DE102013004563B3 - Device for treatment of powdery substances or mixtures in reactor during washing process of textiles, has ultrasound device with sonotrode arranged for coupling ultrasound signals into opening of hollow cylinder - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall und ein Verfahren zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall.The invention relates to a device for treating powdery substances or mixtures of substances with ultrasound and a method for treating powdered substances or mixtures with ultrasound.
Es ist bekannt, flüssige Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall zu behandeln bzw. zu modifizieren, d. h. in ihren Eigenschaften zu verändern. Werden Flüssigkeiten mit Ultraschall beschallt, erzeugen die Schallwellen im flüssigen Medium abwechselnd Hochdruck- und Niederdruck-Zyklen, deren Schwingungsrate von der Frequenz abhängt. Während eines Niederdruck-Zyklus entstehen kleine Vakuumblasen in der Flüssigkeit. Wenn die Blasen eine gewisse Größe erreichen, platzen sie während eines Hochdruckzyklus (Kavitation). Während dieser Implosion entstehen lokal sehr hohe Drücke und Temperaturen sowie Flüssigkeitsstrahlen von sehr hoher Geschwindigkeit. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von Ultraschall in ein flüssiges Medium sind zum Beispiel in der
Bei kristallinen Stoffen ist bei der Behandlung mit Ultraschall dagegen eine Desintegration, d. h. ein Zerlegen der Kristallstruktur in kleinere Strukturen zu verzeichnen. Dieser Effekt wird durch die entstehenden Scherkräfte generiert, welche auch den Kavitationseffekt in Flüssigkeiten verursachen. Bei gewissen Stoffgemischen kann durch Ultraschall auch eine Emulgierung erreicht werden. Dabei tritt eine Vermischung von verschieden Stoffen ein, die unter normalen Bedingungen schwer bzw. gar nicht mischbar sind.For crystalline substances, however, when treated with ultrasound, disintegration, i. E. H. to break down the crystal structure into smaller structures. This effect is generated by the resulting shear forces, which also cause the cavitation effect in liquids. For certain mixtures, ultrasound can also be used for emulsification. This results in a mixture of different substances, which are difficult or impossible to mix under normal conditions.
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall vorzusehen.It is the object of the present invention to provide an apparatus and a method for treating powdered substances or mixtures with ultrasound.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Verfahren zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall mit den Merkmalen des Anspruches 9. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device for treating powdery substances or mixtures with ultrasound having the features of claim 1 and a method for treating powdery substances or mixtures with ultrasound having the features of claim 9. Particularly preferred embodiments and further developments of the invention are in the specified dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall weist auf: einen Hohlzylinder zum Aufnehmen eines zu behandelnden Stoffes oder Stoffgemisches, welcher an einem Endbereich in Längsrichtung einen Boden und an einem anderen Endbereich in Längsrichtung eine Öffnung aufweist; eine Tragvorrichtung zum Halten des Hohlzylinders derart, dass seine Längsachse in einem vorbestimmten Winkel größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad zur Vertikalen ausgerichtet ist; eine Mischvorrichtung zum Durchmischen des in dem Hohlzylinder aufgenommenen Stoffes oder Stoffgemisches in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Hohlzylinders; und ein Ultraschallgerät mit einer Sonotrode zum Einkoppeln von Ultraschall in die Öffnung des Hohlzylinders.The device according to the invention for treating pulverulent substances or substance mixtures with ultrasound comprises: a hollow cylinder for receiving a substance or mixture to be treated, which has a bottom at one end region in the longitudinal direction and an opening in the longitudinal direction at another end region; a support device for holding the hollow cylinder so that its longitudinal axis is oriented at a predetermined angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees to the vertical; a mixing device for mixing the substance or mixture of substances received in the hollow cylinder in a direction substantially parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder; and an ultrasonic device with a sonotrode for coupling ultrasound into the opening of the hollow cylinder.
Herkömmliche Ultraschallreaktoren sind in der Regel nur für flüssige Medien geeignet. Die schräge Anordnung des Hohlzylinders in Kombination mit dem Durchmischen des Stoffes oder Stoffgemisches im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Hohlzylinders ermöglichen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch auch eine homogene Behandlung pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann gewährleistet werden, dass der Stoff oder das Stoffgemisch in dem Hohlzylinder gleichmäßig mit Ultraschall behandelt wird, obwohl der Ultraschall (insbesondere aufgrund der Gasanteile im pulverförmigen bzw. porösen Medium) nicht weit in den/das Stoff oder Stoffgemisch eindringen kann.Conventional ultrasonic reactors are usually suitable only for liquid media. The oblique arrangement of the hollow cylinder in combination with the mixing of the substance or mixture substantially parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder allow in the inventive device, however, also a homogeneous treatment of powdery substances or mixtures. With the device according to the invention it can be ensured that the substance or mixture of substances in the hollow cylinder is uniformly treated with ultrasound, although the ultrasound (in particular due to the gas components in the powdery or porous medium) can not penetrate far into the substance or substance mixture.
Der Begriff „pulverförmig” soll in diesem Zusammenhang ein lufttrockenes Gemisch aus festen Teilchen bezeichnen. Pulver können insbesondere Kristalle, amorphe Substanzen, Aggregate oder Agglomerate sein. Die Pulverteilchen lassen sich durch Größe, Form, Masse und Oberfläche unterscheiden. Die Teilchengröße liegt vorzugsweise im Bereich von 1 nm bis 10 mm. Zu den pulverförmigen Stoffen und Stoffgemischen zählen in diesem Zusammenhang insbesondere auch poröse Stoffe und Stoffgemische, d. h. solche mit Lufteinschlüssen.The term "powdery" in this context refers to an air-dry mixture of solid particles. Powders may in particular be crystals, amorphous substances, aggregates or agglomerates. The powder particles can be differentiated by size, shape, mass and surface. The particle size is preferably in the range of 1 nm to 10 mm. The powdery substances and mixtures of substances in this context also include, in particular, porous substances and mixtures of substances, d. H. those with air pockets.
Unter einem „Hohlzylinder” soll in diesem Zusammenhang ein im Wesentlichen zylinderförmiger Körper verstanden werden. Die Querschnittsform des Hohlzylinders quer zu seiner Längsachse ist vorzugsweise kreisförmig. Der Hohlzylinder ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt, was den Vorteil hat, dass es einfach zu reinigen ist. Außerdem entsteht bei der Verwendung dieses Materials der Vorteil, dass die Ultraschallwellen an der Innenmantelfläche des Hohlzylinders reflektiert werden.In this context, a "hollow cylinder" is to be understood as meaning a substantially cylindrical body. The cross-sectional shape of the hollow cylinder transverse to its longitudinal axis is preferably circular. The hollow cylinder is preferably made of stainless steel, which has the advantage that it is easy to clean. In addition, arises when using this material of Advantage that the ultrasonic waves are reflected at the inner circumferential surface of the hollow cylinder.
Das „Durchmischen in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Hohlzylinders” soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die Mischvorrichtung ein Durchmischen des Stoffes oder Stoffgemisches zumindest in dieser Richtung bewirkt. Darüber hinaus erfolgt in dem Hohlzylinder vorzugsweise auch ein Durchmischen des Stoffes oder Stoffgemisches in einer Richtung mit Richtungskomponenten quer bzw. senkrecht zur Längsachse des Hohlzylinders.The "mixing in a direction substantially parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder" in this context means that the mixing device causes a mixing of the substance or mixture of substances at least in this direction. In addition, in the hollow cylinder preferably also a mixing of the substance or mixture in one direction with directional components transverse or perpendicular to the longitudinal axis of the hollow cylinder.
Mit dem Begriff „Tragvorrichtung” soll in diesem Zusammenhang jede Art von Vorrichtung bzw. Konstruktion verstanden werden, die geeignet ist, den Hohlzylinder zu tragen bzw. zu halten. Die Tragvorrichtung hält den Hohlzylinder je nach ihrer Konstruktion drehbar oder fest. Außerdem hält die Tragvorrichtung den Hohlzylinder je nach ihrer Konstruktion unter einem festen oder einem variablen Winkel zur Vertikalen. Die Tragvorrichtung ist vorzugsweise aus mehreren Komponenten zusammengesetzt. Die Tragvorrichtung bzw. deren Komponenten sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt, was den Vorteil hat, dass sie einfach zu reinigen ist.In this context, the term "carrying device" should be understood to mean any type of device or construction which is suitable for carrying or holding the hollow cylinder. The support device keeps the hollow cylinder rotatable or fixed depending on its construction. In addition, the support device holds the hollow cylinder depending on their construction at a fixed or a variable angle to the vertical. The support device is preferably composed of several components. The support device or its components are preferably made of stainless steel, which has the advantage that it is easy to clean.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Mischvorrichtung wenigstens eine Leitschaufel im Innern des Hohlzylinders auf. Die wenigstens eine Leitschaufel dient dem möglichst homogenen Durchmischen des Stoffes oder Stoffgemisches im Hohlzylinder. Der Begriff „wenigstens eine Leitschaufel” umfasst bevorzugt eine, zwei, drei, vier oder fünf Leitschaufeln. Im Fall von zwei oder mehr Leitschaufeln sind diese vorzugsweise in der Umfangsrichtung des Hohlzylinders im Wesentlichen gleichmäßig verteilt angeordnet. Das heißt, im Fall von zwei Leitschaufeln sind diese vorzugsweise in einem Winkelabstand von etwa 180 Grad zueinander angeordnet und im Fall von drei Leitschaufeln sind diese vorzugsweise in einem Winkelabstand von etwa 120 Grad zueinander angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, the mixing device has at least one guide blade in the interior of the hollow cylinder. The at least one vane serves the most homogeneous possible mixing of the substance or mixture in the hollow cylinder. The term "at least one vane" preferably comprises one, two, three, four or five vanes. In the case of two or more vanes, these are preferably arranged distributed substantially uniformly in the circumferential direction of the hollow cylinder. That is, in the case of two vanes, these are preferably arranged at an angular distance of about 180 degrees to each other and in the case of three vanes, they are preferably arranged at an angular distance of about 120 degrees to each other.
Die wenigstens eine Leitschaufel ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt. Die Verwendung dieses Materials hat den Vorteil, dass es einfach zu reinigen ist. Außerdem entsteht bei der Verwendung dieses Materials der Vorteil, dass die Ultraschallwellen an der wenigstens einen Leitschaufel im Innern des Hohlzylinders reflektiert werden.The at least one vane is preferably made of stainless steel. The use of this material has the advantage that it is easy to clean. Moreover, the advantage of using this material is that the ultrasonic waves are reflected at the at least one vane inside the hollow cylinder.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Leitschaufel drehfest im Hohlzylinder angeordnet und weist die Mischvorrichtung eine Drehvorrichtung zum Drehen des Hohlzylinders um seine Längsachse auf. Das heißt, die wenigstens eine Leitschaufel wird gemeinsam mit dem Hohlzylinder um dessen Längsachse gedreht. Diese Ausgestaltung hat die Vorteile, dass die Drehvorrichtung außerhalb des Hohlzylinders angeordnet werden kann, keine drehenden Teile im Innern des Hohlzylinders angeordnet werden müssen und die Drehvorrichtung nicht der Sonotrode des Ultraschallgerätes im Weg ist.In a preferred embodiment of the invention, the at least one guide vane is non-rotatably arranged in the hollow cylinder and the mixing device has a rotating device for rotating the hollow cylinder about its longitudinal axis. That is, the at least one vane is rotated together with the hollow cylinder about its longitudinal axis. This embodiment has the advantages that the rotating device can be arranged outside the hollow cylinder, no rotating parts must be arranged in the interior of the hollow cylinder and the rotating device is not the sonotrode of the ultrasonic device in the way.
Die Drehung des Hohlzylinders bewirkt – in Zusammenspiel mit seiner Schrägstellung und der wenigstens einen Leitschaufel – einen Transport des Stoffes oder Stoffgemisches im Hohlzylinder vom Rand zur Mitte sowie in Richtung zu seiner Öffnung und damit in die Nähe der Sonotrode des Ultraschallgerätes und außerdem wieder zurück in Richtung zum Boden des Hohlzylinders.The rotation of the hollow cylinder causes - in conjunction with its inclination and the at least one vane - a transport of the substance or mixture in the hollow cylinder from the edge to the center and in the direction of its opening and thus in the vicinity of the sonotrode of the ultrasonic device and also back in the direction to the bottom of the hollow cylinder.
Bei dieser Ausgestaltung weist die Drehvorrichtung vorzugsweise wenigstens eine Antriebswelle auf, welche im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Hohlzylinders verläuft und mit einer Außenmantelfläche des Hohlzylinders in Kontakt steht und ist die wenigstens eine Antriebswelle durch eine Antriebsvorrichtung um ihre Längsachse rotierend antreibbar, um den Hohlzylinder um seine Längsachse zu drehen. Besonders bevorzugt weist die Drehvorrichtung zwei oder drei solche Antriebswellen auf. Im Fall von zwei Antriebswellen sind diese vorzugsweise um einen Abstand voneinander beabstandet, der kleiner als der Außendurchmesser des Hohlzylinders ist, besonders bevorzugt etwa 2/3 des Außendurchmessers des Hohlzylinders beträgt.In this embodiment, the rotating device preferably has at least one drive shaft, which runs essentially parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder and is in contact with an outer lateral surface of the hollow cylinder, and the at least one drive shaft can be driven to rotate about its longitudinal axis by a drive device in order to move the hollow cylinder around its To rotate longitudinal axis. Particularly preferably, the rotating device has two or three such drive shafts. In the case of two drive shafts, these are preferably spaced apart by a distance which is smaller than the outer diameter of the hollow cylinder, more preferably about 2/3 of the outer diameter of the hollow cylinder.
Bei dieser Ausgestaltung ist im Kontaktierungsbereich zwischen der wenigstens einen Antriebswelle und der Außenmantelfläche des Hohlzylinders vorzugsweise zumindest teilweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung zum Übertragen des Drehmoments von der wenigstens einen Antriebswelle auf den Hohlzylinder vorgesehen. Diese Drehmomentübertragungseinrichtung weist vorzugsweise eine Gummierung oder dergleichen auf der Außenmantelfläche der Antriebswelle(n) und/oder der Außenmantelfläche des Hohlzylinders auf.In this embodiment, a torque transmission device for transmitting the torque from the at least one drive shaft to the hollow cylinder is preferably at least partially provided in the contacting region between the at least one drive shaft and the outer circumferential surface of the hollow cylinder. This torque transmission device preferably has a rubber coating or the like on the outer circumferential surface of the drive shaft (s) and / or the outer circumferential surface of the hollow cylinder.
Alternativ oder zusätzlich kann die Drehvorrichtung in dieser Ausgestaltung auch einen Riemenantrieb aufweisen, mit wenigstens einem Riemen, welcher den Hohlzylinder zumindest teilweise in dessen Umfangsrichtung umgreift.Alternatively or additionally, the rotary device in this embodiment may also have a belt drive, with at least one belt which engages around the hollow cylinder at least partially in its circumferential direction.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Mischvorrichtung eine Drehvorrichtung zum Drehen der wenigstens einen Leitschaufel um die Längsachse des Hohlzylinders auf. Das heißt, die wenigstens eine Leitschaufel rotiert relativ zum Hohlzylinder in dessen Innerem um dessen Längsachse. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Tragvorrichtung für den Hohlzylinder einfacher gestaltet werden kann.In another embodiment of the invention, the mixing device has a rotating device for rotating the at least one vane about the longitudinal axis of the hollow cylinder. That is, the at least one vane rotates relative to the hollow cylinder in its interior about its longitudinal axis. This embodiment has the advantage that the support device for the hollow cylinder can be made simpler.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft die wenigstens eine Leitschaufel im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Hohlzylinders von der Mantelfläche des Hohlzylinders im Wesentlichen radial nach innen und läuft in Richtung parallel zur Längsachse des Hohlzylinders um die Längsachse spiralförmig um. Die Erstreckung der Leitschaufel(n) radial nach innen ist dabei vorzugsweise im Wesentlichen linear oder leicht gekrümmt ausgestaltet. In a further preferred embodiment of the invention, the at least one guide vane extends in cross section perpendicular to the longitudinal axis of the hollow cylinder from the lateral surface of the hollow cylinder substantially radially inwardly and runs in the direction parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder to the longitudinal axis in a spiral. The extension of the guide vane (s) radially inward is preferably configured substantially linearly or slightly curved.
Bei dieser Ausgestaltung sind vorzugsweise wenigstens zwei Leitschaufeln vorgesehen, welche im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Hohlzylinders jeweils von der Längsachse des Hohlzylinders beabstandet sind. Der durch diese Beabstandung der Leitschaufeln von der Längsachse des Hohlzylinders geschaffene Freiraum hat den Vorteil, dass die Sonotrode des Ultraschallgerätes weit ins Innere des Hohlzylinders hinein ragen kann. Der so geschaffene Freiraum hat zudem den Vorteil, dass der/das zu behandelnde Stoff oder Stoffgemisch im Hohlzylinder möglichst homogen durchmischt werden kann.In this embodiment, preferably at least two guide vanes are provided, which are each spaced in cross-section perpendicular to the longitudinal axis of the hollow cylinder from the longitudinal axis of the hollow cylinder. The free space created by this spacing of the guide vanes from the longitudinal axis of the hollow cylinder has the advantage that the sonotrode of the ultrasound device can protrude far into the interior of the hollow cylinder. The free space thus created also has the advantage that the / the substance or mixture to be treated can be mixed as homogeneously as possible in the hollow cylinder.
Bei dieser Ausgestaltung sind vorzugsweise wenigstens zwei Leitschaufeln vorgesehen, welche in Richtung parallel zur Längsachse des Hohlzylinders jeweils um mehr als 360°/n um die Längsachse umlaufen, wobei n die Anzahl der Leitschaufeln ist. Besonders bevorzugt sind drei Leitschaufeln vorgesehen, welche jeweils um etwa 130 bis 160 Grad, bevorzugter um etwa 145 Grad um die Längsachse umlaufen.In this embodiment, preferably at least two guide vanes are provided, which in the direction parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder in each case rotate through more than 360 ° / n about the longitudinal axis, where n is the number of guide vanes. Particularly preferably, three guide vanes are provided which each revolve around about 130 to 160 degrees, more preferably about 145 degrees about the longitudinal axis.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Boden des Hohlzylinders ein Dorn vorgesehen, welcher sich vom Boden im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Hohlzylinders ins Innere des Hohlzylinders erstreckt. Mit diesem Dorn kann verhindert werden, dass ein Teil des zu behandelnden Stoffes oder Stoffgemisches in einem Totraum am Boden des Hohlzylinders verbleibt und nicht mit dem übrigen Stoffgemisch) durchmischt wird.In a further preferred embodiment of the invention, a mandrel is provided at the bottom of the hollow cylinder, which extends from the bottom substantially coaxial with the longitudinal axis of the hollow cylinder into the interior of the hollow cylinder. With this mandrel can be prevented that a part of the substance to be treated or substance mixture remains in a dead space at the bottom of the hollow cylinder and is not mixed with the rest of the mixture).
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Boden des Hohlzylinders ein weiterer Dorn vorgesehen, welcher vom Boden im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Hohlzylinders nach außen ragt, um den Hohlzylinder von der Tragvorrichtung zu beabstanden. Dieser Dorn kann insbesondere eine Drehung des Hohlzylinders in der Tragvorrichtung erleichtern, indem er die Kontaktfläche zwischen Hohlzylinder und Tragvorrichtung reduziert bzw. minimiert.In yet another preferred embodiment of the invention, a further mandrel is provided at the bottom of the hollow cylinder, which projects from the bottom substantially coaxially to the longitudinal axis of the hollow cylinder to the outside to space the hollow cylinder of the support device. In particular, this mandrel can facilitate a rotation of the hollow cylinder in the support device by reducing or minimizing the contact surface between the hollow cylinder and the support device.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der vorbestimmten Winkel der Hohlzylinder-Längsachse zur Vertikalen größergleich (≥) etwa 45 Grad, bevorzugter größergleich (≥) etwa 60 Grad, und kleinergleich (≤) etwa 80 Grad, bevorzugter kleinergleich (≤) etwa 75 Grad. Besonders bevorzugt beträgt dieser vorbestimmte Winkel etwa 60 Grad, 65 Grad, 70 Grad oder 75 Grad.In yet another preferred embodiment of the invention, the predetermined angle of the hollow cylinder longitudinal axis to the vertical is greater than or equal to (≥) about 45 degrees, more preferably greater than (≥) about 60 degrees, and less than (≤) about 80 degrees, more preferably less than (≤) about 75 degrees. More preferably, this predetermined angle is about 60 degrees, 65 degrees, 70 degrees, or 75 degrees.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ragt die Sonotrode des Ultraschallgerätes durch die Öffnung des Hohlzylinders hindurch in den/das zu behandelnde(n) Stoff oder Stoffgemisch hinein.In a preferred embodiment of the invention, the sonotrode of the ultrasound device projects through the opening of the hollow cylinder into the substance or substance mixture to be treated.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Reaktor zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall, aufweisend einen Hohlzylinder zum Aufnehmen eines zu behandelnden Stoffes oder Stoffgemisches, welcher an einem Endbereich in Längsrichtung einen Boden und an einem anderen Endbereich in Längsrichtung eine Öffnung aufweist; und eine Mischvorrichtung zum Durchmischen des in dem Hohlzylinder aufgenommenen Stoffes oder Stoffgemisches in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Hohlzylinders. Dieser Reaktor ist vorzugsweise ein Teil einer oben beschriebenen Vorrichtung zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall gemäß der Erfindung.The invention also provides a reactor for treating pulverulent substances or compositions with ultrasound, comprising a hollow cylinder for receiving a substance or mixture to be treated, which has a bottom at one end region in the longitudinal direction and an opening at another end region in the longitudinal direction; and a mixing device for mixing the substance or mixture of substances received in the hollow cylinder in a direction substantially parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder. This reactor is preferably a part of an apparatus for treating powdered substances or mixtures of substances according to the invention described above.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische enthält die Schritte des Einfüllens eines zu behandelnden Stoffes oder Stoffgemisches in einen Hohlzylinder; des Anordnens des Hohlzylinders derart, dass seine Längsachse in einem vorbestimmten Winkel größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad zur Vertikalen ausgerichtet ist; des Durchmischens des in dem Hohlzylinder aufgenommenen Stoffes oder Stoffgemisches in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Hohlzylinders; und des Einkoppelns von Ultraschall in den Hohlzylinder. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird vorzugsweise eine oben beschriebene Vorrichtung zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall gemäß der Erfindung verwendet.The method according to the invention for treating pulverulent substances or substance mixtures comprises the steps of filling a substance or mixture of substances to be treated into a hollow cylinder; arranging the hollow cylinder so that its longitudinal axis is oriented at a predetermined angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees to the vertical; mixing the substance or mixture of substances received in the hollow cylinder in a direction substantially parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder; and the coupling of ultrasound into the hollow cylinder. To carry out this method, it is preferable to use an apparatus for treating powdery substances or mixtures of substances according to the invention described above.
Die mit diesem Verfahren erzielbaren Vorteile, die Begriffsdefinitionen und die besonders bevorzugten Ausgestaltungen entsprechen im Wesentlichen jenen, die oben in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische mit Ultraschall diskutiert worden sind.The advantages, terminology and particularly preferred embodiments achievable with this method are substantially the same as those discussed above in connection with the inventive apparatus for treating powdered materials or mixtures of materials with ultrasound.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zum Durchmischen des in dem Hohlzylinder aufgenommenen Stoffes oder Stoffgemisches der Hohlzylinder und/oder wenigstens eine Leitschaufel im Innern des Hohlzylinders mit einer Drehzahl im Bereich von etwa 5 bis etwa 20 U/min, bevorzugter von etwa 8 bis etwa 15 U/min um die Längsachse des Hohlzylinders gedreht. Die genannten Drehzahlbereiche haben sich zum homogenen Durchmischen pulverförmiger Stoffe oder Stoffgemische als besonders vorteilhaft erwiesen. Ist die Drehzahl zu hoch, wird zumindest ein Teil des Stoffes oder Stoffgemisches im Hohlzylinder aufgrund der Fliehkräfte nicht ausreichend in Richtung zur Öffnung des Hohlzylinders und damit in die Nähe der Sonotrode des Ultraschallgerätes transportiert. Bei zu niedriger Drehzahl verweilt der Stoff oder das Stoffgemisch zu lange in der Nähe der Sonotrode, was unter energetischen und zeitlichen Aspekten ineffizient ist.In a preferred embodiment of the invention, the hollow cylinder and / or at least one vane inside the hollow cylinder at a speed in the range of about 5 to about 20 U / min, more preferably from about 8 to about are used for mixing the substance or mixture received in the hollow cylinder 15 U / min rotated about the longitudinal axis of the hollow cylinder. The Speed ranges mentioned have proved to be particularly advantageous for homogeneous mixing of powdery substances or mixtures of substances. If the speed is too high, at least part of the substance or substance mixture in the hollow cylinder is not sufficiently transported in the direction of the opening of the hollow cylinder and thus in the vicinity of the sonotrode of the ultrasonic device due to the centrifugal forces. If the speed is too low, the substance or the substance mixture stays too long in the vicinity of the sonotrode, which is inefficient in terms of energy and time.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der/das zu behandelnde Stoffgemisch) in einer solchen Menge in den Hohlzylinder eingefüllt, dass bei der schrägen Anordnung des Hohlzylinders ein Boden des Hohlzylinders nicht vollständig mit dem Stoff oder Stoffgemisch bedeckt ist. Dies gewährleistet die möglichst homogene Durchmischung des Stoffes oder Stoffgemisches im Hohlzylinder durch die wenigstens eine Leitschaufel.In a further preferred embodiment of the invention, the / the mixture to be treated) is filled in the hollow cylinder in such an amount that in the oblique arrangement of the hollow cylinder, a bottom of the hollow cylinder is not completely covered with the substance or mixture. This ensures the most homogeneous possible mixing of the substance or mixture in the hollow cylinder through the at least one vane.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine (möglichst optimale) Behandlungszeit des Stoffes oder Stoffgemisches mittels wenigstens eines Probedurchlaufes ermittelt, bei welchem eine erste vorbestimmte Menge eines Stoffes oder Stoffgemisches und eine zweite vorbestimmte Menge eines markierten Stoffes oder Stoffgemisches in dem Hohlzylinder durchmischt werden. Bei dem markierten Stoffgemisch) handelt es sich vorzugsweise um einen eingefärbten Stoff oder ein eingefärbtes Stoffgemisch.In a still further preferred embodiment of the invention, a (optimal) treatment time of the substance or mixture is determined by means of at least one test run, in which a first predetermined amount of a substance or mixture and a second predetermined amount of a labeled substance or mixture are mixed in the hollow cylinder , The marked substance mixture) is preferably a dyed substance or a dyed substance mixture.
Die oben beschriebene Vorrichtung der Erfindung und das oben beschriebene Verfahren der Erfindung können vorzugsweise zum Modifizieren von pulverförmigen Stoffen oder Stoffgemischen verwendet werden, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glucose-Monohydrat und Tensiden.The apparatus of the invention described above and the method of the invention described above may preferably be used for modifying powdery substances or mixtures of substances selected from the group consisting of glucose monohydrate and surfactants.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of a preferred, non-limiting embodiment thereof with reference to the accompanying drawings. In it show, mostly schematically:
Bezug nehmend auf
Die Hauptkomponente der Vorrichtung ist ein Hohlzylinder
Wie in
In den Hohlzylinder
In einer Ausführungsform ist der Hohlzylinder
Wie in
In einer Ausführungsform hat der Dorn
Wie in
Die drei Leitschaufeln
Um ein möglichst homogenes Durchmischen des Pulvers
Außerdem erstrecken sich die Leitschaufeln
Die Leitschaufeln
In einer Ausführungsform haben die Leitschaufeln
Zum Behandeln des Pulvers
Die Sonotrode
Als zusätzlicher Aspekt kann bei einem geringen Abstand zwischen der Sonotrode
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für das Ultraschallgerät ein Transducer
Zum möglichst homogenen Durchmischen des Pulvers
Die Drehvorrichtung weist zwei Antriebswellen
Bei dieser Ausführungsform sind die zwei Antriebswellen
Zur besseren Übertragung dieses Drehmoments von den Antriebswellen
Die beiden Antriebswellen
Die drei Zahnräder des Zahngetriebes
Der Vorteil des Schneckengetriebes ist, dass die Drehzahl des Elektromotors
Die Drehzahl der Antriebswellen
Zum Halten des Hohlzylinders
Wie in
Wie in
Die Grundplatte
In einer Ausführungsform haben die Aufnahmeabschnitte
Die Gegenplatte
Die Bohrungen
Für die Kugellager
Die Gegenplatte
Wie in
In einer Ausführungsform haben die Aufnahmeabschnitte
Die Grundplatte
Wie in
In einer Ausführungsform haben die Bohrungen
Um zu verhindern, dass der Boden
In einer Ausführungsform hat der weitere Dorn
Die Winkelplatte
Wahlweise kann die Winkelplatte
Wie in
In einer Ausführungsform haben die Bohrungen
Die oben beschriebene Vorrichtung ist besonders geeignet zum Behandeln von porösen Stoffen oder Stoffgemischen mit Ultraschall. Herkömmliche Ultraschallreaktoren sind hingegen in der Regel nur zum Behandeln von Flüssigkeiten geeignet, aufgrund der Lufteinschlüsse in porösen Medien nicht jedoch für Pulver und dergleichen. Dies würde bedeuten, dass zum Beispiel Zucker erst mit Wasser verflüssigt und danach wieder dehydriert werden müsste, was eine unerwünschte, unkontrollierte Kristallbildung zur Folge hätte. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zum Modifizieren von kristallinem Glukose-Monohydrat eingesetzt werden, ohne selbiges in Wasser zu lösen und anschließend zu dehydrieren. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere kristallines Glucose-Monohydrat durch Ultraschall desintegriert werden. Durch die Zerlegung der Kristallstruktur kann feinkristallines Glucose-Monohydrat aus Glucose-Monohydrat-Klumpen und grobkristallinem Glucose-Monohydrat hergestellt werden, wobei die unkontrollierte Kristallbildung des feinkristallinen Produkts im Zuge der Dehydrierung vermieden wird. Durch die Desintegration mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Oberfläche des kristallinen Glucose-Monohydrats vergrößert werden. Dadurch kann insbesondere die Löslichkeit des kristallinen Glucose-Monohydrats erhöht werden.The device described above is particularly suitable for treating porous substances or substance mixtures with ultrasound. Conventional ultrasonic reactors, however, are usually only suitable for treating liquids, due to the air pockets in porous media but not for powders and the like. This would mean, for example, that sugar first had to be liquefied with water and then dehydrated again, which would result in undesired, uncontrolled crystal formation. The device according to the invention can be used in particular for modifying crystalline glucose monohydrate without dissolving it in water and subsequently dehydrating it. With the device according to the invention, in particular crystalline glucose monohydrate can be disintegrated by ultrasound. By decomposing the crystal structure, fine crystalline glucose monohydrate can be prepared from glucose monohydrate lumps and coarsely crystalline glucose monohydrate, avoiding the uncontrolled crystal formation of the fine crystalline product in the course of dehydrogenation. Disintegration with the aid of the device according to the invention makes it possible to increase the surface area of the crystalline glucose monohydrate. As a result, in particular, the solubility of the crystalline glucose monohydrate can be increased.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann des Weiteren erreicht werden, dass zum Beispiel Glukose-Monohydrat (Zucker) homogen und in erwünschter Form modifiziert wird. Bei diesem Stoff ist in der Vergangenheit das Problem aufgetreten, dass er von der physikalischen Struktur porös ist. Dies hat zur Folge, dass Ultraschall nicht weit in das Material eindringen kann, weil das eingeschlossene Gas den Schall dämpft. Daher ist es erforderlich, zu gewährleisten, dass der Zucker möglichst überall mit derselben Ultraschallstärke behandelt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt zu diesem Zweck eine sehr effektive Durchmischung des Stoffes im Hohlzylinder.Furthermore, it can be achieved with the device according to the invention that, for example, glucose monohydrate (sugar) is modified homogeneously and in the desired form. This substance has in the past had the problem of being porous with the physical structure. As a result, ultrasound can not penetrate far into the material because the trapped gas dampens the sound. It is therefore necessary to ensure that the sugar is treated as much as possible with the same ultrasonic intensity. The inventive device causes for this purpose a very effective mixing of the substance in the hollow cylinder.
Dabei kann durch Beeinflussung von insbesondere vier Größen das Ergebnis der Modifikation beeinflusst werden. Die erste Größe ist die Dauer der Durchmischung des Zuckers. Die zweite Größe ist die Stärke des Ultraschalls. Der Ultraschall kann in diesem Zusammenhang so justiert werden, dass eine nur geringe bis starke Modifikation des Stoffes erfolgen kann. Empfehlenswert ist es, den Ultraschall im unteren Stärkebereich zu nutzen und gleichzeitig die Mischzeit zu erhöhen. Die dritte Größe ist die Bauform des Mischzylinders (Hohlzylinder einschließlich der Leitschaufeln). Durch die Bauform kann Einfluss auf die Qualität der Durchmischung genommen werden. Die vierte Größe ist die Drehzahl des Mischzylinders. Bei zu geringer Drehzahl wird eine zu lange Verweildauer des Stoffes an der Sonotrode des Ultraschallgerätes erfolgen, was eine Zeit- und Energieverschwendung bedeuten würde. Ist die Drehzahl zu hoch, wird ein Teil des Zuckers aufgrund von Fliehkräften die Sonotrode nicht erreichen können.In this case, the result of the modification can be influenced by influencing in particular four variables. The first size is the duration of the mixing of the sugar. The second size is the strength of the ultrasound. The ultrasound can be adjusted in this context so that only a slight to strong modification of the substance can take place. It is recommended to use the ultrasound in the lower strength range and at the same time to increase the mixing time. The third size is the design of the mixing cylinder (hollow cylinder including the vanes). The design can influence the quality of the mixing. The fourth size is the speed of the mixing cylinder. If the speed is too low, the material will stay too long at the sonotrode of the ultrasound machine, which would be a waste of time and energy. If the speed is too high, part of the sugar will not be able to reach the sonotrode due to centrifugal forces.
Modifikation von Glukose-MonohydratModification of glucose monohydrate
Bei der ersten Inbetriebnahme der Vorrichtung wird der Hohlzylinder
Als nächster Schritt wird die Ultraschall-Sonotrode
Es sei vorsorglich darauf hingewiesen, dass dieser Probedurchlauf nur zum Ermitteln der Richtwerte nötig ist und dabei ein Einschalten des Ultraschallgerätes nicht erforderlich ist.As a precautionary measure, it should be noted that this test run is only necessary to determine the guideline values and it is not necessary to switch on the ultrasound machine.
Zum Modifizieren des Glukose-Monohydrats wird dann nach diesem Ermitteln der benötigten Zeit der Hohlzylinder mit 1 kg des pulverförmigen Glukose-Monohydrats gefüllt und rotiert und zusätzlich das Ultraschallgerät eingeschaltet. Es empfiehlt sich, zur Qualitätssicherung stichprobenartig den veränderten Stoff auf Nebenprodukte zu prüfen.To modify the glucose monohydrate, the hollow cylinder is then filled and rotated with 1 kg of the powdered glucose monohydrate after this determination of the required time, and the ultrasonic device is additionally switched on. It is recommended to randomly check the modified substance for by-products for quality assurance.
Modifikation von TensidenModification of surfactants
Ein weiterer Einsatzbereich für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Modifikation von Tensiden, chemischen Verbindungen, die in Waschmitteln eingesetzt werden. Da bei einem Waschvorgang von Textilien (z. B. Kleidungsstücken, etc.) immer ein geringer Rückstand an Waschmitteln in den Textilien verbleibt, kann dieser Aspekt dafür verwendet werden, Textilien einer Ultraschallbehandlung zu unterziehen.Another area of use for the device according to the invention is the modification of surfactants, chemical compounds, which are used in detergents. Since a small amount of detergent remains in the textiles during a washing process of textiles (eg garments, etc.), this aspect can be used to ultrasonicate textiles.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann erreicht werden, dass polymere Tensidaggregate durch Ultraschall zerkleinert werden. Durch die Ultraschallbehandlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere die Oberfläche der Tenside vergrößert werden. Dadurch kann insbesondere die Löslichkeit der Tenside erhöht werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere erreicht werden, dass die Mizellenbildung bei der Verwendung der Tenside als waschaktive Subtanzen verstärkt wird und dadurch die Waschkraft der Tenside erhöht wird.With the device according to the invention can be achieved that polymeric Tensidaggregate are comminuted by ultrasound. By the ultrasonic treatment in the device according to the invention, in particular the surface of the surfactants can be increased. As a result, in particular the solubility of the surfactants can be increased. With the device according to the invention can be achieved in particular that the micelle formation is enhanced when using the surfactants as washing-active substances and thus the detergency of the surfactants is increased.
Die Herstellung der modifizierten Tenside stimmt im Wesentlichen mit dem oben beschriebenen Ablauf bei Glukose-Monohydrat überein. Bei Tensiden ist aber zusätzlich eine Vorbehandlung nötig. Bei der Vorbehandlung wird Sorge getragen, dass die Tenside durch ein Verfahren zusätzlich dehydriert werden, da Tenside die Eigenschaft haben, Wasser aus der umgebenden Luft zu speichern. Dieser Schritt ist erforderlich, um ein Verklumpen des Stoffes im Mischzylinder zu verhindern. Bei der Vorbehandlung der Tenside werden sie zum Beispiel einer Temperatur von etwa 75°C ausgesetzt und ständig durchmengt, was zu einer Dehydrierung führt. Des Weiteren müssen die Tenside unter Umständen wieder gesiebt werden, um verbleibende Klumpen auszusieben. Mit dem Durchsieben wird auch dafür gesorgt, dass der Stoff eine geeignete Größe nicht überschreitet.The preparation of the modified surfactants is substantially consistent with the above described procedure in glucose monohydrate. In the case of surfactants, however, additional pretreatment is necessary. The pretreatment ensures that the surfactants are additionally dehydrated by a process, since surfactants have the property of storing water from the surrounding air. This step is necessary to prevent clumping of the substance in the mixing cylinder. In the pretreatment of the surfactants, for example, they are exposed to a temperature of about 75 ° C and constantly mixed, resulting in dehydration. Furthermore, the surfactants may need to be screened again to screen out any remaining lumps. Sifting also ensures that the fabric does not exceed a suitable size.
Anschließend werden die Tenside analog zu Glukose-Monohydrat in der Vorrichtung der Erfindung modifiziert. Dabei müssen im Allgemeinen gewisse Parameter verändert werden. Zum Beispiel muss der Mischzylinder ein größeres Volumen haben oder die zu behandelnde Menge reduziert werden, da die spezifische Dichte von Tensiden geringer ist jene von Zucker. Ferner muss in der Regel die Betriebsdauer erhöht werden, um eine homogene Modifikation zu erhalten. Auch die Stärke des Transducers muss geringfügig erhöht werden, da durch den größeren Einschluss von Luft in den Tensiden im Vergleich zu Zucker der Ultraschall stärker absorbiert wird.Subsequently, the surfactants are modified analogously to glucose monohydrate in the device of the invention. In general, certain parameters must be changed. For example, the mixing cylinder must have a larger volume or reduce the amount to be treated because the specific gravity of surfactants is lower than that of sugar. Furthermore, as a rule, the operating time must be increased in order to obtain a homogeneous modification. Also, the strength of the transducer must be slightly increased, since the greater inclusion of air in the surfactants compared to sugar, the ultrasound is absorbed more.
Schließlich können die die modifizierten Tenside dann mit handelsüblichen Waschmitteln gemischt werden, da reine modifizierte Tenside nicht erforderlich sind.Finally, the modified surfactants can then be mixed with commercial detergents since pure modified surfactants are not required.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Hohlzylinderhollow cylinder
- 1111
-
Längsachse von
10 Longitudinal axis of10 - 1212
- Bodenground
- 1414
- Öffnungopening
- 1515
- Winkel zur VertikalenAngle to the vertical
- 1616
- Stoff oder StoffgemischFabric or mixture of substances
- 1717
-
Füllniveau von
16 Filling level of16 - 1818
- Dornmandrel
- 20a..c20a..c
- Leitschaufelnvanes
- 2222
- Transducertransducer
- 2424
- Sonotrodesonotrode
- 26a..b26a..b
- Antriebswellendrive shafts
- 262262
- Antriebsabschnitt, gummiertDrive section, rubberized
- 264264
- Aufnahmeabschnittreceiving portion
- 266266
- Gewindeabschnittthreaded portion
- 268268
- Aufnahmeabschnittreceiving portion
- 2828
- Zahngetriebetoothed gear
- 3030
- Elektromotorelectric motor
- 3232
- Grundplattebaseplate
- 322322
- Bohrungendrilling
- 324324
-
Bohrungen für
26a ..bHoles for26a ..b - 326326
- Gewindebohrungenthreaded holes
- 3434
- Motorträgerengine support
- 3636
- Kugellagerball-bearing
- 3838
- Gegenplattecounterplate
- 382382
- Bohrungendrilling
- 384384
-
Bohrungen für
26a ..bHoles for26a ..b - 386386
-
Gewindebohrungen für
46 Tapped holes for46 - 388388
- Aussparungrecess
- 4040
- Kugellagerball-bearing
- 4242
- Verbindungsplatteconnecting plate
- 422422
- Gewindebohrungenthreaded holes
- 4444
- Dornmandrel
- 4646
- Winkelplatteangle plate
- 462462
- Befestigungsabschnittattachment section
- 464464
- Tragabschnittsupporting section
- 466466
- Bohrungendrilling
- 468468
-
Winkel zwischen
462 und464 Angle between462 and464
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013004563B3 true DE102013004563B3 (en) | 2014-05-22 |
Family
ID=50625851
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---|---|---|---|
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DE (1) | DE102013004563B3 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6125629A (en) * | 1984-07-13 | 1986-02-04 | Hitachi Ltd | Powdery body mixer |
DE102004025836B3 (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-22 | Dr. Hielscher Gmbh | Method and device for introducing ultrasound into a flowable medium |
-
2013
- 2013-03-15 DE DE201310004563 patent/DE102013004563B3/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20150224 |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B01F0011020000 Ipc: B01F0031800000 |
|
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