DE1026107B - Einrichtung zur akustischen Behandlung von fluessigen Medien - Google Patents

Description

• Einrichtung zur akustischen Behandlung von fliissigen Medien Die akustische Behandlung von. flüssigen Medien wird in der Chemie : z. B. für die Beschleunigung von katalytischen Reaktionen benutzt ; denn schnelle und intensive Druckschwankungen befördern den Stoffausta, usch in. den Grenznächen zwischen den, Adsorptionsräumen des Katalysators und der umgeben. den Flüssigkeit. Bei anderen Anwendungen, wie z. B. bei der Homogenisierung von Emulsionen un, der Dispergierung von Faserstoffen, wird die Schwingungsa. mplitude bis zum Eintritt von Kavitationen gesteigert Kavitationen entstehen dann, wenn die Zugspannungen des akustischen Feldies die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit übersteigen, so daß in der Flüssigkeit vorübergehend Vakuumräume aufreißen, die sofort anschließend mit großer Gewalt wieder zusammenbreohen.
• Die'Erfindung betrifft eine'Vorrichtung zur akustischen. Behandlung von flüssigen Meiden, bei welcher der Behandlungsraum zwischen zwei gekoppelten, unter Phasenverschiebung arbeitenden. Sirenen liegt.
• Es hat t sich gezeigt. da. ß man auf diese Weise mit besonde. rs einfachen Mitteln sehr hohe Schallamplituden erzeugen und auch die Ka. vitation. sgrenze leicht überschreiten ka, nn.
• Die Zeichnungen geben zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder, und zwar zeigt Fig. 1 den. Vertikalschnitt, Fig. 2 den Horizontalschnitt nach II-II eines Apparates mit langsam durchströmtem Reaktionsraum, Fig. 3 den Vertikalschnitt und.
• Fig. 4 einen Detailschnitt nach IV-IV eines Apparates, bei dem die Strömung der Flüssigkeit im Reaktionsraum einer Beschleunigung unterliegt.
• Der sta, rkwandige Realttionsbehälter l des in Fig. i dargestellten Appa. ra. tes wird vorteilhaft durch eine Mehrzahl von etagenweis. e übereinanderliegenden Lochböden 2 unterteilt. Diese können beispielsweise als Unterlage einer körnigen. Schüttung von Katalysatoren dienen Das flüssige Medium wird von der Pumpe 3 über die Kammer 4 in den Behälter1 eingedrückt und über die Kammer 5 von der Pumpe 6 aus diesem Behälter wieder abgesaugt.
• Die Kammer 4 ist m. it dem Beh. älter 1 über e. ine Sirene verbunden, welche von dem Rotor 7 und einem zugehörigen Sta. tor gebildet wird und die im folgenden als Eingangssirene bezeichnet werden soll. Der Rotor 7 sitzt auf einer Welle 8 und trägt an seiner PeripherieeinenKranzvonBohrungen. 9. Der zugehörige Sta. tor besteht aus zwei Schalen 10 und 11, welche ebenfalls mit je einem Kranz von konischen Bohrungen 12, 13 ausgerüstet sind. Wenn die Bohrungen 9 des Rotors 7 in der gezeichneten Weise zwischen den Bohrungen 12, 13 der beiden Statorha. tften stehen, so wirkt die Sirene wie ein geöffnetes Ventil, und das flüssige Medium vermag aus der kammer 4 in den Behälter ungehinder einzuströmen.
• Befindet sich hingegen ein undurchbohrter Sektor des Rotors 7 zwischen den Bohrungen 12, 13, so wirkt, die genannte S Irene wie ein gedrosseltes Ventil und unterbricht die Strömung des flüssigen Mediums.
• Die Kammer 5 ist mit dem Behälter 1 über eine äquivalente Sirene verbunden, welche im folgenden als Ausgangssirenebezeichnetwerden,soll und aus dem Stator 14, 15 sowie dem Rotor 16 besteht. Der Rotor 16 sitzt mit dem Rotor 7 auf derselben Welle 8, welche von einem(nichtgezeichneten.)Motormit beispielsweise 1500 Umdrehungen pro Minute angetrieben wird. Der Rotor 16 is, t e, benso wie der Rotor 7 mit eine. Kranz von peripheren Bohrungen. 17 ausgerüstet ; ebenso, trägt der Stator 14, 15 einen Kranz vonkonisehenBohrungen,nachArtdesStators10,11.
• Der Stator 14, 15 steht jedoch in der Zeichnung so zum Rotor 16. daß dessen Bohrungen 17 gerade zwischen zwei undurchbohrten Sektoren des Stators 14, 15 liegen. In dieser Stellung wirkt die Ausgangssire. 14-17 als gedrosseltes Ventil. Dreht man die Welle 8 um den Winkel a (vgl. Fig. 2) weiter, so kommen die Bohrungen 17 zwischen die Bohrungen der Statorschalen 14, 15 zu stehen und geben den Weg vom Behälter 1 in die Kammer 5 frei : gleichzeitig gelangt aber die Eingangssirene 7-13 bei einer solchen Drehung in Drosselstellung.
• Wie man erkennt, arbeiten die beiden Sirenen 7-13 und 14-17 mit etwa, 180° Phasenverschiebung. Infolgedessen wirkt a. uf den Ra. um des Behälters l abwechselndderDruckder Pumpe 3 beii verschlossener Ausgangss. irene 14-17, oder der Sog der Pumpe 6 bei verschlossenerEingangssirene 7-13. Es entstehen daher im Behälter 1 Druckschwankungen einer Frequenz, deren Höhe durch das Pro, dukt von Drehzahl n und Lochzahl m der Sirenen gegeben ist. Wählt man beispielsweise H = 1500 und zza = 120, so ergibt das Produkt 180 000/min eine Frequenz von 3000 Schwingungen pro Sekunde.
• In der Praxis besteht oft da. s Bediirfnis, die Höhe der erzeugten, akustischen. Druck-und Unt. erdruckamplitudeneim.steubar zu gestalten. Aue diesem Grund sind die miteinander verstifteten Schalen 14, 15 des s Roto, rs drehb, ar zwischen. den, Tei, len, 1 und 5 gelagert und tragen den Zahnkranz 18, der mit einem Ritzel 19 im Eingriff steht. Die Welle des Ritzels 19 ist über eine Dichtung nach a. ußen geführt : sie trägt das Handrad 20, mit dessen Hilfe man infolgedessen die Phasenstellung des Stators 14, 15 bei laufendem Rotor 16 von außen regeln. kann. Zur Entlüftung des ganzen Apparats dien. t d. as Handventil 21.
• Die Anordnung nach Fig. 1 und 2 eignet sich besonders für die Durchführung von katalytischen Reaktionen, welche einer längeren Verweiizeit bedürfen.. Für die Herstellung von Emulsionen und Suspensionen : eignet sich besser die in Fig. 3 und 4 dargestellte Vorrichtung, bei der das nüssige Medium im Raum zwischen den beiden nacheinander durchströmten Sirenen gleichzeitig einer zentrifugalen Beschleunigung unterliegt, so da sich die wchselnden Zugspannungen der r akustischen Schwingung den konstantenZugspannungen des zentrifugalen Beschleunigungsfeldes iiberla, gern.
• Auf die Welle 25 ist ein Rotor 26 mit Hilfe der Schrube 27 aufgespannt. Dieser Rotor ist gemäß Fig. 4 auf beiden Seiten mit einem Kranz von radialen Nuten 28 ausgerüstet, zwischen, denen die breiten Rippen 29 stehen. Diese Rippen 29 sind auf beiden Seiten durch eine breite Ringnut 30 unterbrochen ; sic enden vor dem Radkranz 31, der in gleichmäßigen Winkelabständen radiale Einschnitte 32 trägt und hierdurch den Charakter eines Zahnrades erhält.
• Als Stator der Eingangssirene wirken die beiden Zahnringe 33 un. d 33a, welche durch Schrauben an den beiden Gehäuseteilen 35, 36 befestigt sind. Wenn ihre radialen. Nuten 34 in, Verlängerung der Nuten 28 liegen,wie'diesFig.4zeigt,so.gibtdieEingangssirene 26-33 den Durchfluß in die Behandlungsräume 37 und 37a frei ; diese liegen zu beiden Seiten des Rotors 26. Als Stator der Ausgangssirene dient der Ring 39, welcher mit einer Vielzahl von gleichmäßig über seinen Umfang verteilten radialen Bohrungen 40 ausgerüstet ist. Wenn diese Bohrungen mit den Einschnitten 32 des Radkranzes 31 in Deckung liegen, so gibt die Ausgangs. sirene den DurchfluB frei ; in der gezeichneten Stellung (Fig. 4) hingegen verdecken die zwischenliegenden Zähne die Bohrungen 40, so daß die Ausgangssirene mit 180° Phasenverschiebung gegen, die Eingangssirene26, 33, 33 a arbeitet und den Durchfluß drosselt.
• Das flüssige Medium tritt in, Richtung des Pfeiles E ein und wird vom inneren Teil der Rippen 29 des Rotors 26 erfaßt ; diese wirken wie die Flüge1 einer Zentrifugalpumpe. Das flüssige Medium tritt hierbei durch die Bohrungen 41 auch in den Ringraum 42 hinter dem Rotor26 : es strömt den beiden tellerförmigen Behandlungsräumen 37, 37 a über die parallel geschalteten, synchron und phasengleich arbeitenden Einlaßsirenen 26-33 und 26-33 a daher unter praktisch gleichem Druck zu. In den Kammern 37. 37a wird das fliissige Medium durch den äußeren Teil der Rippen 29 weiterhin zentrifugal beschleunigt : es tritt dann über die Ausgangssirene 31-39 in. den Ringraum 43, an den der tangentiale Auslaß 44 angeschlossen ist.
• Da Sirenen in der Verschlußstellung nicht dicht schließen, sondern die Strömung nur drosseln, gewinnen die Druckamplituden der erzeugten akustischen Schwingung erst dann Bedeutung, wenn der Gesamtdurchsatz der Machine die Leckströmung der Sirenen merklich übersteigt. Es empfiehlt sich deshalb, die Spalte 38 und 44 zwischen dem Rotor 26 und den Statorringen 37, 37 a bzw. 39 weniger als 1 mm hreit zu wählen, um eine entsprechmd kleine Leckströmung zu erzielen. Zur Einjustierung werden die-Lager der Welle 25 in Richtung des Pfeiles. 4 verstellbar gestaltet (Mikrometerverstellung).

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur akustischen Behandlung von flüssigen Medien, gekennzekichnet durch einen Behandlungsra. um (1), der zwischen zwei gekoppelteln, unterPhasenverschiebung arbelitendenSirenen (7-13 und 14-17) liegt.
2. 2. Einrichtung na, ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (7, 16) der beiden sirenen auf einer gemeinsamen Well (8) sitzen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, da. durch gekennzeichnet, daß das Statorsystem (14, 15) der einen Sirene mit einer Verstellvorrichtung (18, 19, 20) ausgerüstet ist, welche dies Statorsystem gegen da, s Stato, rsystem (10, 11) der anderen Sirene drehbar gestaltet.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sirenen als koaxial ineina, n, derliegende ! Radialsirenen (26-33 und 31-39) ausgebildet und der zwischen ihnen liegende Behandlungsraum als tellerförmige Kammer (37) gesta, ltet ist, in der das fliissige Medium durch den Rotor (26) einer weiteren zentrifugalen Beschleunigung unterworfen Ist.
5. 5. Vorrichtun nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssirene in zwei parallel geschaltete-und mit gleicher Belastung phasengleich arbeitende Sirenen (26-33 und 26-33 a) aufgeteilt ist, welche zu beiden Se. iten des Rotors (26) liegen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß zur Entladung der beiden Behandlungskammern (37, 37 a) eine gemeinsame Ausgangssirene vorge. se. hen ist, welche aus einem am Rotor vorgesehenen Zahnkranz (31, 32) und einem Ring (39) mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Bohrungen (40) besteht.