DE1557212C3

DE1557212C3 - Verfahren zum Mischen einer Hauptflüssigkeit mit wenigstens einer gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Zusatzkomponente oder Gemischen aus solchen Komponenten

Info

Publication number: DE1557212C3
Application number: DE1557212A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.-Ing. 8026 Ebenhausen Schoppe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-05-26
Filing date: 1967-05-26
Publication date: 1974-01-17
Also published as: DE1557212A1; DE1557212B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen einer Hauptflüssigkeit mit wenigstens einer gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Zusatzkomponente oder mit Gemischen aus solchen Komponenten, bei dem die Flüssigkeit in einen kegelförmigen Hohlraum im Bereich seines kleinsten Durchmessers mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit eingebracht wird, daß der statische Druck der Strömung unter den Dampfdruck der Flüssigkeit sinkt, wobei die Strömung anschließend verzögert und die Mischung abgeführt wird.

Die Ausnutzung von Kavitationserscheinungen zum Mischen schwer mischbarer Stoffe ist bekannt. Mit ihr lassen sich insbesondere hochstabile Emulsionen bilden, wie sie sonst nur unter Zusatz von Stabilisatoren erreicht werden können, ferner Flüssigkeiten begasen und Feststoffteilchen bzw. -klumpen zerschlagen. So werden bei einem bekannten Verfahren (deutsche Patentschrift 862 600) die zu mischenden Komponenten zunächst vorgemischt oder in sontiger Weise gemeinsam einer Düse zugeführt, an welche sich eine als Diffusor wirkende Erweiterung anschließt. Nach diesem Verfahren können zwar eine stabile Mischung erzielt und Feststoffteilchen durch die Kavitationskräfte zerschlagen werden, jedoch kann ein weitgehend konstantes Mischungsverhältnis der Komponenten nicht gewährleistet werden. Ferner wird zur Durchführung des Verfahrens eine verhältnismäßig große Vorrichtung benötigt.

Es ist auch bekannt (deutsche Patentschrift 969 340), zum Bilden einer Emulsion eine der Komponenten derart aus einer sogenannten Ultraschallpfeife austreten zu lassen, daß sich dahinter in einem örtlich umgrenzten Raum eine Kavitationszone ausbildet und in diese Kavitationszone die zweite Flüssigkeit im gewünschten Verhältnis einzuspritzen. Auf diese Weise läßt sich jedoch keine hochwertige Emulsion herstellen und insbesondere kein konstantes Mischungsverhältnis einhalten. In Abwandlung hiervon ist bei einer Vorrichtung zum Vernebeln von Flüssigkeiten in Luft (deutsche Auslegeschrift 1 234 687) bekannt, die Umsetzung von Druck in Strömungsgeschwindigkeit in zwei Stufen zu vollziehen, wobei bereits in die erste Stufe ein Zerstäubungsnebel eingeleitet wird und in der zweiten ein Schallerzeuger wirksam ist. Wegen der beim Auftreten von Kavitation frei werdenden hohen mechanischen Energien hält diese Vorrichtung der Abnutzung nicht lange stand. Große Durchsatzleistungen lassen sich nicht erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das große Durchsatzleistungen und eine größtmögliehe Konstanz des Mischungsverhältnisses gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Hauptflüssigkeit in den Hohlraum tangential mit einer solchen Umfangsgeschwindigkeit eingeführt wird, daß sich der Unterdruck im Zentrum des Eintrittsquerschnitts ausbildet und daß koaxial von der anderen Stirnseite des Hohlraums her die Zusatzkomponente bzw. -komponenten in die Unterdruckzone der sich drehenden Strömung eingebracht wird, in der die Hauptflüssigkeit ganz oder teilweise dampfförmig vorliegt.

Beim Verzögern der Strömung, das mit einem gleichzeitigen Anstieg des statischen Drucks verbunden ist, kondensieren die Dämpfe schlagartig in unregelmäßiger Folge, wobei das Dampfvolumen zusammenbricht und die bekannte Kavitation eintritt. Durch die dabei kurzzeitig auftretenden außerordentlich großen lokalen Kräfte werden die Teilchen der Zusatzkomponente hart und fein zerschlagen und verteilt. Vorteilhafterweise weist bei der Herstellung von Emulsionen die Hauptflüssigkeit den höheren Dampfdruck auf, d. h., daß das Wasser die Hauptflüssigkeit und das öl die Zusatzkomponente bildet. In der Unterdruckzone, in der das Wasser ganz oder teilweise dampfförmig vorliegt, wird auch das öl zu einem Teil verdampfen, was eine besonders gute Mischung der Komponenten im molekularen Bereich ergibt. Die verbleibenden öltropfen werden anschließend durch die Kavitationskräfte fein zerstäubt und verteilt.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den vorbekannten u. a. in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Zusatzkomponente selbsttätig in die Unterdruckzone angesaugt wird. Ein Eindosieren kann deshalb mit außerordentlich großer Genauigkeit erfolgen. Ferner erfolgt beim Ansaugen der Zusatzkomponente eine selbsttätige Zentrierung, d. h. eine Zuführung von dieser entlang der Achse des kegelförmigen Hohlraums, wodurch eine Ungleichmäßigkeit in der Verteilung durch Streifenbildung ausgeschlossen wird. Die Zusatzkomponente gelangt dabei in der zentralen Rückströmung bis in das Zentrum des Eintrittsquerschnitts und wird hier von der zuströmenden Hauptflüssigkeit erfaßt und mit dieser abgeführt. Zwischen der sich drehenden und im Randbereich des Hohlraums fortbewegenden Strömung und der zentralen Rückströmung bildet sich eine lange Wirbelzone aus, in welcher es zu einer außerordentlich intensiven Mischung kommt.

Ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungs-· beispiel einer Vorrichtung, mittels welcher sich das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil durchführen läßt, ist nachfolgend näher erläutert.

Die Hauptfliissigkeit A wird einer sich konisch erweiternden Kammer 20 über ein Rohr 21 tangential an der Stirnseite mit dem geringeren Durchmesser mit entsprechendem Druck und hoher Geschwindigkeit zugeleitet. Infolge der Rotation der Flüssigkeit stellt sich im Zentrum des Eintrittsquerschnitts bzw. in der Eintrittskammer 22 ein starker Unterdruck ein, der eine entsprechende Rückströmung vom Kammerende 23 her entlang der Kammerachse 24 bis zurück in die Eintrittskammer 22 zur Folge hat. Durch ein zur konischen Kammer 20 koaxiales Rohr 25 mit einem Düsenmundstück 26 wird die Zusatzkomponente B in die Rückströmung eingeleitet, von dieser angesaugt und erfaßt und zumindest teilweise bis in den Bereich des niedrigsten Drucks im Zentrum des Eintrittsquerschnitts transportiert. Durch den einfachen Aufbau der Kammer 20 ist die Gefahr einer Beschädigung durch die hohen Kavitationskräfte gegenüber den bekannten Vorrichtungen erheblich vermindert. Ferner erlaubt eine Kammer 20 verhältnismäßig geringer Abmessungen einen überraschend hohen Durchsatz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Mischen einer Hauptflüssigkeit mit wenigstens einer gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Zusatzkomponente oder mit Gemischen aus solchen Komponenten, bei dem die Flüssigkeit in einen kegelförmigen Hohlraum im Bereich seines kleinsten Durchmessers mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit eingebracht wird, daß der statische Druck der Strömung unter den Dampfdruck der Flüssigkeit sinkt, wobei die Strömung anschließend verzögert und die Mischung abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptflüssigkeit in den Hohlraum tangential mit einer solchen Umfangsgeschwindigkeit eingeführt wird, daß sich der Unterdruck im Zentrum des Eintrittsquerschnitts ausbildet und daß koaxial von der anderen Stirnseite des Hohlraums her die Zusatzkomponente bzw. -komponenten in die Unterdruckzone der sich drehenden Strömung eingebracht wird, in der die Hauptflüssigkeit ganz oder teilweise dampfförmig vorliegt.