandelten Stoffmenge nach aussen gegen einen oder mehrere Prallkörper sprüht.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Aus führungsbeispielen schematisch erläutert, und zwar zei gen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig.2 einen Längsschnitt durch ein zweites Aus führungsbeispiel und Fig. 3 einen Querschnitt durch ein drittes Ausfüh rungsbeispiel.
Die in Fig.1 dargestellte Entgasungs-Vorrichtung arbeitet mit einem oben offenen Behälter 1, der bis zum Niveau N-N mit der rohen Stoffmenge 2, z. B. einer Suspension, gefüllt ist. Das Füllen erfolgt durch den Einlass 3. Ein am Behälter 1 abnehmbar befestig ter Ausleger 4 trägt einen mechanischen Hochfre- quenzgenerator 5 mit Antriebsmotor 6 und Saugrohr 7, das in verschiedenen Höhen mit Einlassöffnungen 7' versehen sein kann.
Der mechanische Hochfrequenzge- nerator 5, der beispielsweise in der schweizerischen Patentschrift Nr. 288 154 im einzelnen beschrieben ist, saugt beim Antrieb mittels des Motors 6 die rohe Suspension 2 durch das Saugrohr 7 an (siehe schwarze Pfeile) und beschallt und dispergiert sie;
durch gleich zeitig von oben angesaugte Luft, die bei 16 durch ge strichelte Pfeile angedeutet ist, wird der dispergierte und beschallte Stoff innerhalb des Generators 5 ver- schäumt. Der mechanische Hochfrequenzgenerator 5 ist nun im Behälter 1 so angeordnet, dass sein unterer Rand mit dem Niveau N-N (welches die Grenzfläche zwischen der rohen Suspension 2 und der Luft dar stellt) auf gleicher Höhe liegt. Infolgedessen sprüht der Generator 5 den durch das Verschäumen gebildeten Schaum 8 unter erheblichem Druck - je nach Umlauf geschwindigkeit des Rotors - unmittelbar über der Grenzfläche N-N radial nach aussen.
Die Bläschen dieses Schaumes 8, der eine mehr oder weniger rohe Suspension darstellt, werden beim Aufprall an die Wand des Behälters 1 (die ggf. noch mit besonderen Prallflächen oder Prallkörpern versehen ist) zum Plat zen gebracht, wobei die gasförmigen Anteile frei wer den und nach oben entweichen (siehe weisse Pfeile).
Diese gasförmigen Anteile enthalten nicht nur die vom Generator 5 angesaugte Luft, sondern auch das aus der Suspension 2 zu entferndende Gas; durch die vom Hochfrequenzgenerator 5 erzeugten, die rohe Suspen sion 2 durchsetzenden Ultraschallschwingungen wur den die in der rohen Suspension 2 vorhandenen, mikroskopisch kleinen Gasbläschen bereits zu grösse- ren Bläschen vereinigt und diese wiederum führten beim Verschäumungsvorgang mit der angesaugten Luft zu noch grösseren, Gas und Luft enthaltenden Schaumblasen.
Die Einleitung der Entgasung, nämlich die Vereinigung der mikroskopisch kleinen Gasbläs chen zu grösseren Bläschen, erfolgt durch bekannte Kavitationswirkung der Ultraschallwellen, die noch dadurch begünstigt wird, dass die schallreflektierende Wand des Behälters 1 zur Bildung stehender Schallwel len führt, in deren Schwingungsbäuchen sich die Gas bläschen bekanntlich ansammeln. Die beim Platzen der Schaumblasen freiwerdenden flüssigen und festen An teile fallen in die Suspensionen 2 zurück und werden wieder in das Saugrohr 6 eingesaugt.
Nach Abschalten des Motors 6 und Stillstand des mechanischen Hoch- frequenzgenerators 5 sinken die eventuell noch nicht fein genug dispergierten festen Teilchen auf den trich terförmig ausgebildeten Boden des Behälters 1 und bil den dort ein Sediment 9, das durch einen Schnellver- schluss 10, z. B. eine Blende mit Hebelverschluss, ein Zellenrad oder ein anderes Äquivalent nach einer ge wissen Zeit abgelassen werden kann. Die nunmehr ent gaste Suspension 2 wird durch den Auslass 11 aus dem Behälter 1 abgezogen.
Das Entfernen der behandzlten Suspension 2 und/oder des Sedimentes 9 könnte selbst verständlich auch mittels Tauchpumpen oder durch Aushebern erfolgen. Die beschriebene Vorrichtung ar beitet also chargenweise.
Eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung gemäss der Erfindung zeigt Fig. z. Bei dieser Vorrichtung ist der Behälter 1 geschlossen und weist an seiner Ober seite eine von einem Motor 6 angetriebene Absau- geeinrichtung 12 für die freiwerdenden gasförmigen Anteile auf, so dass diese - soweit es sich um (ggf. sogar schädliche) Abfallprodukte handelt - in die freie Amtosphäre abgeleitet oder - soweit es sich um Zwi schenprodukte handelt - der Weiterverarbeitung zuge führt werden können.
In den Behälter 1 ragt von oben ein von einem Motor 6 angetriebener kinematischer Hochfrequenzgenerator 5, wie er im einzelnen in der schweizerischen Patentschrift Nr. 372 537 beschrieben ist. Die Gegendruck- und Verweilzeit-Reguliereinrich- tung besteht in diesem Falle aus einem den Generator 5 umschliessenden, von aussen drehbar, den freien Auslassquerschnitt des Generators verändernden Ring.
Der Behälter 1 wird anfangs über den Einlass 3 mit einer rohen Stoffmenge 2 bis zum Niveau N-N gefüllt, das mit der Oberkante des Generators 5 bündig ab- schliesst. Der kinematische Hochfrequenzgenerator 5 ist unter Belassung eines zweckentsprechenden radialen Abstandes von einem ringförmigen Prallblech 13 um geben, das am Stator des Generators 5 befestigt ist; nach oben ist der Generator durch eine trichterförmige Abdeckhaube 14 abgeschlossen, so dass er von hier keine Luft ansaugen kann.
Die Luft wird vielmehr durch einen von unten in das Saugrohr 7 hineinragen- den, mit einem Regelventil 15 versehenen Gaseinlass 16 in den Generator 5 eingeführt. Am Saugrohr 7 ist ein Gleitblech 17 in Form eines umgekehrten Trichters befestigt. Im zylindrisch auslaufenden Ende des trich terförmigen Behälterbodens ist ein durch einen Motor 18 antreibbares Zellenrad 19 vorgesehen, das im vor liegenden Falle den Schnellverschluss bildet. An der Oberseite des Behälters 1 ist ein Druckmesser 20 an geordnet, der den im Behälter 1 herrschenden Unter druck anzeigt.
Sobald nach dem bereits erwähnten Fül len des Behälters (bis zum Niveau N-N) der kinemati sche Hochfrequenzgenerator 5 durch Einschalten des Motors 6 angetrieben wird, erfolgt der bereits im Zu sammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 geschil derte Dispergierungs-, Verschäumungs@ und Entga- sungsvorgang, jedoch mit dem Unterschied, dass der Schaum nicht gegen die Behälterwand, sondern gegen das Prallblech 13 gesprüht wird, an dem die Bläschen platzen und die gasförmigen Anteile freigeben;
die letz teren werden durch die vom Motor 6' angetriebene Absaugeeinrichtung 12, z. B. einen Exhaustor, eine Propellerpumpe, eine Strahlpumpe oder ein anderes Äquivalent abgesaugt (siehe weisse Pfeile) und entwe der in die freie Atmosphäre abgeleitet oder der Weiter verarbeitung zugeführt. Die Absaugeeinrichtung 12 schafft gleichzeitig im Behälter 1 einen Unterdruck, der die Bildung der Gasbläschen und das Platzen der Schaumbläschen, also die Entgasung, wesentlich be günstigt.
Die beim Aufprall der Schaumbläschen am Prallblech 13 freiwerdenden flüssigen und festen An teile gelangen wieder in die Stoffmenge 2, wobei die noch nicht genügend dispergierten festen Anteile nach unten sinken und über das Gleitblech 17 zum Behäl terboden gelangen, auf dem sie das Sediment 9 bilden. Nach einer bestimmten Betriebsdauer sind aus der Stoffmenge 2 die gasförmigen bzw. festen Anteile (bei denen es sich beispielsweise auch um unerwünschte Reaktionsprodukte aus einer vorhergehenden Bearbei tungsstufe handeln kann) so weit entfernt, dass die Stoffmenge 2 als gereinigt gelten und durch den Aus- lass <B>11</B> abgelassen werden kann.
Dieses Ablassen und das dadurch werdende Wiederauffüllen des Behälters 1 kann kontinuierlich erfolgen, wenn eine automatische Steuerung 21 vorgesehen wird, an welche - wie durch strichpunktierte Linien angedeutet - der Druckmesser 20 und/oder eine Flüssigkeitsstandsmes- ser 22, der Einlass 3, der Auslass 11, das Regelventil 15 und die Motoren 6, 6' und 18 angeschlossen sind. Dadurch können in der .aus der Regelung und Steue- rungtechnik an sich bekannten Weise alle Vorgänge automatisch gesteuert und aufeinander abgestimmt werden.
Je nach Bedarf kann aber auch nur ein Teil des Verfahrensablaufes automatisch gesteuert werden, während im übrigen die Steuerung von Hand erfolgt.
Das erfindungsgemässe Verfahern eignet sich für viele Anwendungsgebiete der Verfahrenstechnik, wo es gilt, unerwünschte Komponenten gasförmigen, flüssi gen oder festen Aggregatzustandes aus flüssigen Stoff systemen zu entfernen. Als ein Beispiel für viele sei folgendes angeführt: Beim Verspinnen mancher Spinnlösungen, z. B. Viskosen aus Xanthogenat, macht sich das Mitverspin- nen von feinen bis feinsten Luft- bzw. Gasbläschen durch Herabsetzung der Festigkeit des Fadens äusserst störend bemerkbar.
Dabei machen diese mikroskopisch kleinen Hohlräume die Streckung der synthetischen Faser mit und können diese über erhebliche Längen als Hohlfaden ausbilden. Die Unregelmässigkeit sol cher Gebilde, die sich nicht nur festigkeitsmässig, son dern auch ästhetisch sehr ungünstig auswirkt, wird, soweit es sich um nach dem Verspinnen verbleibende Hohlräume handelt, durch das erfindungsgemässe Ver fahren (Entgasung) beseitigt, so dass ein einwandfreies, höherwertiges Produkt mit gleichmässiger Festigkeit der Faser erzeugt wird.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann im Rahmen des Erfindungs gedankens verschiedene Abwandlungen erfahren.
Beispielsweise könnte bei Verwendung eines mechanischen Hochfrequenzgenerators, dessen äusser- ster Organring ein Rotorring ist, das ihn umgebende ringförmige Prallblech mit kurzen, radial nach innen gerichteten Schaufeln versehen sein und in entgegenge setzter Drehrichtung angetrieben werden; dadurch würde das Aufprallen des vom Generator ausgesprüh- ten Schaumes und das Platzen der Schaumbläschen erheblich verstärkt bzw. begünstigt.
Die beim Platzen der Schaumbläschen freiwerden den flüssigen und festen Anteile könnten zwecks Be günstigung der Sedimentierung der letzteren der Wir kung von Zentrifugalkräften unterworfen werden, in dem beispielsweise das den Generator umgebende Prallblech nach Art eines Zyklonenabscheiders ausge bildet und an dem äussersten, als Rotorring ausgebilde ten Organring des Hochfrequenzgenerators befestigt wird, so dass es mit diesem umläuft.
Ferner könnten statt der Luft oder eines inerten Gases in das Saugrohr des Generators auch oberflä chenaktive Stoffe (z. B. in flüssiger Form) eingeführt werden, die durch Erniedrigung der Oberflächenspan nung des flüssigen Systems die Entgasung fördern. Aber auch das Einführen kleinster Teilchen von Fest stoffen, insbesondere wenn diese hydrophob sind, kann zum Einsetzen der Kavitation bei Schallwechseldruk- ken unterhalb des theoretisch erforderlichen Druckes führen und damit den Entgasungsvorgang begünstigen.
Zur Erzielung grosser Produktionsmengen kann es auch empfehlenswert sein, gemäss dem in Fig.3 im Querschnitt dargestellten Ausführungsbeispiel inner- halb eines Grossbehälters 1 mehrere mechanische und/oder kinematische Hochfrequenzgeneratoren 5 an zuordnen, wobei in Fig.3 nur zwei der zahlreichen Anordnungsmöglichkeiten durch volle bzw. gestrichelte Linien angedeutet sind.
Selbstverständlich können die einzelnen Generatoren auch in verschiedenen Höhen innerhalb des Grossbehälters 1 angeordnet sein.
Method and device for removing unwanted components from liquid material systems by means of mechanical vibrations in the sonic or ultrasonic range The invention relates to a method and a device for removing unwanted components from liquid material systems by means of mechanical vibrations in the sonic or ultrasonic range.
Both homogeneous liquid systems, i. H. pure liquids as well as heterogeneous systems with at least one liquid phase, d. H. real solutions, colloidal solutions and grossly disperse systems.
The use of sonic washers for easier removal of dirt from the laundry is known. An electromagnetic membrane, which is excited by the alternating current of the network and which is immersed in the washing liquor, serves as a vibration generator, whereby the membrane vibrations are transferred to the liquor and laundry. These sonic washers can of course not replace the effect of the detergent, but only support it; in addition, they represent only a special application of the separating effect of mechanical vibrations, which affect other areas, e.g. B. chemical technology, can not be transferred.
On the other hand, the degassing effect of ultrasound has been known for a long time. This manifests itself in the fact that small gas bubbles appear in a liquid penetrated by ultrasonic waves, for the formation of which there are two explanations. On the one hand, the microscopic gas inclusions that are present in almost every liquid are united by the sound waves to form larger gas bubbles, which then become visible and rise, and on the other hand, gases dissolved in the liquid are caused by the negative pressure in the sound wave or by the larger sound inks - sities occurring cavitations expelled from the liquid, so that bubbles arise.
The use of ultrasound for degassing on an industrial scale, however, was opposed to the poor efficiency, which is due to the relatively low sound intensity of the piezoelectric or magnetostrictive vibration generators used up to now.
For example, the sound intensity of the piezoelectric vibration generator is a maximum of 55 W / cm2, that of the magnetostrictive vibration generator is a maximum of only 17 W / cm2;
if you consider that, on the other hand, to expel 1 cm3 of gas per second from water saturated with air at 194 kHz 51.2 kW, at 380 kHz 72.6 kW and at 530 kHz 87.4 kW, you will immediately recognize that the piezoelectric and magnetostrictive vibration generators are not suitable for large-scale use in degassing.
In addition, a disadvantage of piezoelectric vibration generators, which should not be underestimated, is that they only deliver very specific frequencies that correspond to the individual resonance positions of the fundamental or harmonics.
The creation of the mechanical or kinematic high-frequency process technology by the applicant enabled the unusually high increase in sound intensity of up to 80 W / cm \. The mechanical or kinematic high-frequency generators used in this process technology, as described, for example, in Swiss patents 288 154, 304 025, 311794, 355 770, 355 771, 359 346 and 372 537, work in the manner that the primary stream of a fluid medium is divided into a plurality of secondary streams;
the medium is pushed through numerous narrow passages in a rapidly changing direction, at high speed, with very intense pressure pulses occurring. With regard to the frequency to be achieved, this working principle has a multiplicative effect and thus allows the overall frequency of the generator to be increased up to the high ultrasonic range, so that practically any frequency can be used.
As a result of systematic further developments, it has now been found that the mechanical or kinematic high-frequency process technology, which works with high specific intensity, is not only suitable for degassing liquids on an industrial scale under certain conditions, but also generally for removing unwanted components from liquids Fabric systems.
The method forming the subject of the present invention is characterized in that the raw material system is sent through a mechanical or kinematic high-frequency generator, sonicated therein and foamed by means of an introduced gas, the foam in the area of the boundary surface of a sound-reflecting room partially fill the raw or treated amount of substance is sprayed, the foam bubbles burst and the released gaseous components escaping upwards and the downwardly sinking liquid and solid components separately discharged.
The device used to carry out the method is characterized by a container partially filled with a raw or treated amount of substance, in which at least one mechanical or kinematic high-frequency generator provided with a suction pipe and a gas inlet is installed in such a way that it is driven by a motor the intake pipe dispersed substance system that has flowed in, be sonicated and foamed by means of the gas introduced through the gas inlet, and the foam in the area of the interface between the pipes or the treated substance quantity in the container is sprayed outwards against one or more impact bodies.
In the drawing, the invention is explained schematically using some exemplary embodiments, namely show: FIG. 1 a longitudinal section through a first exemplary embodiment of the device according to the invention, FIG. 2 a longitudinal section through a second exemplary embodiment and FIG. 3 a cross section through a third exemplary embodiment.
The degassing device shown in Figure 1 works with an open-topped container 1, which is up to level N-N with the raw amount of substance 2, z. B. a suspension is filled. Filling takes place through the inlet 3. A boom 4 detachably attached to the container 1 carries a mechanical high-frequency generator 5 with a drive motor 6 and suction pipe 7, which can be provided with inlet openings 7 'at various heights.
The mechanical high-frequency generator 5, which is described in detail, for example, in Swiss patent specification No. 288 154, sucks in the raw suspension 2 through the suction pipe 7 when it is driven by means of the motor 6 (see black arrows) and irradiates and disperses it;
by simultaneously sucking in air from above, which is indicated by dashed arrows at 16, the dispersed and sonicated substance is foamed inside the generator 5. The mechanical high-frequency generator 5 is now arranged in the container 1 in such a way that its lower edge is at the same height as the level N-N (which represents the interface between the raw suspension 2 and the air). As a result, the generator 5 sprays the foam 8 formed by the foaming under considerable pressure - depending on the rotational speed of the rotor - immediately above the interface N-N radially outwards.
The bubbles of this foam 8, which is a more or less crude suspension, are brought to the plat zen upon impact with the wall of the container 1 (which may also be provided with special baffles or impact bodies), with the gaseous components free who and escape upwards (see white arrows).
These gaseous components contain not only the air sucked in by the generator 5, but also the gas to be removed from the suspension 2; Due to the ultrasonic vibrations generated by the high-frequency generator 5 and penetrating the raw suspension 2, the microscopic gas bubbles present in the raw suspension 2 were already combined to form larger bubbles and these in turn led to even larger ones during the foaming process with the sucked in air Foam bubbles containing air.
The initiation of degassing, namely the union of the microscopic gas bubbles to form larger bubbles, takes place through the well-known cavitation effect of the ultrasonic waves, which is further promoted by the fact that the sound-reflecting wall of the container 1 leads to the formation of standing sound waves, in whose antinodes the gas is located vesicles are known to accumulate. The liquid and solid parts released when the foam bubbles burst fall back into the suspensions 2 and are sucked back into the suction tube 6.
After the motor 6 has been switched off and the mechanical high-frequency generator 5 has come to a standstill, the solid particles that may not yet have been dispersed finely enough sink to the funnel-shaped bottom of the container 1 and form a sediment 9 there, which is B. a diaphragm with lever lock, a cellular wheel or another equivalent can be drained after a ge know time. The suspension 2 that has now been degassed is withdrawn from the container 1 through the outlet 11.
The removal of the treated suspension 2 and / or the sediment 9 could of course also take place by means of submersible pumps or by means of siphons. The device described ar therefore works in batches.
A continuously operating device according to the invention is shown in FIG. In this device, the container 1 is closed and has on its upper side a suction device 12, driven by a motor 6, for the released gaseous components, so that these - insofar as they are (possibly even harmful) waste products - into the can be derived from the free atmosphere or - if they are intermediate products - can be fed to further processing.
A kinematic high-frequency generator 5 driven by a motor 6 protrudes into the container 1 from above, as is described in detail in Swiss patent specification no. The counterpressure and dwell time regulating device consists in this case of a ring surrounding the generator 5, rotatable from the outside and changing the free outlet cross section of the generator.
The container 1 is initially filled via the inlet 3 with a raw amount of substance 2 up to the level N-N, which is flush with the upper edge of the generator 5. The kinematic high-frequency generator 5 is to give an appropriate radial distance from an annular baffle 13, which is attached to the stator of the generator 5; The generator is closed at the top by a funnel-shaped cover 14 so that it cannot suck in air from here.
Rather, the air is introduced into the generator 5 through a gas inlet 16 which projects into the suction pipe 7 from below and is provided with a control valve 15. A sliding plate 17 in the form of an inverted funnel is attached to the suction pipe 7. In the cylindrically tapering end of the hopper-shaped container bottom a motor 18 driven cellular wheel 19 is provided, which forms the quick release in the case before. At the top of the container 1, a pressure gauge 20 is arranged, which indicates the prevailing negative pressure in the container 1.
As soon as after the already mentioned Fül len of the container (up to level NN) the kinematic high-frequency generator 5 is driven by turning on the motor 6, the already described in connection with the description of Fig. 1 is made dispersing, foaming @ and Entga - Solving process, but with the difference that the foam is not sprayed against the container wall, but against the baffle plate 13, on which the bubbles burst and release the gaseous components;
the latter are directly driven by the motor 6 'suction device 12, for. B. an exhaustor, a propeller pump, a jet pump or another equivalent (see white arrows) and entwe diverted into the free atmosphere or sent for further processing. The suction device 12 creates at the same time in the container 1 a negative pressure, which the formation of the gas bubbles and the bursting of the foam bubbles, so the degassing, significantly be favorable.
The liquid and solid parts released upon impact of the foam bubbles on the baffle plate 13 get back into the amount of substance 2, with the not yet sufficiently dispersed solid components sinking down and via the sliding plate 17 to the Behäl terboden, on which they form the sediment 9. After a certain period of operation, the gaseous or solid fractions (which can also be undesired reaction products from a previous processing stage) are so far removed from the amount of substance 2 that the amount of substance 2 is considered purified and through the outlet <B> 11 </B> can be drained.
This draining and the resulting refilling of the container 1 can take place continuously if an automatic control 21 is provided to which - as indicated by dash-dotted lines - the pressure gauge 20 and / or a liquid level gauge 22, the inlet 3, the outlet 11 , the control valve 15 and the motors 6, 6 'and 18 are connected. As a result, all processes can be automatically controlled and coordinated with one another in the manner known per se from regulation and control technology.
Depending on requirements, however, only part of the process sequence can be controlled automatically, while the rest of the process is controlled manually.
The inventive method is suitable for many fields of application in process engineering, where it is necessary to remove undesirable components in gaseous, liquid or solid state from liquid material systems. The following is an example for many: When spinning some spinning solutions, e.g. B. viscose made from xanthate, the entrainment of fine to very fine air or gas bubbles becomes extremely disturbing by reducing the strength of the thread.
These microscopic cavities take part in the stretching of the synthetic fibers and can form them as hollow threads over considerable lengths. The irregularity of such structures, which has a very unfavorable effect not only in terms of strength, but also aesthetically, is removed by the inventive method (degassing), as far as the cavities remaining after spinning are concerned, so that a flawless, higher-quality product is produced with uniform strength of the fiber.
The invention is of course not limited to the exemplary embodiments described and illustrated, but can instead experience various modifications within the scope of the inventive concept.
For example, when using a mechanical high-frequency generator, the outermost organ ring of which is a rotor ring, the ring-shaped baffle plate surrounding it could be provided with short, radially inwardly directed blades and driven in the opposite direction of rotation; this would considerably increase or promote the impact of the foam sprayed out by the generator and the bursting of the foam bubbles.
The liquid and solid fractions released when the foam bubbles burst could be subjected to the action of centrifugal forces in order to favor the sedimentation of the latter, in which, for example, the baffle plate surrounding the generator is shaped like a cyclone separator and the outermost one is designed as a rotor ring Organ ring of the high frequency generator is attached so that it rotates with this.
Furthermore, instead of air or an inert gas, surface-active substances (e.g. in liquid form) could be introduced into the suction pipe of the generator, which promote degassing by reducing the surface tension of the liquid system. But even the introduction of the smallest particles of solids, especially if these are hydrophobic, can lead to the onset of cavitation when the sound pressure is below the theoretically required pressure and thus promote the degassing process.
In order to achieve large production quantities, it can also be advisable, according to the exemplary embodiment shown in cross section in FIG dashed lines are indicated.
Of course, the individual generators can also be arranged at different heights within the large container 1.