DE1031284B

DE1031284B - Verfahren zum Dispergieren bzw. Loesen eines Stoffes in einer Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1031284B
Application number: DEM11298A
Authority: DE
Inventors: Freerk Jan Fontein; Arthur Lubertus De Gelder
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1950-10-13
Filing date: 1951-10-13
Publication date: 1958-06-04
Also published as: GB708355A; NL75972C; US2653801A; NL75390C

Description

Verfahren zum Dispergieren bzw. Lösen eines Stoffes in einer Flüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, durch welches ein Stoff oder ein Stoffgemisch in einer Flüssigkeit dispergiert bzw. gelöst wird.
Die Flüssigkeit, in welcher eine oder mehrere Komponenten dispergiert bzw. gelöst werden, kann aus einem einzigen Stoff bestehen oder ein Stoff sein, in welchem andere Stoffe gelöst, dispergiert oder emulgiert sind. Die zu dispergierenden bzw. zu lösenden Stoffe können gasförmig, flüssig oder fest sein.
In letzterem Falle ist es nötig, daß der feste Stoff bereits in feinverteilter Form vorliegt.
Man kann mit dem Dispergieren bzw. Lösen sehr verschiedene Zwecke verfolgen. So läßt sich die Erfindung anwenden zur Herstellung von Emulsionen oder Suspensionen, zur Bereitung homogener Lösungell, zum Waschen einer Flüssigkeit oder eines Gases mittels Dispergierung in einer Flüssigkeit, zum Belüften von Abwässern oder Schlammsuspensionen, zum Durchführen heterogener katalytischer Reaktionen in einem flüssigen Medium, wobei der Katalysator in die flüssige Phase dispergiert wird, usw.
Die meisten bekannten Vorrichtungen zum Dispergieren bzw. Lösen eines Stoffes in einer Flüssigkeit enthalten bewegliche Teile, wie Rührer, Knetarme, schwingende Wände oder Platten. Hierdurch werden die Konstruktionen, vor allem, wenn man mit korrosiven Stoffen oder bei hoher oder sehr niedriger Temperatur oder unter Abschluß der Atmosphäre arbeiten muß, häufig ziemlich kompliziert und kostspielig.
Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Dispergierung eines Stoffes in einer Flüssigkeit ohne Gebrauch von beweglichen Teilen mittels einer rotierenden Flüssigkeitsströmung erreicht wird.
So ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Asphaltemulsionen bekannt, welche aus einem zylindrischen Raum mit zentral angeordneter Auslaßöffnung besteht; in diesen Raum münden zwei tangential gerichtete Zuleitungen ein. Wenn durch diese Zuleitungen die zu mischenden Komponenten - Wasser und warmer schmelzflüssiger Asphalt - in den zylindrischen Raum hineingepreßt werden, entsteht unter dem Einfluß der in dem zylindrischen Raum auftretenden rotierenden Strömung eine Emulsion.
Ferner ist ein Verfahren zur Verfeuerung von flüssigem Brennstoff bekannt, in dem die Flüssigkeit in einen zylindrischen Raum mit zentraler Auslaßöffnung tangential hineingepreßt wird und ein Gas zentral und gegenüber der Auslaßöffnung unter Druck zugeführt wird. Hierbei wird, gemäß dem Zweck der Brennstoffverfeuerung, auch die Flüssigkeit fein verteilt.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung derartiger Verfahren.
Erfindungsgemäß wird die Flüssigkeit durch eine oder mehrere Tangentialzuleitungen in eine geschlossene Wirbelkammer, die mit einer zentral angeordneten Auslaßöffnung versehen ist, hineingepreßt, und zwar unter einem solchen Druck, daß in der Wirbelkammer eine starke Zyklonströmung erzeugt wird, während der zu dispergierende bzw. zu lösende Stoff durch eine zentral der Auslaßöffnung gegenüber angebrachte Zufuhröffnung ausschließlich unter dem Einfluß des im Zentrum der Zyklonströmung vorherrschenden Unterdrucks der Wirbelkammer zugeführt wird.
Im Zentrum einer genügend starken Zyklonströmung herrscht ein Unterdruck vor, welcher groß genug ist, um allein das Ansaugen der erforderlichen Menge des zu dispergierenden bzw. zu lösenden Stoffes zu besorgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat einige wichtige Vorzüge gegenüber den bekannten Verfahren des erwähnten Typus.
Es wird bei gleichem Energieaufwand eine bessere Dispergierung erreicht.
Weiterhin können Mittel für die Zufuhr unter Druck bzw. für die Dosierung der zu dispergierenden Komponente fortfallen, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn es sich um korrosive oder gefährliche Stoffe handelt.
Auch ist es ausgeschlossen, daß die Zyklonströmung gestört oder gar zerstört wird, was bei Zufuhr der zu dispergierenden Komponente unter Druck der Fall sein könnte.
Wenn in der Flüssigkeit eine sehr starke Zyklonströmung erzeugt wird, entsteht im Zentrum ein hohler Kern, worin sich Dampf mit verhältnismäßig niedrigem Druck befindet. Bei richtiger Bemessung der Wirbelkammer ist es möglich, daß dieser Druck bis auf etwa die Dampfspannung der verwendeten Flüssigkeit fällt. Es bedeutet dies eine vorzügliche Konstanz des wirksamen Unterdrucks.
Die zu dispergierenden bzw. zu lösenden Stoffe werden durch eine zentral in die Wirbelkammer enmündende Zufuhrleitung zugeführt.
Vorzugsweise wird der Durchmesser der Zufuhrleitung des anzusaugenden Stoffes kleiner genommen als der Durchmesser des besagten Hohlkerns. Wenn diese Voraussetzung nicht erfüllt wäre. könnte unter Umständen die rotierende Flüssigkeit in die Zufuhrleitung eintreten, wodurch die Saugwirkung beeinträchtigt wird.
Die zentrale Zufuhrleitung durchdringt die der Auslaßöffnung gegenüberliegende Wand der Wirbelkammer. Gewöhnlich ragt sie in die Wirbelkammer hinein. Es wurde gefunden, daß die Saugwirkung in geringem Maße von der Länge der Zufuhrleitung in der Wirbelkammer abhängt. Die Saugwirkung geht nur verloren, wenn die Zufuhrleitung bis in die Auslaßöffnung hineinragt.
Es ist möglich, mittels eines in der Zufuhrleitung eingebauten Drosselventils das Verhältnis der zu dispergierenden Komponente zu der dispergierenden Flüssigkeit zu regeln. Hierbei wird auch der Unterdruck im Zentrum der Zyklonströmung beeinflußt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Mischverhältnis wenig empfindlich gegen zufällige Druckschwankungen in der Zufuhr der dispergierenden oder lösenden Flüssigkeit. Dadurch unter scheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft von den bekannten Verfahren.
Zweckmäßig stellt man die Wirbelkammer so auf, daß die Auslaßöffnung unter einem Flüssigkeitsspiegel, beispielsweise des erwünschten Gemisches. mündet. Durch diese Maßnahme kann man die Auslaßöffnung weiter bemessen, ohne daß die Saugwirkung zurückgeht. Die weite Auslaßöffnung bedingt eine Verringerung der Verstopfungsgefahr und einen verminderten Durchflußwiderstand. Die Tauchtiefe der Wirbelkammer ist dabei derart zu wählen, daß die Saugwirkung nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung einige für das Verfahren nach der Erfindung geeignete Vorrichtungen schematisch dargestellt.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 wird die Flüssigkeit unter Druck durch die Tangentialzuleitung 1 bzw. la zugeführt und strömt durch die Öffnung 2 bzw. 2 a in tangentialer Richtung in die Wirbelkammer 7 bzw. 7a hinein. Diese wird von einem durch Ausbohren des Blockes 5 bzw. 5a geschaffenen Raum, der mittels der Platte 6 bzw. 6 a verschlossen ist, gebildet. Der Auslaß des Gemisches erfolgt durch die Öffnung 3 bzw. 3 a des Munde stückes 9 bzw. 9 9a, das mittels Gewindes in dem Block 5 bzw. 5a befestigt ist. Da der Radius der Auslaßöffnung 3 bzw. 3 3a beträchtlich kleiner ist als der Radius der Zuleitung 1 bzw. 1 la für die Flüssigkeit, entsteht in der Wirbelkammer 7 bzw. 7a eine schnelle Zyklonströmung, so daß die Flüssigkeit in Form eines drehenden, hohlen Kegelmantels aus dem Mundstück 9 bzw. 9a austritt.
In der Wirbelkammer nach Fig. 1 entsteht eine einfache Zyklonströmung (Einzelwirbel), weil die tangentiale Zuleitung und die Auslaßöffnung sich in axial entgegengesetzten Enden der Wirbelkammer befinden. In der Wirbelkammer nach Fig. 2 entsteht eine doppelte Zyklonströmung (Doppelwirbel), weil die Zuleitung und die Auslaßöffnung sich hier, in axialem Sinne betrachtet, an demselben Ende der Wirbelkammer befinden. Die tangential zugeführte Flüssigkeit strebt hierbei in der Gestalt eines äußeren Wirbels zunächst dem der Auslaßöffnung gegenüberliegenden Ende der Wirbelkammer zu, fließt anschließend in der Form eines inneren Wirbels axial durch die Wirbelkammer und verläßt diese durch die Auslaßöffnung.
Bei der Benutzung einer doppelten Zyklonströmung besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß noch nicht genügend dispergierte Teilchen, deren spezifisches Gewicht größer ist als das der Flüssigkeit, aus dem inneren Wirbel ausgeschleudert und wieder in den äußeren Wirbel aufgenommen werden, anstatt die Wirbelkammer mit der Flüssigkeit durch die Auslaßöffnung zu verlassen. Folglich entsteht eine Rezirkulierung des noch nicht genügend dispergierten Materials.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist in der Platte 6 gegenüber der Auslaßöffnung 3 eine Zufuhrleitung 8 mit Öffnung 4 angebracht. Der innere Durchmesser dieser Leitung 8 ist bedeutend kleiner als der Durchmesser der Auslaßöffnung, um zu verhindern, daß Flüssigkeit in die Zufuhrleitung gelangt.
Bei der Wirbelkammer nach Fig. 2 wird die Offnung 4a durch eine zentrale Bohrung in den Stutzen 10, auf der die Zufuhrleitung 8 befestigt ist, gebildet. Diese Wirbelkammer eignet sich insbesondere dazu, in einer Flüssigkeit einen Stoff, z. B. einen Feststoff, der spezifisch schwerer ist als die Flüssigkeit, zu dispergieren bzw. zu lösen, weil in dieser Wirbelkammer eine Rezirkulierung der noch nicht genügend dispergierten Teilchen stattfindet, was bei der Ausführungsform nach Fig. 1 nicht der Fall ist.
Wenn spezifisch leichtere Stoffe dispergiert bzw. gelöst werden sollen, bietet diese Vorrichtung jedoch keine Vorteile gegenüber der nach Fig. 1.
Fig. 3 a und 3 b stellen eine Vorrichtung dar, die sich insbesondere zur Verwendung unter einem Flüssigkeitsspiegel eignet, indem die Zuleitung für die Flüssigkeit und die Zufuhrleitung für den anzusaugenden Stoff parallel laufen und beide wander Oberseite angebracht sind. Fig. 3 a stellt einen Querschnitt nach A-A in Fig. 3b dar; Fig. 3b ist ein Schnitt nach B-B in Fig. 3 a.
Die Wirbelkammer 11 wird durch die zylindrische Wand 12 und die Abschlußwände 14 und 15 gebildet.
In der zylindrischen Wand sind einige sich keilförmig verengende, tangential gerichtete Spalte 13 für die Zufuhr der Flüssigkeit vorgesehen. Um diese Wirbelkammer befindet sich eine Kammer 16, an welche die Zuleitung 17 anschließt. Die Wirbelkammer ist mit einem Mundstück22, in dem sich zentral angeordnet eine runde Öffnung 23 zum Ablassen der Flüssigkeit befindet, versehen.
Wenn man durch die Zuleitung 17 irgendeine Flüssigkeit hineinpreßt, strömt diese über die Kammer 16 und die Spalte 13 der Wirbelkammer zu, in der eine Zyklonströmung entsteht. Die Flüssigkeit verläßt die Wirbelkammer durch die Auslaßöffnung 23.
In der Wand 15 ist die Zufuhrleitung 19 angebracht, welche in der Führung 18 mit der Packung 21 und dem Packungsring 20 auf und nieder bewegt werden kann. Zur Regelung der Zufuhr des anzusaugenden Stoffes kann man in die Zufuhrleitung ein Drosselventil 24 anbringen.
Fig. 4a und 4b stellen eine Vorrichtung dar, die sich insbesondere zum Ansaugen dispergierter fester oder stark viskoser flüssiger Stoffe eignet. Fig. 4 a zeigt einen Schnitt A-A in Fig. 4b, Fig. 4b ist ein Schnitt nach B-B in Fig. 4a.
In die Wirbelhammer 7b münden zwei Tangentialzuleitungen 1 b ein, die rechteckig ausgeführt sind, so daß die Öffnungen 2 b im zylindrischen Teil der Wirbelkammer auch rechteckig sind. Die Auslaßöffnung 3 b befindet sich in dem Mundstück 9 b, das in der Wand axial an dem Ende angebracht ist, an dem die Flüssigkeitszufuhr erfolgt. Folglich entsteht in der Wirbelkammer beim Hineinpressen der Flüssigkeit durch die Leitungen lb eine doppelte Zyklonströmung und somit die Möglichkeit, den noch nicht genügend dispergierten Stoff rezirkulieren zu lassen. In der Zufuhrleitung 8 b, welche der Auslaßöffnung 3b gegenüber angebracht ist, befindet sich eine Förderschnecke25, die aus dem Trichter 26 beschickt wird. Die Zufuhrleitung ist mittels der Überwurfmutter 27 am Gehäuse 5 b der Wirbelkammer 7 b befestigt.
Die Vorrichtung nach Fig. 4a und 4b eignet sich insbesondere für die Einwirkung zweier Flüssigkeiten aufeinander in Anwesenheit eines dritten Stoffes, z. B. eines Katalysators. Die beiden flüssigen Reaktionskomponenten können dann getrennt durch je eine der beiden Zuleitungen lb zugeführt werden, während der Katalysator durch die Zufuhrleitung 8 b angesaugt wird, wobei die Förderschnecke 25 den Transport bis zur Wirbelkammer besorgt.
PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zum Dispergieren bzw. Lösen eines gasförmigen, flüssigen oder körnigen Stoffes oder eines Gemisches von Stoffen in einer Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit durch eine oder mehrere Tangentialzuleitungen in eine geschlossene Wirbelkammer, die mit einer zentral angeordneten runden Auslaßöffnung versehen ist, hineingepreßt wird, während der zu dispergierende bzw. zu lösende Stoff durch eine zentrale, der Auslaßöffnung gegenüberliegende Zufuhrleitung zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in die Wirbelkammer unter einem solchen Druck zugeführt wird, daß die Zufuhr des zu dispergierenden bzw. zu lösenden Stoffes ausschließlich unter der Wirkung des im Zentrum der Zyklonströmung herrschenden Unterdrucks erfolgt.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrdruck der Flüssigkeit so groß ist, daß im Zentrum der Zyklonströmung ein Hohlkern entsteht, und daß der innere Durchmesser der Zufuhrleitung für den zu dispergierenden bzw. zu lösenden Stoff kleiner ist als der Durchmesser des Hohlkerns.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Unterdrucks im Zentrum der Zyklonströmung durch Drosselung der Zufuhr des zu dispergierenden bzw. zu lösenden Stoffes eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung der Wirbelkammer unter der Oberfläche einer Flüssigkeit mündet.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 645 546; österreichische Patentschrift Nr. 140 550.