DE102018113273A1

DE102018113273A1 - Verfahren und vorrichtung zur einmischung wenigtens eines fixiermittels in einen prozessstrom

Info

Publication number: DE102018113273A1
Application number: DE102018113273.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jaschinski
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2038-06-06
Also published as: DE102018113273B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Einmischung wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, wird wenigstens ein Fixiermittel in Form von Nanopartikeln in den Prozessstrom eingemischt, die durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium erzeugt werden. Es wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einmischung wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn.
Der zunehmende Einsatz von Ausschuss und Altpapier in der Papierherstellung und die verstärkte Reduzierung des Frischwassereinsatzes haben zu einem Zuwachs an für den Herstellungsprozess schädlichen oder störenden Substanzen in den Wasserkreisläufen geführt. Auch chemische Additive, wie beispielsweise Öle, Lösungsmittel, Harzleime, synthetische Leimungsmittel, Klebstoffe, Nassfestmittel, Stärke, Biozidformulierungen, Dispergiermittel, Bleichchemikalien, Reinigungsmittel, Farbstoffe, Komplexbildner und Lösungsvermittler, die dem Prozess gezielt zugeführt werden, tragen durch Anreicherung in den Kreisläufen zu einer Erhöhung der Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen direkt oder aus der Wechselwirkung untereinander bei. Andere Quellen sind Extrakte aus den Faserstoffen, wie insbesondere Lignin und Ligninderivate, Hemizellulosen und Kohlehydrate. Die wachsende Konzentration an Störstoffen führt zu einer reduzierten Effizienz der meist kationischen Funktionschemikalien, zu denen insbesondere sogenannte Fixiermittel zählen. Die bei hohen Prozesstemperaturen vorliegende Sättigung des Prozesswassers mit kolloidal gelösten, anionischen Störstoffen führt in den kühleren Zonen zu Ausfällen und Ablagerungen. Bereits geringe Temperaturgradienten reichen aus, um klebrige Ablagerungen an hydrophoben oder besonders adhäsiven Flächen, wie beispielsweise Siebmaterial, Filzmaterial, Walzenoberflächen, strömungsarmen Zonen, entstehen zu lassen. Diese können den Prozess empfindlich durch die Bildung von Löchern im Papier, Abrisse, Reinigungsstillstände oder dergleichen beeinträchtigen.
Papiereigenschaften wie Weiße, Opazität, Färbung und Festigkeit sind durch die Anwesenheit von kolloidalen Störstoffen ebenfalls beeinträchtigt. Außerdem kann eine verstärkte Neigung zur Geruchsbildung im Papier auftreten. Die Störstoffe können des Weiteren durch Absenkung der Oberflächenspannung zu vermehrtem Schaum führen, was sich negativ auf die Papierqualität auswirkt oder den vermehrten Einsatz von Schaumregulierern erforderlich macht. Die Anreicherung von Störstoffen im gesamten Wasserkreislauf ist abhängig von der Menge an zugeführten Rohmaterialien, der Prozesstemperatur, der Extrahierbarkeit, der Wasserumlaufrate, der mit dem Wasser abgeführten Menge, dem Austrag an Störstoffen mit dem produzierten Papier und der Zuführung von Frischwasser. Insbesondere bei einer Einengung der Wasserkreisläufe, d.h. einer verringerten Zufuhr an Frischwasser und der entsprechend verringerten Abfuhr an Abwasser, stellt sich eine erhöhte Konzentration an kolloidal gelösten Störstoffen in den Kreislaufinrässern ein. Neben dem hohen Konzentrationsniveau stellen auch dynamische Schwankungen der Störstofffrachten eine Limitierung für eine zielgenaue chemisch-technologische Führung des Prozesses dar. Dabei kommt es zu dauernden Fehldosierungen von Funktionschemikalien mit den oben beschriebenen Auswirkungen.
Prozessströme in Papiermaschinen, die derartige Störstoffe enthalten, werden unter anderem durch die Zugabe von Fixiermitteln wie zum Beispiel Aluminiumsulfat behandelt. Dabei erfolgt die Dosierung solcher Fixiermittel, zum Beispiel Aluminiumsulfat, im Papierprozess derzeit als in Schwefelsäure gelöstes Aluminiumion. Das Fixiermittel bzw. Aluminiumsulfat wird typischerweise im konstanten Teil einer Papiermaschine und beispielsweise vor oder in die Mischbütte dosiert.
Werden nun bei der Herstellung von Faserstoffbahnen Aluminiumionen-haltige Substratfluide einem Prozessstrom zugeführt, so kann es im Bereich der Zuführung der Aluminium-haltigen Substratfluide zu einer relativ starken Absenkung des pH-Wertes kommen. Eine derartige Absenkung des pH-Wertes kann zu unerwünschten chemischen Reaktionen, wie beispielsweise der Zersetzung von Kalziumcarbonat oder Magnesiumcarbonat mit begleitender CO₂-Gas-Entwicklung führen. Zudem kann es nachteilig zur Salzbildung und entsprechenden Ablagerungen im Gesamtsystem kommen. Außerdem tritt ein Konzentrationsgradient bis zur vollständigen Vermischung ein, währenddessen die Abreaktion der Aluminiumionen mit anderen anwesenden Reaktanden eintreten kann, so dass die Konzentration an aktiven, wie gewünscht reagierenden Aluminiumionen durch vorhergehend eintretende Nebenreaktionen gesenkt wird und damit gegebenenfalls mehr Aluminiumionen-haltiges Substratfluid dem Prozessstrom zugeführt werden muss. Bis zur vollständigen Vermischung kann sich somit ein Konzentrationsgradient einstellen, währenddessen die Abreaktion des Aluminiums bzw. Aluminiumions mit anderen, anwesenden Reaktanden zur Effizienzverminderung führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen die zuvor erwähnten Nachteile beseitigt sind. Dabei soll auf möglichst einfache und zuverlässige Weise insbesondere sichergestellt sein, dass es im Bereich der Einleitung eines jeweiligen Fixiermittels enthaltenden Substratfluids in den Prozessstrom zu zumindest im Wesentlichen keiner Absenkung des pH-Wertes kommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe somit durch ein Verfahren zur Einmischung wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn gelöst, bei dem wenigstens ein Fixiermittel in Form von Nanopartikeln in den Prozessstrom eingemischt wird, die durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium erzeugt werden. Als gasförmiges Medium eignet sich hierbei insbesondere ein Edelgas wie Helium oder Argon.
Dabei können die Nanopartikel in Form einer in dem fluiden Medium erzeugten insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung und/oder auch in fester Form in den Prozessstrom eingemischt werden, nachdem das fluide Medium aus einer in diesem erzeugten, insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung wieder entfernt wurde.
Damit ist insbesondere ein optimaleres Einmischen eines Fixiermittel enthaltenden Substratfluids in ein in den Prozessstrom einzumischendes Injektionsfluid erreichbar, wobei die Konzentration des Fixiermittels durch das Injektionsfluid verringert wird. Es kann damit eine Konzentration von beispielhaften Aluminium-Nanopartikein im Injektionsfluid erreicht werden, die eine hinreichend genaue Dosierung der Aluminium-Nanopartikel im Prozessstrom ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt die Zugabe von beispielsweise Aluminium in Form von Nanopartikeln, die in „quasi“ gelöster bzw. kolloidaler Form in beispielsweise wässrigem oder in einem mit Wasser zumindest bedingt mischbarem Medium vorliegen, ohne dabei den pH-Wert abzusenken.
Von Vorteil ist insbesondere, wenn die Nanopartikel nach einer Ablationsmethode erzeugt werden, indem sie mittels eines gepulsten Lasers in dem fluiden Medium aus einem Feststoff herausgelöst werden.
Dabei können die Größe und/oder Form der Nanopartikel vorteilhafterweise durch die Energie des eingestrahlten Laserlichts und/oder das fluide Medium, in dem die Nanopartikellösung erzeugt wird, beeinflusst werden.
Das Herauslösen der Nanopartikel aus dem Feststoff in dem fluiden Medium erfolgt bevorzugt so, dass die dabei aus rekristallisierten Verdampfungsprodukten geformten Cluster bzw. Nanokristalle einen Durchmesser von 10 nm bis 100 nm, insbesondere von 20 nm bis 100 nm und vorzugsweise von 30 nm bis 100 nm besitzen.
Der Feststoff, aus dem die Nanopartikel herausgelöst werden, enthält bevorzugt ein Metall oder eine Legierung aus Metallen. Dabei kann der Feststoff insbesondere Aluminium enthalten und zur Erzeugung der Nanopartikel in dem fluiden Medium eine Aluminium-Nanopartikellösung erzeugt werden.
Als fluides Medium wird vorteilhafterweise wenigstens ein polares oder nicht polares Fluid aus der folgenden Gruppe verwendet: Wasser, Alkohol, Ketone und/oder dergleichen.
Die Laserablation in fluidem Medium beruht auf dem Abtrag von Feststoffen mittels eines gepulsten Lasers in Lösung, bei dem der Feststoff durch hohe Laserenergie verdampft wird. Die Verdampfungsprodukte rekristallisieren und formen Cluster bzw. Nanokristalle mit einem Durchmesser von einigen 10 bis 100 nm, die stabil und homogen in dem Fluid suspendiert sind. Gegenüber anderen Methoden zur Herstellung von Nanopartikeln wie beispielsweise Sol-Gel-Verfahren sind bei der Laserablation keine toxischen Stoffe zur Herstellung erforderlich. Ferner ist es möglich, Nanopartikel auch auf der Basis beliebiger Legierungen herzustellen, was mit einem nass-chemischen Verfahren nicht möglich ist. Zudem kann die mittels einer Laserablation erhaltene Partikelgröße gezielt beeinflusst werden.
Die Nanopartikel bzw. Nanopartikellösung wird zweckmäßigerweise in einer oder mehreren Mischzonen mit jeweils einem weiteren Medium vermischt. So kann beispielsweise ein die Nanopartikel bzw. Nanopartikellösung enthaltender Substratstrom in einer jeweiligen Mischzone einem die wenigstens eine Mischzone durchströmendem Injektionsmedium zugeführt und mit diesem vermischt werden, bevor er bzw. die resultierende Mischung mit dem Prozessstrom vermischt wird. Zudem kann dem Injektionsmedium in einer jeweiligen Mischzone außer dem wenigstens einen Nanopartikel bzw. Nanopartikellösung enthaltenden Substratfluid auch wenigstens ein weiteres Substratfluid ohne solche Nanopartikel bzw. Nanopartikellösung zugeführt werden.
In bestimmten Fällen ist insbesondere auch von Vorteil, wenn aus unterschiedlichen Feststoffen erzeugte und/oder eine unterschiedliche Größe und/oder Form besitzende Nanopartikel bzw. entsprechend unterschiedliche Nanopartikellösungen in verschiedenen Mischzonen und/oder in wenigstens einer Mischzone insbesondere jeweils mit wenigstens einem weiteren Medium vermischt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in einer jeweiligen Mischzone miteinander zu vermischenden Medien in der Mischzone zumindest teilweise zumindest im Wesentlichen konzentrisch, T-förmig und/oder schräg zusammengeführt.
Bei einer konzentrischen Zuführung wird bei der Dosierung eines Fluidstroms dieser wenigstens von einem weiteren Fluidstrom teilweise oder ganz umströmt. Durch die Mischzone wird unter anderem eine unmittelbare Vermischung des Fixiermittels zum Zeitpunkt des Erstkontakts mit dem zumindest einen weiteren Medium erreicht.
Im Fall einer T-förmigen Zuführung können die Nanopartikel auch ohne vorherige Mischung mit einem Teilstoffstrom direkt dem Prozessstrom zugefügt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aus der Mischung wenigstens zweier Medien in wenigstens einer Mischzone erhaltene resultierende Mischung über eine insbesondere verstellbare und/oder auswechselbare Drosselvorrichtung in den Prozessstrom dosiert.
Mittels einer solchen Dosiereinrichtung kann die Geschwindigkeit der Einmischung des Fixiermittels in den Prozessstrom bzw. die Faserstoffsuspension eingestellt werden, wobei eine maximale Effizienz mit der Folge eines zudem reduzierten Verbrauchs des Fixiermittels wie beispielsweise einer Aluminiumnanopartikellösung erreicht wird. Die Effizienz des Fixiermittels bzw. Nanopartikellösung kann mittels eines entsprechenden Dosiersystems gesteigert werden. Grundsätzlich können die Fixiermittel bzw. Nanopartikel jedoch auch auf anderem Weg den Prozessstrom bzw. der Faserstoffsuspension zugegeben werden.
Werden die Nanopartikel in fester Form in den Prozessstrom eingemischt, nachdem das fluide Medium aus einer in diesem erzeugten, insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung wieder entfernt wurde, kann auch ein beliebiges anderes Dosiersystem oder Vorrichtung eingesetzt werden, bei dem bzw. der beispielsweise pulverförmige Feststoffe dem Prozess zugesetzt bzw. in diesem eingesetzt werden.
Eine mittels Laserablation erzeugte kolloidale Nanopartikellösung kann auch beispielsweise unter Verwendung eines Jet-Dosiersystems beispielsweise in eine Zellulose- oder Kunststofffasern enthaltende Faser- oder Vliesstoffsuspension eindosiert werden. Dabei kann der Feststoffgehalt in der wässrigen Phase insbesondere zwischen 0,001 % und 10% variieren. Bei der Faserstoffsuspension kann es sich beispielsweise auch um verdünnte Filtrate handeln, die beispielsweise in einem Flotationsprozess behandelt werden.
Über die insbesondere verstellbare und/oder auswechselbare Drosselvorrichtung kann die Strömungsgeschwindigkeit der dem Prozessstrom zugeführten resultierenden Mischung insbesondere auch eingestellt bzw. geregelt werden, wozu die Drosseleinrichtung insbesondere eine Mischdüse mit einer Ventilfunktion umfassen kann, mittels der die Austrittsöffnung der Mischdüse veränderbar einstellbar ist. Es kann beispielsweise auch eine Drosselvorrichtung mit einer auswechselbaren Düse verwendet werden. Durch eine entsprechende Konstruktion des Gehäuses der Mischdüsenkonfiguration kann dann eine Düse gegen eine andere Düse mit einer anderen Strömungscharakteristik leicht ausgetauscht werden.
Die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einmischung wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, umfasst eine Vorrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Fixiermittels in Form von Nanopartikeln durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium, und eine Dosiervorrichtung zur Eindosierung der in dem fluiden Medium erzeugten, insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung in den Prozessstrom. Dabei kann mittels der Dosiervorrichtung insbesondere eine Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit der insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung relativ zur Strömungsgeschwindigkeit des Prozessstroms, insbesondere einer Faser- und/oder Vliesstoffsuspension erreicht werden, in die das die Nanopartikellösung enthaltene Fluid eindosiert wird, um damit vermischt zu werden.
Bevorzugt ist die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung zur Erzeugung der Nanopartikel durch eine Laserablation ausgeführt, bei der die Nanopartikel mittels eines gepulsten Lasers in dem fluiden Medium aus einem Feststoff herausgelöst werden.
Der Feststoff, aus dem die Nanopartikel herausgelöst werden, enthält vorteilhafterweise ein Metall oder eine Legierung aus Metallen, wobei er zur Erzeugung einer Aluminium-Nanopartikellösung bevorzugt Aluminium enthält.
Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung und die Dosiervorrichtung eine bauliche Einheit. Mittels einer solchen baulichen Einheit kann die erfindungsgemäße Dosierung des wenigstens einen Fixiermittels in Form von durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium erzeugten Nanopartikeln in den Prozessstrom vorgenommen werden. Aufgrund der konstruktiv kompakten Bauweise kann demzufolge Platz gespart werden, und die Komponenten können aufgrund der höheren Integration optimal aufeinander abgestimmt werden.
In bestimmten Fällen ist es jedoch auch von Vorteil, wenn die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung und die Dosiervorrichtung baulich voneinander getrennt und insbesondere über eine Schlauchleitung oder dergleichen miteinander verbindbar sind. In diesem Fall kann die Dosiervorrichtung kleiner dimensioniert werden, so dass auch ein Einsatz der Dosiervorrichtung an Stellen möglich ist, die nicht ausreichend Platz für eine integrierte Lösung aufweisen.
Ist zudem die Dosiervorrichtung fluidisch direkt mit der Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung verbunden, so kann jeweils frisch erzeugtes Fixiermittel enthaltendes Substratfluid der Dosiervorrichtung zugeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dosiervorrichtung einen Vorlagebehälter für die in der Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung erzeugte insbesondere kolloidale Nanopartikellösung umfasst.
Indem die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung indirekt mit der Dosiervorrichtung verbunden ist, kann die Erzeugung der Nanopartikel durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium von dem Mischvorgang in der Dosiervorrichtung entkoppelt werden. Es müssen dann auch nicht zwingend Nanopartikel bzw. eine Nanopartikellösung erzeugt werden, wenn mittels der Dosiervorrichtung ein Injektionsmedium in den Prozessstrom injiziert wird. Dies bringt beispielsweise den Vorteil mit sich, dass auch dann ein erfindungsgemäß erzeugtes Fixiermittel aufweisender Substratstrom dem Prozessstrom zugeführt werden kann, wenn die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung beispielsweise gewartet werden muss oder anderweitig außer Betrieb ist.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Dosiervorrichtung eine von einem insbesondere fluiden Injektionsmedium durchströmte Mischdüse mit einer oder mehreren in Strömungsrichtung des Injektionsmediums aufeinanderfolgenden Mischzonen, wobei dem Injektionsmedium in wenigstens einer Mischzone wenigstens ein Substratstrom zuführbar ist, wenigstens ein Substratstrom durch die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung erzeugte Nanopartikel und/oder zumindest eine durch die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung erzeugte insbesondere kolloidale Nanopartikellösung enthält, und die in der Mischzone erzeugte resultierende Mischung in den Prozessstrom injizierbar ist.
Dabei kann dem die Dosiervorrichtung durchströmenden insbesondere fluiden Injektionsmedium in wenigstens einer Mischzone auch wenigstens ein Substratstrom zuführbar sein, der wenigstens ein insbesondere fluides Additiv ohne Nanopartikel und/oder ohne Nanopartikellösung enthält.
Denkbar ist insbesondere auch eine solche Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der dem die Dosiervorrichtung durchströmenden insbesondere fluiden Injektionsmedium in wenigstens einer Mischzone aus unterschiedlichen Feststoffen erzeugte und/oder eine unterschiedliche Größe und/oder Form besitzende Nanopartikel und/oder entsprechend unterschiedliche Nanopartikellösungen enthaltende Substratströme zuführbar sind.
Die Mischdüse der Dosiervorrichtung kann somit eine oder auch mehrere in Strömungsrichtung des Injektionsmediums aufeinanderfolgende Mischzonen umfassen. Dabei kann dem insbesondere fluiden Injektionsmedium in wenigstens einer Mischzone zumindest eine Aluminium-Nanopartikellösung und/oder auch wenigstens ein anderer Substratstrom zugegeben werden. Denkbar ist auch, dass beispielsweise in einer Mischzone zwei oder mehrere verschiedene fluide Aluminium-Nanopartikellösungen oder auch andere Substratströme gleichzeitig zugegeben und mit dem Injektionsmedium vermischt werden, bevor die erzeugte resultierende Mischung in den Prozessstrom bzw. den Fluidstrom der Faser- und/oder Vliesstoffsuspension injiziert wird. Einer jeweiligen Mischzone kann wenigstens eine weitere Mischzone folgen, wobei auch in aufeinanderfolgenden Mischzonen jeweils insbesondere Aluminium-Nanopartikellösung zugeführt werden kann.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn das insbesondere fluide Injektionsmedium und ein oder mehrere Substratströme in wenigstens einer Mischzone zumindest teilweise relativ zueinander zumindest im Wesentlichen T-förmig, relativ zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht, relativ zueinander in einem spitzen Winkel und/oder relativ zueinander konzentrisch zusammenführbar sind.
Eine jeweils gewünschte Verteil- bzw. Reaktionszeit in einer jeweiligen Mischzone kann durch eine entsprechende Geometrie der Mischzone eingestellt werden.
Denkbar ist insbesondere auch eine Einstellung beispielsweise des pH-Wertes oder anderer Parameter wie beispielsweise der Temperatur beispielsweise des Injektionsmediums hinsichtlich des Erreichens optimaler Mischbedingungen in einer vorgeschalteten oder einer jeweiligen Mischzone ein und derselben Dosiervorrichtung.
Eine jeweilige Mischzone der Mischdüse umfasst bevorzugt einen zylindrischen Körper mit einer zentralen axialen Bohrung und wenigstens einer an dessen Umfang vorgesehenen, mit wenigstens einer Substratzuführung verbindbaren, insbesondere ring- oder teilringförmigen Vertiefung, in die in die zentrale Bohrung mündende, sich allgemein in radialer Richtung erstreckende Bohrungen eingebracht sind.
Dabei sind die sich allgemein in radialer Richtung erstreckenden Bohrungen relativ zur Achse der zentralen Bohrung einer jeweiligen Mischzone bevorzugt in einem Winkel zwischen etwa 2° und etwa 90° ausgerichtet.
Die Mischdüse umfasst vorteilhafterweise ein zylindrisches Gehäuse, in dem die wenigstens eine Mischzone angeordnet und durch das eine jeweilige mit einer betreffenden insbesondere ring- oder teilringförmigen Vertiefung der Mischzone verbindbare Substratzuführung hindurchführbar ist.
Eine insbesondere ring- oder teilringförmige Vertiefung einer jeweiligen Mischzone kann also durch die Wand des Gehäuses der Mischdüse mit wenigstens einer Substratzuführung verbunden sein. Die einzelnen Mischzonen können über Dichtungen gegeneinander und gegen die Wand des Düsengehäuses abgedichtet sein.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Mischdüse einen der wenigstens einen Mischzone in Strömungsrichtung des insbesondere fluiden Injektionsmediums unmittelbar vorangehende, insbesondere hohlzylindrische und zur wenigstens einen Mischzone koaxiale Eintrittszone, über die das Injektionsmedium der wenigstens einen Mischzone zuführbar ist, wobei diese Injektionsmediums-Eintrittszone zur Bildung eines Stufensprungs einen kleineren Innendurchmesser besitzt als die in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar darauffolgende Mischzone.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn die Mischdüse zumindest zwei in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar aufeinanderfolgende, zur Bildung eines Stufensprungs unterschiedliche Innendurchmesser aufweisende Mischzonen umfasst, wobei der Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar nachfolgenden Mischzone relativ größer ist als der Innendurchmesser in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar vorangehenden Mischzone.
Von Vorteil ist dabei insbesondere, wenn das Stufensprungverhältnis D₂ /D₁ des Stufensprungs zwischen der Injektionsmediums-Eintrittszone und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar darauffolgenden Mischzone und/oder das Stufenverhältnis D_n /D_v zwischen zumindest zwei in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar aufeinanderfolgenden Mischzonen der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D₂ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone folgenden Mischzone zum relativ kleineren Innendurchmesser D₁ der Injektionsmediums-Eintrittszone der Mischdüse bzw. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D_n einer jeweiligen in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet nachfolgenden Mischzone zum relativ kleineren Innendurchmesser D_v einer jeweiligen in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet vorhergehenden Mischzone, in einem Bereich von 1,1 bis 5,0, insbesondere in einem Bereich von 1,1 bis 2,0 und vorzugsweise in einem Bereich von 1,2 bis 1,5 liegt.
Ein jeweiliger Stufensprung bzw. Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der zentralen Bohrung der Mischdüse bewirkt in der Strömung einen rücklaufenden Wirbel. Vor allem in den Grenzschichten des Wirbels kommt es zu großen Schubspannungen, die eine Turbulenz bewirken, mittels der eine effiziente Vermischung eines jeweiligen in eine jeweilige Mischzone eingebrachten Substratstroms mit dem Injektionsmedium erreicht wird. Das jeweilige, durch die Querschnittserweiterung ausgebildete Scherfeld wird hierfür die Einmischung eines jeweiligen, beispielsweise ein erfindungsgemäß erzeugtes Fixiermittel, eine fluide Chemikalie, ein Gas und/oder dergleichen enthaltenden Substratstroms genutzt. Dabei erfolgt die Dosierung eines jeweiligen Substratstroms bzw. die Anordnung der betreffenden sich allgemein radial erstreckenden Bohrungen insbesondere so, dass der Substratstrom in den Bereich maximaler Turbulenz der betreffenden Mischzone gelangt.
Die axiale Länge der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar auf die Injektions-Eintrittszone folgenden Mischzone der Mischdüse beträgt bevorzugt das 10- bis 50-Fache der Länge (D₂ - D₁ )/2, wobei D₁ der relativ kleinere Innendurchmesser der Injektionsmediums-Eintrittszone und D₂ der zur Bildung eines Stufensprungs relativ größere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone folgenden Mischzone ist.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn die axiale Länge wenigstens einer in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar auf eine vorangehende Mischzone folgenden Mischzone der Mischdüse das 10- bis 50-Fache der Länge (D_n - D_v )/2 beträgt, wobei D_v der relativ kleinere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums vorangehenden Mischzone und D_n der zur Bildung eines Stufensprungs relativ größere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar darauffolgenden Mischzone ist.
In dem angegebenen Längenbereich ist die Turbulenz am größten. Bei einer längeren Ausführung der Mischzone nimmt sie wieder ab.
Die Länge einer jeweiligen Mischzone kann insbesondere auch von der Art eines jeweiligen in der Mischzone zu dosierenden Substrats wie beispielsweise Chemikalie oder dergleichen abhängig sein.
Dabei ist die axiale Länge der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone folgenden ersten Mischzone der Mischdüse gleich k × (D₂/D₁), wobei D₂/D₁ das Stufensprungverhältnis des Stufensprungs zwischen der Injektionsmediums-Eintrittszone und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar darauffolgenden Mischzone der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D₂ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone folgenden Mischzone zum relativ kleineren Innendurchmesser D₁ der Injektionsmediums-Eintrittszone der Mischdüse, und k ein von den in der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone folgenden Mischzone zu mischenden Medien abhängiger konstanter Faktor im Bereich von 20 bis 180 ist.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn die axiale Länge wenigstens einer in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar auf eine vorangehende Mischzone folgenden Mischzone der Mischdüse gleich k × (D_n/D_v) ist, wobei D_n /D_v das Stufensprungverhältnis des Stufensprungs zwischen der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums vorangehenden Mischzone und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar darauffolgenden Mischzone der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D_n der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums nachfolgenden Mischzone zum relativ kleineren Innendurchmesser D_v der dieser in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar vorangehenden Mischzone der Mischdüse, und k ein von den in der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar auf die vorangehende Mischzone folgenden Mischzone zu mischenden Medien abhängiger konstanter Faktor im Bereich von 20 bis 180 ist.
Wie bereits ausgeführt, ist vorteilhafterweise wenigstens ein Substratstrom vorzugsweise über eine jeweilige in die zentrale Bohrung mündende, sich allgemein in radialer Richtung erstreckende Bohrung dem Bereich maximaler Turbulenz einer jeweiligen Mischzone der vom insbesondere fluiden Injektionsmedium durchströmten Mischzone zuführbar.
Durch die Kombination einer entsprechenden Vorrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Fixiermittels in Form von Nanopartikeln durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium und einer entsprechenden Dosiervorrichtung ergibt sich eine Reihe von Vorteilen, zu denen insbesondere die folgenden zählen:

Durch die Zerlegung in einen mehrstufigen Reaktionsprozess kann die Effizienz der Einmischung und die Verteilung im Prozessstrom erheblich gesteigert werden. Die Ausströmgeschwindigkeit aus der Mischdüse der Dosiervorrichtung kann mittels eines veränderbaren und vorzugsweise einstellbaren Querschnitts am Düsenende bzw. einer Änderung der Querschnittsfläche der Austrittsöffnung eingestellt werden. Damit kann die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Ausströmungsgeschwindigkeit der Mischung aus der Düse unabhängig von der Konzentration der Nanopartikel bzw. Nanopartikellösung und bei konstanter Dosiermenge der Nanopartikellösung eingestellt werden.

Durch die Einstellung der optimalen Strömungsgeschwindigkeit zum Beispiel einer in der Mischdüse verdünnten und beschleunigten Aluminium-Nanopartikellösung kann die Flockungscharakteristik günstig beeinflusst werden.
Im Übrigen kann die Zusammenführung des Injektionsmediums und des wenigstens einen Substratstroms so erfolgen und/oder die Düsengeometrie der Mischdüse so ausgeführt sein, wie dies in der DE 10 2012 220 771 A1 beschrieben ist.
Dabei kann die Dosiervorrichtung insbesondere zwei senkrecht zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums und einander gegenüberliegend angeordnete Substratzuführungen, zwei senkrecht zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums und mit Auswölbungen versehene Substratführungen, zwei schräg zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums und einander gegenüberliegend angeordnete Substratführungen und/oder zwei einander gegenüberliegend angeordnete Substratführungen und eine von diesen beiden Substratführungen in Strömungsrichtung des Injektionsmediums vorgelagerte weitere Substratzuführung umfassen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer der Erzeugung einer Nanopartikellösung durch Laserablation dienenden beispielhaften Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einmischung wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom,
2a) bis c) eine schematische Darstellung der Entstehung der mittels der Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung gemäß 1 erzeugten Nanopartikellösung in zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen,
3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung von Mischzonen der Dosiervorrichtung der erfindungsgemäßen Einmisch-Vorrichtung, wobei die Mischzonen nach Art eines Diffusors angeordnet sind,
4 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einmisch-Vorrichtung, bei der die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung und die Dosiervorrichtung eine bauliche Einheit bilden,
5 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einmisch-Vorrichtung, bei der die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung und die Dosiervorrichtung baulich voneinander getrennt sind,
6 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einmisch-Vorrichtung, bei der die Dosiervorrichtung einen Vorlagebehälter für die in der Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung erzeugte Nanopartikellösung umfasst,
7 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Dosiervorrichtung mit zwei senkrecht zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums und einander gegenüberliegend angeordneten Substratzuführungen,
8 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Dosiervorrichtung mit zwei senkrecht zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums und mit Auswölbungen versehenen Substratzuführungen,
9 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Dosiervorrichtung mit zwei schräg zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums und einander gegenüberliegend angeordneten Substratzuführungen, und
10 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Dosiervorrichtung mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Substratzuführungen und einer von diesen beiden Substratzuführungen in Strömungsrichtungsrichtung des Injektionsmediums vorgelagerten weiteren Substratzuführung.

Die 4 bis 7 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Einmischen wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom 12 eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn. Dabei umfasst die Einmisch-Vorrichtung 10 jeweils eine Vorrichtung 14 zur Erzeugung wenigstens eines Fixiermittels in Form von Nanopartikeln durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff 16 in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium 18 (vgl. auch 1) und eine Dosiervorrichtung 20 zur Eindosierung der in dem fluiden Medium 18 erzeugten, insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung in den Prozessstrom 12.
Die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung 14 kann zur Erzeugung der Nanopartikel durch eine Laserablation ausgeführt sein, bei der die Nanopartikel mittels eines gepulsten Lasers 22 in dem fluiden Medium 18 aus dem Feststoff 16 herausgelöst werden.
Der Feststoff 16, aus dem die Nanopartikel herausgelöst werden, kann ein Metall oder eine Legierung aus Metallen enthalten, wobei er zur Erzeugung einer Aluminium-Nanopartikellösung insbesondere Aluminium enthält.
Grundsätzlich können die Nanopartikel anstatt in Form der in dem fluiden Medium 18 erzeugten insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung auch in fester Form in den Prozessstrom 12 eingemischt werden, nachdem das fluide Medium 18 aus einer in diesem erzeugten, insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung wieder entfernt wurde.
Wie insbesondere aus 1 ersichtlich, können die Nanopartikel insbesondere nach einer Ablationsmethode erzeugt werden, indem sie mittels eines gepulsten Lasers 22 in dem fluiden Medium 18 aus dem Feststoff 16 herausgelöst werden. Die 2a) bis c) zeigen in schematischer Darstellung die Entstehung der mittels der beispielhaften Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung 14 gemäß 1 erzeugten Nanopartikellösung in zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen. Dabei ist in 2a) der Ausgangszustand zum Zeitpunkt Null, in der 2b) der Zustand der sich entwickelnden Nanopartikellösung nach 10 s und in 2c) der Zustand der sich entwickelnden Nanopartikellösung nach 3 s dargestellt.
Die Größe und/oder Form der Nanopartikel kann durch die Energie des eingestrahlten Laserlichts und/oder das fluide Medium 18, in dem die Nanopartikellösung erzeugt wird, beeinflusst werden.
Das Herauslösen der Nanopartikel aus dem Feststoff 16 in dem fluiden Medium 18 kann insbesondere so erfolgen, dass die dabei aus rekristallisierten Verdampfungsprodukten geformten Cluster bzw. Nanokristalle einen Durchmesser von 10 nm bis 100 nm, insbesondere von 20 nm bis 100 nm und vorzugsweise von 30 nm bis 100 nm besitzen.
Der Feststoff 16, aus dem die Nanopartikel herausgelöst werden, kann insbesondere ein Metall oder eine Legierung aus Metallen enthalten. Bevorzugt enthält er Aluminium, so dass zur Erzeugung der Nanopartikel in dem fluiden Medium 18 eine Aluminium-Nanopartikellösung erzeugt wird.
Als fluides Medium 18 kann insbesondere wenigstens ein polares oder nicht polares Fluid aus der folgenden Gruppe verwendet werden: Wasser, Alkohol, Ketone und/oder dergleichen.
Die Nanopartikel bzw. Nanopartikellösung kann in einer oder mehreren Mischelementen oder Mischzonen 24 jeweils mit wenigstens einem weiteren Medium wie insbesondere einem insbesondere fluiden Injektionsmedium 26 und gegebenenfalls wenigstens einem weiteren Substratstrom 28 vermischt werden (vgl. insbesondere die 3 bis 6).
Aus unterschiedlichen Feststoffen, insbesondere Metallen oder Metalllegierungen erzeugte und/oder eine unterschiedliche Größe und/oder Form besitzende Nanopartikel bzw. entsprechend unterschiedliche Nanopartikellösungen können in verschiedenen Mischzonen 24 und/oder in wenigstens einer Mischzone 24 insbesondere jeweils mit wenigstens einem weiteren Medium 26, 28 vermischt werden.
Wie insbesondere aus den 7 bis 10 ersichtlich, kann die aus der Mischung wenigstens zweier Medien 26, 28 in wenigstens einer Mischzone 24 erhaltene resultierende Mischung über eine insbesondere verstellbare und/oder auswechselbare Drosselvorrichtung in den Prozessstrom 12 dosiert werden.
4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einmisch-Vorrichtung 10, bei der die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung und die Dosiervorrichtung 20 eine bauliche Einheit bilden.
Demgegenüber sind bei der in 5 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einmisch-Vorrichtung 10 die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung 14 und die Dosiervorrichtung 20 baulich voneinander getrennt und insbesondere über eine Schlauchleitung 30 oder dergleichen miteinander verbindbar.
Bei der in der 6 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einmisch-Vorrichtung 10 umfasst die Dosiervorrichtung 20 einen Vorlagebehälter 32 für die in der Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung 14 erzeugte insbesondere kolloidale Nanopartikellösung.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, kann die Dosiervorrichtung 20 eine von einem insbesondere fluiden Injektionsmedium 26 durchströmte Mischdüse mit einer oder mehreren in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 aufeinanderfolgenden Mischzonen 24₁ , 24₂ umfassen. Dabei ist dem Injektionsmedium 26 in wenigstens einer Mischzone 24₁ , 24₂ wenigstens ein Substratstrom 28 zuführbar, wobei wenigstens ein Substratstrom durch die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung 14 erzeugte Nanopartikel und/oder zumindest eine durch die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung 14 erzeugte insbesondere kolloidale Nanopartikellösung enthalten kann und die in der Mischdüse erzeugte resultierende Mischung in den Prozessstrom 12 injizierbar ist.
Zudem ist dem die Dosiervorrichtung 20 durchströmenden, insbesondere fluiden Injektionsmedium 26 in wenigstens einer Mischzone 24₁ , 24₂ beispielsweise auch wenigstens ein Substratstrom 28 zuführbar, der wenigstens ein insbesondere fluides Additiv ohne Nanopartikel bzw. ohne Nanopartikellösung enthält.
Es sind insbesondere auch solche Ausführungen der Dosiervorrichtung 20 denkbar, bei denen dem die Dosiervorrichtung 20 durchströmenden, insbesondere fluiden Injektionsmedium 26 in wenigstens einer Mischzone 24₁ , 24₂ aus unterschiedlichen Feststoffen 16 erzeugte und/oder eine unterschiedliche Größe und/oder Form besitzende Nanopartikel und/oder entsprechend unterschiedliche Nanopartikellösungen enthaltende Substratströme 28 zuführbar sind.
Wie insbesondere aus den 4 bis 10 ersichtlich, können das insbesondere fluide Injektionsmedium 26 und ein oder mehrere Substratströme 28 in wenigstens einer Mischzone 24 zumindest teilweise insbesondere relativ zueinander zumindest im Wesentlichen T-förmig, relativ zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht, relativ zueinander in einem spitzen Winkel und/oder relativ zueinander konzentrisch zusammenführbar sein.
Wie insbesondere anhand der 3 zu erkennen ist, kann eine jeweilige Mischzone 24 der Mischdüse der Dosiervorrichtung 20 einen zylindrischen Körper mit einer zentralen axialen Bohrung umfassen. Dabei kann am Umfang einer jeweiligen Mischzone 24 wenigstens eine, mit wenigstens einer Substratzuführung 34 (vgl. beispielsweise auch die 7 bis 10) verbindbare, insbesondere ring- oder teilringförmigen Vertiefung vorgesehen sein, in die in die zentrale axiale Bohrung mündende, sich allgemein in radialer Richtung erstreckende Bohrungen 36 angebracht sind. Dabei können die sich allgemein in radialer Richtung erstreckenden Bohrungen 36 relativ zur Achse der zentralen Bohrung einer jeweiligen Mischzone 24 in einem Winkel zwischen etwa 2° und etwa 90° ausgerichtet sein.
Die Mischdüse der Dosiervorrichtung 20 kann ein zylindrisches Gehäuse umfassen, in dem die wenigstens eine Mischzone 24 angeordnet und durch das eine jeweilige mit einer betreffenden insbesondere ring- oder teilringförmigen Vertiefung der Mischzone 24 verbindbare Substratzuführung 34 hindurchführbar ist.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, kann die Mischdüse der Dosiervorrichtung 20 eine der wenigstens einen Mischzone 24 in Strömungsrichtung des insbesondere fluiden Injektionsmediums 26 unmittelbar vorangehende, insbesondere hohlzylindrische und zur wenigstens einen Mischzone 24 koaxiale Eintrittszone 38 umfassen, über die das Injektionsmedium 26 der wenigstens einen Mischzone 24 zuführbar ist. Dabei besitzt diese Injektionsmediums-Eintrittszone 38 zur Bildung eines Stufensprungs einen kleineren Innendurchmesser D₁ als die in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar darauffolgende Mischzone 24₁ .
Wie der 3 zudem zu entnehmen ist, kann die Mischdüse der Dosiervorrichtung 20 auch zumindest zwei in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar aufeinanderfolgende, zur Bildung eines Stufensprungs unterschiedliche Innendurchmesser D₂ , D₃ aufweisende Mischzonen 24₁ , 24₂ umfassen, wobei der Innendurchmesser D₃ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar nachfolgenden Mischzone 24₂ relativ größer ist als der Innendurchmesser D₂ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar vorangehenden Mischzone 24₁ . Es ergibt sich somit oberhalb eines darauffolgenden Beschleunigungskonus 40 (vgl. insbesondere auch die 4 bis 10) eine Art Diffusordüsenanordnung.
Das Stufensprungverhältnis D₂ /D₁ des Stufensprungs zwischen der Injektionsmediums-Eintrittszone 38 und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar darauffolgenden Mischzone 24₁ und/oder das Stufenverhältnis D_n /D_v zwischen zumindest zwei in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar aufeinanderfolgenden Mischzonen 24 der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D₂ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone 38 folgenden Mischzone 24₁ zum relativ kleineren Innendurchmesser D₁ der Injektionsmediums-Eintrittszone 38 der Mischdüse bzw. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D_n einer jeweiligen in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet nachfolgenden Mischzone 24 zum relativ kleineren Innendurchmesser D_v einer jeweiligen in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet vorangehenden Mischzone 24, kann in einem Bereich von 1,1 bis 5,0 und insbesondere in einem Bereich von 1,1 bis 2,0 liegen, wobei es bevorzugt in einem Bereich von 1,2 bis 1,5 liegt.
Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 nachfolgende Mischzone 24₂ den Innendurchmesser D_n = D₃ und die in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 vorangehende Mischzone 24₁ den Innendurchmesser D_v = D₂ .
Die axiale Länge L₁ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone 38 folgenden Mischzone 24₁ der Mischdüse kann das 10- bis 50-Fache der Länge (D₂ - D₁ )/2 betragen, wobei D₁ der relativ kleinere Innendurchmesser der Injektionsmediums-Eintrittszone 38 und D₂ der zur Bildung eines Stufensprungs relativ größere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone 38 folgenden Mischzone 24₁ ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die axiale Länge wenigstens einer in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet unmittelbar auf eine vorangehende Mischzone folgenden Mischzone der Mischdüse das 10- bis 50-Fache der Länge (D_n - D_v )/2 betragen, wobei D_v der relativ kleinere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums vorangehenden Mischzone und D_n der zur Bildung eines Stufensprungs relativ größere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar darauffolgenden Mischzone ist.
Die axiale Länge L₁ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone 38 folgenden ersten Mischzone 24₁ der Mischdüse kann gleich k × (D₂/D₁) sein, wobei D₂/D₁ das Stufensprungverhältnis des Stufensprungs zwischen der Injektionsmediums-Eintrittszone 38 und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet unmittelbar darauffolgenden Mischzone 24₁ der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D₂ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone 38 folgenden Mischzone 24₁ zum relativ kleineren Innendurchmesser D₁ der Injektionsmediums-Eintrittszone 38 der Mischdüse, und k ein von den in der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone 38 folgenden Mischzone 24₁ zu mischenden Medien abhängiger konstanter Faktor im Bereich von 20 bis 180 ist.
Die axiale Länge wenigstens einer in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet unmittelbar auf eine vorangehende Mischzone folgenden Mischzone der Mischdüse kann gleich k × (D_n/D_v) sein, wobei D_n /D_v das Stufensprungverhältnis des Stufensprungs zwischen der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 vorangehenden Mischzone und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 betrachtet unmittelbar darauffolgenden Mischzone der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D_n der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 nachfolgenden Mischzone zum relativ kleineren Innendurchmessers D_v der dieser in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar vorangehenden Mischzone der Mischdüse, und k ein von den in der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 unmittelbar auf die vorangehende Mischzone folgenden Mischzone zu mischenden Medien abhängiger konstanter Faktor im Bereich von 20 bis 180 ist.
Wenigstens ein Substratstrom 28 kann insbesondere über eine jeweilige in die zentrale Bohrung mündende, sich allgemein in radialer Richtung erstreckende Bohrung 36 dem Bereich maximaler Turbulenz RW einer jeweiligen Mischzone 24 der vom insbesondere fluiden Injektionsmedium 26 durchströmten Mischzone 24 der Dosiervorrichtung 20 zuführbar sein.
Die Drosselvorrichtung kann einstellbar und insbesondere auch vollständig verschließbar sein. Die Mischdüse der Düsenvorrichtung 20 kann mit einer Ventilfunktion ausgeführt sein, mittels der die Austrittsöffnung der Mischdüse veränderbar eingestellt werden kann, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der dem Prozessstrom 12 zuzuführenden resultierenden Mischung eingestellt und/oder geregelt werden kann. Die Dosiervorrichtung 20 kann auch eine feststehende, jedoch auswechselbare Düse umfassen. Dabei kann eine jeweilige Düse gegen eine andere Düse mit einer anderen Strömungscharakteristik leicht ausgetauscht werden.
Die Zusammenführung der betreffenden Medien in einer jeweiligen Mischzone kann insbesondere so erfolgen und weitere Düsengeometrien können insbesondere so ausgeführt sein, wie dies in der DE 10 2012 220 771 A1 beschrieben ist.
So zeigt 7 eine beispielhafte Ausführungsform der Düsenvorrichtung 20 mit zwei senkrecht zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums 36 und einander gegenüberliegend angeordneten Substratzuführungen 34₁ , 34₂ . Die Dosiervorrichtung 20 ist in diesem Fall so angeordnet, dass das Injektionsmedium 26 senkrecht in den Prozessstrom 12 eingeleitet wird. Zudem kann die Mischdüse der Dosiervorrichtung 20 eine erste Substratzuleitung 34₁ und eine zweite Substratzuleitung 34₂ aufweisen, die derart angeordnet sind, dass die zugehörigen Substratströme 28₁ , 28₂ senkrecht in das Injektionsmedium 26 eingeführt werden. Die in der 7 gezeigten Substratströme 28₁ , 28₂ können auch umgekehrt dem Injektionsmedium 26 zugeführt werden. Ein erster Durchmesser der Substratzuleitung 34₁ kann dabei größer ausgebildet sein als ein zweiter Durchmesser der zweiten Substratzuleitung 34₂ . Zudem ist es denkbar, dass die erste Ausströmöffnung der ersten Substratzuleitung 34₁ gegenüber der zweiten Ausströmöffnung der zweiten Substratzuleitung 34₂ angeordnet ist. Aufgrund einer derartigen Anordnung kann eine Umströmung des weiteren Substratstroms 28₂ mit dem Substratstrom 28₁ und eine Durchmischung derselben vor Einmischung der beiden Substratströme 28₁ , 28₂ in das Injektionsmedium 26 stattfinden und demzufolge eine intensive Durchmischung der Substratströme 28₁ , 28₂ und des Injektionsmediums 26 bzw. des Injektionsstroms erreicht werden.
8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Dosiervorrichtung 20 mit zwei senkrecht zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 angeordneten und mit Auswölbungen 42 versehenen Substratzuführungen 34₁ , 34₂ . Mit den in der dargestellten Weise in das Injektionsmedium 26 hineinragenden Substratzuführungen 34₁ , 34₂ werden nach einem Diffusor-ähnlichen Prinzip Turbulenzen und Verwirbelungen erzeugt.
9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Dosiervorrichtung 20 mit zwei schräg zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 und einander gegenüberliegend angeordneten Substratzuführungen 34₁ , 34₂ . Dabei sind die Substratzuführungen 34₁ , 34₂ bzw. die betreffenden Substratströme 28₁ , 28₂ jeweils unter einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 angeordnet. Eine derart schräge Einleitung der Substratströme 28₁ , 28₂ kann unter bestimmten Voraussetzungen vorteilhaft für eine schnelle und umfassende Durchmischung der Substratströme 28₁ , 28₂ vorteilhaft sein.
Bei der in 10 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der Dosiervorrichtung 20 sind zwei einander gegenüberliegend angeordnete Substratzuführungen 34₁ , 34₂ zum Einbringen der Substratströme 28₁ , 28₂ und eine von diesen beiden Substratzuführungen 34₁ , 34₂ in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 vorgelagerte weitere Substratzuführung 34₃ zum Einbringen des weiteren Substratstroms 28₃ vorgesehen. Dabei ist auch denkbar, dass in beliebiger Anzahl und Abfolge mehrere Substratzuführungspaare 34₁ , 34₂ und ein oder mehrere weitere Substratzuführungen 34₃ in Strömungsrichtung des Injektionsmediums 26 in der Mischdüse der Dosiervorrichtung 20 aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

10: Einmisch-Vorrichtung
12: Prozessstrom
14: Fixierm ittel-Erzeugungsvorrichtung
16: Feststoff
18: fluides Medium
20: Dosiervorrichtung
22: Laser
24: Mischzone, Mischelement
26: Injektionsmedium
28: Substratstrom
30: Schlauchleitung
32: Vorlagebehälter
34: Substratzuführung
36: Bohrung
38: Injektionsmediums-Eintrittszone
40: Beschleunigungskonus
42: Auswölbung
RW: Bereich maximaler Turbulenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012220771 A1 [0058, 0092]

Claims

Verfahren zur Einmischung wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom (12) eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, wobei wenigstens ein Fixiermittel in Form von Nanopartikeln in den Prozessstrom (12) eingemischt wird, die durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium (18) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel in Form einer in dem fluiden Medium (18) erzeugten insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung in den Prozessstrom (12) eingemischt werden.
Verfahren nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel in fester Form in den Prozessstrom (12) eingemischt werden, nachdem das fluide Medium (18) aus einer in diesem erzeugten, insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung wieder entfernt wurde.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel nach einer Ablationsmethode erzeugt werden, indem sie mittels eines gepulsten Lasers (22) in dem fluiden Medium (18) aus einem Feststoff (16) herausgelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und/oder Form der Nanopartikel durch die Energie des eingestrahlten Laserlichts und/oder das fluide Medium (18), in dem die Nanopartikellösung erzeugt wird, beeinflusst wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herauslösen der Nanopartikel aus dem Feststoff (16) in dem fluiden Medium (18) so erfolgt, dass die dabei aus rekristallisierten Verdampfungsprodukten geformten Cluster bzw. Nanokristalle einen Durchmesser von 10 nm bis 100 nm, insbesondere von 20 nm bis 100 nm und vorzugsweise von 30 nm bis 100 nm besitzen.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff (16), aus dem die Nanopartikel herausgelöst werden, ein Metall oder eine Legierung aus Metallen enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff (16) Aluminium enthält und zur Erzeugung der Nanopartikel in dem fluiden Medium eine Aluminium-Nanopartikellösung erzeugt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als fluides Medium (18) wenigstens ein polares oder nicht polares Fluid aus der folgenden Gruppe verwendet wird: Wasser, Alkohol, Ketone und/oder dergleichen.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Nanopartikel bzw. Nanopartikellösung in einer oder mehreren Mischzonen (24) jeweils mit wenigstens einem weiteren Medium (26, 28) vermischt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus unterschiedlichen Feststoffen (16) erzeugte und/oder eine unterschiedliche Größe und/oder Form besitzende Nanopartikel bzw. entsprechend unterschiedliche Nanopartikellösungen in verschiedenen Mischzonen (24) und/oder in wenigstens einer Mischzone (24) insbesondere jeweils mit wenigsten einem weiteren Medium (26, 28) vermischt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer jeweiligen Mischzone (24) miteinander zu mischenden Medien (26, 28) in der Mischzone (24) zumindest teilweise zumindest im Wesentlichen konzentrisch, T-förmig und/oder schräg zusammengeführt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Mischung wenigstens zweier Medien (26, 28) in wenigstens einer Mischzone (24) erhaltene resultierende Mischung über eine insbesondere verstellbare und/oder auswechselbare Drosselvorrichtung in den Prozessstrom (12) dosiert wird.
Vorrichtung (10) zur Einmischung wenigstens eines Fixiermittels in einen Prozessstrom (12) eines Herstellungsprozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Vorrichtung (14) zur Erzeugung wenigstens eines Fixiermittels in Form von Nanopartikeln durch direktes Herauslösen aus einem Feststoff (16) in einem fluiden, insbesondere flüssigen Medium (18), und einer Dosiervorrichtung (20) zur Eindosierung der in dem fluiden Medium (18) erzeugten, insbesondere kolloidalen Nanopartikellösung in den Prozessstrom (12).
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung (14) zur Erzeugung der Nanopartikel durch eine Laserablation ausgeführt ist, bei der die Nanopartikel mittels eines gepulsten Lasers (22) in dem fluiden Medium (18) aus einem Feststoff (16) herausgelöst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff (16), aus dem die Nanopartikel herausgelöst werden, ein Metall oder eine Legierung aus Metallen enthält, wobei er zur Erzeugung einer Aluminium-Nanopartikellösung bevorzugt Aluminium enthält.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung (14) und die Dosiervorrichtung (20) eine bauliche Einheit bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche bis 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung (14) und die Dosiervorrichtung (20) baulich voneinander getrennt und insbesondere über eine Schlauchleitung (30) oder dergleichen miteinander verbindbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (20) einen Vorlagebehälter (32) für die in der Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung erzeugte insbesondere kolloidale Nanopartikellösung umfasst.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (20) eine von einem insbesondere fluiden Injektionsmedium (26) durchströmte Mischdüse mit einer oder mehreren in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) aufeinanderfolgenden Mischzonen (24₁, 24₂) umfasst, wobei dem Injektionsmedium (26) in wenigstens einer Mischzone (24₁, 24₂) wenigstens ein Substratstrom (28) zuführbar ist, wenigstens ein Substratstrom durch die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung (14) erzeugte Nanopartikel und/oder zumindest eine durch die Fixiermittel-Erzeugungsvorrichtung (14) erzeugte insbesondere kolloidale Nanopartikellösung enthält, und die in der Mischdüse erzeugte resultierende Mischung in den Prozessstrom (12) injizierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem die Dosiervorrichtung (20) durchströmenden insbesondere fluiden Injektionsmedium (26) in wenigstens einer Mischzone (24₁, 24₂) wenigstens ein Substratstrom (28) zuführbar ist, der wenigstens ein insbesondere fluides Additiv ohne Nanopartikel bzw. ohne Nanopartikellösung enthält.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem die Dosiervorrichtung (20) durchströmenden insbesondere fluiden Injektionsmedium (26) in wenigstens einer Mischzone (24₁, 24₂) aus unterschiedlichen Feststoffen (16) erzeugte und/oder eine unterschiedliche Größe und/oder Form besitzende Nanopartikel und/oder entsprechend unterschiedliche Nanopartikellösungen enthaltende Substratströme (28) zuführbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das insbesondere fluide Injektionsmedium (26) und ein oder mehrere Substratströme (28) in wenigstens einer Mischzone zumindest teilweise relativ zueinander zumindest im Wesentlichen T-förmig, relativ zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht, relativ zueinander in einem spitzen Winkel und/oder relativ zueinander konzentrisch zusammenführbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Mischzone (24) der Mischdüse einen zylindrischen Körper mit einer zentralen axialen Bohrung und wenigstens einer an dessen Umfang vorgesehenen, mit wenigstens einer Substratzuführung (34) verbindbaren, insbesondere ring- oder teilringförmigen Vertiefung umfasst, in die in die zentrale axiale Bohrung mündende, sich allgemein in radialer Richtung erstreckende Bohrungen eingebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die sich allgemein in radialer Richtung erstreckenden Bohrungen relativ zur Achse der zentralen axialen Bohrung einer jeweiligen Mischzone (24) in einem Winkel zwischen etwa 2° und etwa 90° ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse ein zylindrisches Gehäuse umfasst, in dem die wenigstens eine Mischzone (24) angeordnet und durch das eine jeweilige mit einer betreffenden insbesondere ring- oder teilringförmigen Vertiefung der Mischzone (24) verbindbare Substratzuführung (34) hindurchführbar ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse einen der wenigstens einen Mischzone (24) in Strömungsrichtung des insbesondere fluiden Injektionsmediums (26) unmittelbar vorangehende, insbesondere hohlzylindrische und zur wenigstens einen Mischzone (24) koaxiale Eintrittszone (38) umfasst, über die das Injektionsmedium (26) der wenigstens einen Mischzone (24) zuführbar ist, wobei diese Injektionsmediums-Eintrittszone (38) zur Bildung eines Stufensprungs einen kleineren Innendurchmesser (D₁) besitzt als die in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar darauffolgende Mischzone (24₁).
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse zumindest zwei in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar aufeinanderfolgende, zur Bildung eines Stufensprungs unterschiedliche Innendurchmesser (D₂, D₃) aufweisende Mischzonen (24₁, 24₂) umfasst, wobei der Innendurchmesser (D₃) der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar nachfolgenden Mischzone (24₂) relativ größer ist als der Innendurchmesser (D₂) der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar vorangehenden Mischzone (24₁).
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufensprungverhältnis D₂/D₁ des Stufensprungs zwischen der Injektionsmediums-Eintrittszone (38) und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar darauffolgenden Mischzone (24₁) und/oder das Stufenverhältnis D_n/D_v zwischen zumindest zwei in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar aufeinanderfolgenden Mischzonen (24) der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D₂ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone (38) folgenden Mischzone (24₁) zum relativ kleineren Innendurchmesser D₁ der Injektionsmediums-Eintrittszone (38) der Mischdüse bzw. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D_n einer jeweiligen in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) betrachtet nachfolgenden Mischzone (24) zum relativ kleineren Innendurchmesser D_v einer jeweiligen in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) betrachtet vorangehenden Mischzone (24), in einem Bereich von 1,1 bis 5,0, insbesondere in einem Bereich von 1,1 bis 2,0 und vorzugsweise in einem Bereich von 1, 2 bis 1,5 liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (L₁) der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone (38) folgenden Mischzone (24₁) der Mischdüse das 10- bis 50-Fache der Länge (D₂-D₁)/2 beträgt, wobei D₁ der relativ kleinere Innendurchmesser der Injektionsmediums-Eintrittszone (38) und D₂ der zur Bildung eines Stufensprungs relativ größere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone (38) folgenden Mischzone (24₁) ist, und/oder die axiale Länge wenigstens einer in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) betrachtet unmittelbar auf eine vorangehende Mischzone folgenden Mischzone der Mischdüse das 10- bis 50-Fache der Länge (D_n-D_v)/2 beträgt, wobei D_v der relativ kleinere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums vorangehenden Mischzone und D_n der zur Bildung eines Stufensprungs relativ größere Innendurchmesser der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums unmittelbar darauffolgenden Mischzone ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (L₁) der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone (38) folgenden ersten Mischzone (24₁) der Mischdüse gleich k × (D₂/D₁) ist, wobei D₂/D₁ das Stufensprungverhältnis des Stufensprungs zwischen der Injektionsmediums-Eintrittszone (38) und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) betrachtet unmittelbar darauffolgenden Mischzone (24₁) der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D₂ der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone (38) folgenden Mischzone (24₁) zum relativ kleineren Innendurchmesser D₁ der Injektionsmediums-Eintrittszone (38) der Mischdüse, und k ein von den in der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar auf die Injektionsmediums-Eintrittszone (38) folgenden Mischzone (24₁) zu mischenden Medien abhängiger konstanter Faktor im Bereich von 20 bis 180 ist, und/oder die axiale Länge wenigstens einer in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) betrachtet unmittelbar auf eine vorangehende Mischzone folgenden Mischzone der Mischdüse gleich k × (D_n/D_v) ist, wobei D_n/D_v das Stufensprungverhältnis des Stufensprungs zwischen der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) vorangehenden Mischzone und der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums betrachtet unmittelbar darauffolgenden Mischzone der Mischdüse, d.h. das Verhältnis des relativ größeren Innendurchmessers D_n der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) nachfolgenden Mischzone zum relativ kleineren Innendurchmesser D_v der dieser in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar vorangehenden Mischzone der Mischdüse, und k ein von den in der in Strömungsrichtung des Injektionsmediums (26) unmittelbar auf die vorangehende Mischzone folgenden Mischzone zu mischenden Medien abhängiger konstanter Faktor im Bereich von 20 bis 180 ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Substratstrom (28) vorzugsweise über eine jeweilige in die zentrale axiale Bohrung mündende, sich allgemein in radialer Richtung erstreckende Bohrung (36) dem Bereich maximaler Turbulenz (RW) einer jeweiligen Mischzone (24) der vom insbesondere fluiden Injektionsmedium (26) durchströmen Mischzone (24) zuführbar ist.