DE2017777A1

DE2017777A1 - Verfahren zum Ausbilden von Emulsionen, insbesondere Emulsionen aus Kohlenwasserstoffen und Wasser, sowie eine Emulsionsvor richtung zum Durchfuhren des Verfahrens

Info

Publication number: DE2017777A1
Application number: DE19702017777
Authority: DE
Inventors: Robert Edmond Paris Guerm
Original assignee: Elf Distribution S.A., Paris
Priority date: 1969-04-09
Filing date: 1970-04-09
Publication date: 1971-01-28
Also published as: BE748654A; GB1296129A; FR2039562A5

Description

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den 9. AM. 1970

HsrbertstrUe 22

Affaire 9 E

Societe Anonyme dite: ELF DISTRIBUTION, 12 rue Jean Nicot,

Paris 7°, Prankreich

Verfahren zum Ausbilden von Emulsionen, insbesondere Emulsionen aus Kohlenwasserstoffen und Wasser, sowie eine Emulsionsvorich-

tung zum Durchführen des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilde.n von Emulsionen, insbesondere Emulsionen aus Kohlenwasserstoffen und Wasser, sowie eine Emulsionsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Nach dem Stand der Technik sind Emulsionsvorrichtungen bekannt, bei denen Emulgatoren, wie z.B. Pflanzenöle oder Natriumsilikat angewandt werden. Abgesehen von derenKosten führen derartige Mittel zu einer Veränderung der bei der Verbrennung des emulgierten Gemisches auftretenden Wirkungen. Es sind weiterhin mit Ultraschall, Vibrationen oder Schwingungen oder bei geringen Durchsätzen mit akustischer Resonanz oder mit aufeinanderfolgenden Rückführungen arbeitende Pumpen als Emulgiervorrichtungen bekannt, jedoch ist es erforderlich, die die Emulsion stabilisierenden Zusatzmittel anzuwenden, da ansonsten ein Brechen der Emulsionen in wenigen Minuten erfolgt.

Erfindungsgemäß gelingt es nun, diese mit dem geschilderten Stand der Technik verbundenen Nachteile auszuräumen, wobei es somit nicht erforderlich ist, weder einen Emulgator noch ein stabilisierendes Zusatzmittel anzuwenden. Im wesentlichen werden erfindungsgemäß ausschließlich hydraulische Mittel für das Ausbilden einer Emulsion angewandt, deren Bestandteile in kolloidaler Größe vorliegen, wobei die erreichte Stabilität der festen oder gasförmigen in Suspension oder in Lösung vorliegenden Bestandteile sich auf mehrere Wochen beläuft. »

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Kurz umrissen, werden erfindungsgemäß an mehreren Stellen Umwälzungen des zu behandelnden Gemisches durchgeführt, wobei das Gemisch gleichzeitig den Einwirkungen von Vibrationen mit Resonanz und lokalisierten Druckminderungen unterworfen wird, die bis zu einer Kavitation gehen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wirdim folgenden näher beschrieben, Es Zeigen:

Fig. 1 schematisch die Bauart der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 einen axialen Schnitt durch die Anordnung einer erfindungsgemäßen Emulgiervorrichtung;

Fig. 3-7 querseitige Schnitte längs der Linien III-III bis VII-VII nach der Fig. 2 ;

Unter Bezugnahme auf die Figur 1 tritt das zu emugierende Gemisch, siehe Pfeil 1, längs der Achse XX der Anordnung vermittels eines zylinderförmigen Kanals 1 in die Anordnung ein, der sich in einem Eintrittsteil 2 befindet. Das Gemisch wird vermittels einer Krümmung 3 eines mittleren Bauteils 4 abgelenkt und erfährt, siehe die Pfeile F2 in einem radialen ringförmigen Kanal 5, der sich zwischen den Bauteilen 2 und 4 befindet, ein Umwälzen. Das Gemisch prallt sodann an einer Linie 6 auf eine zyiinderförmige Wand 7 auf, die sich an einem Querteil 8 befindet. Es werden hierbei zwei entgegengesetzt gerichtete Schockwellen ausgebildet, von denen die eine in Richtung auf das tote Ende 11 und die andere in Richtung auf das tote Ende 12 verläuft, wo dieselben reflektiert werden, siehe Pfeile F3, und es tritt eine Resonanz mit dem ursprünglichen Wellen ein, wobei eine verringerte Geschwindigkeit aufgrund der Tatsache vorliegt, daß diese Erscheinung in dem Abschnitt der Kammer 13 zwischen den drei Teilen 2,8 und 4 eintritt. Die Flüssigkeit, siehe Pfeile F4 erfährt sodann ein erneutes Umwälzen in einem ringförmigen radialen Kanal 14, der sich zwischen dem Querteilen 8 und dem mittleren Teil 4 befindet. Die Schwingung wird vermittels eines toten Endes 15 gegenüberliegend zu dem toten Ende 12 aufrechterhalten, und sodann in der zylinderförmigen Ringkammer 16 vermittels einer oder mehrerer Auskehlungen 17, z.B. drei derartige hier gezeigte Auskehlungen, wodurch sich Veränderungen in

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der Flüssigkeitsgeschwindigkeit ergeben, und zwar eine Verlangsamung rechts von jeder Auskehlung und Beschleunigung zwischen zwei derartigen Auskehlungen, wodurch die ausgebildeten Schockwellen aufrechterhalten werden, gehalten/Die Emulsion tritt parallel zu der Achse XX der Anordnung, siehe Pfeile F5 vermittels einer Mehrzahl zylinderförmiger Löcher 18 aus, die in dem mittleren Bauteil 4 angeordnet sind.

Man sieht, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren einer Kombination physikalischer Mittel bedient, die bisher noch nicht herangezogen worden sind, und es wird hierdurch möglich, ein Gemisch aus zwei oder mehreren anderen Flüssigkeiten zu behandeln, die gegebenenfalls fest oder gasförmige Bestandteile enthalten unter Ausbilden vermittels eines einzigen Durchtrittes ä durch eine entsprechende Vorrichtung und somit Anwenden relativ geringer Behandlungsenergie einer Emulsion, z.B. aus Kohlenwasserstoffen (industriellem Brennstoff, der ein leichter und schwerer Brennstoff sein kann) und Wasser. Hierdurch wird es möglich, einen oder mehrere Brenner zu speisen, die von einer gemeinsamen Leitung in großer Entfernung hierzu abgezweigt sind, ohne daß sich ein Abbrennen der Bestandteile ergibt und ohne daß zusätzliche Energie erforderlich ist, z.B. für das gute Arbeiten von mechanischen Zerstäubungsbrennern, herkömmlicher Bauart, für das Ausbilden und Verbrennen von Emulsionen aus Brennstoff und Wasser. .

Die die erfindungsgemäße Emulsion ausbildende Vorrichtung kann ^ in dem Hochdruckspeisekreis von mechanischen Zerstäubungs-Εάη-spritzdüsen eingebaut werdenö, und dieselbe beansprucht nur sehr wenig Raum und weist somit nur ein geringes Gewicht und geringe Herstellungskosten auf.

Die Vorrichtung läßt sich leicht in großer Serie durch Spritzguß entsprechender Legierungen herstellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Anwenden eines Verfahrens sum Ausbilden einer Emulsion vermittels Verdichten und Entspannen des Gemisches, das nacheinander den Einwirkungen der Geschwindigkeitsveränderung unterworfen wird, sowie der Einwirkung eines Umwälsens und der lokalisierten Druckminderung

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BAD ORIGINAL^

die bis zu einer unter hohem Druck erfolgenden Kavitation führen kann, wobei im Inneren des zu behandelnden Gemisches, das alsübertragendes Strömungsmittel für die Energie wirkt, starke und in Resonanz stehende Schwingungen aufrechterhalten werden, die die Teilchen der Bestandteile fein verteilen aufgrund einer einheitlichen Aufteilung, wobei die Abmessungen der Teilchen sich auf kleiner als 1 Mikron oder Bruchteil eines Mikrons aufgrund lediglich dieser Behandlung belaufen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 weist diese Ausführungsform zwei Sätze der bereits beschriebenen Bauelemente auf, wobei der erste Satz die gleichen Bezugszeichen und der zweite Satz über der Zahl 50 liegende Bezugszeichen aufweist. Im einzelnen wird hierzu ausgeführt, daß bezüglich der Bauelemente ein Eintrittsteil 2 angeschlossen an die unter Hochdruck stehende Leitung, aufweist» die das zu behandelnde Gemisch enthält. Dieses Teil ist abgedichtet auf einen Hohlkörper 21 aufgeschraubt, wobei die Fläche 22 des Eintrittsteils 2 als Anschlag an der entsprechenden Fläche des Bauteils 8 dient, das seinerseits als Verbindungsteil für das mittlere Bauteil 4 dient, siehe die Fläche 23· Ein zweites Verbindungsfeiil 58 liegt mit seiner Oberfläche 24 an den ersten mittleren Bauteil 4 und legt aufgrund einer Abstützung an dessen Oberfläche 73 ein zweites mittleres Bauteil 54 in seiner Lage fest. Ein drittes Verbindungsteil 25 stützt sich auf dem zweiten mittleren Bauteil 54, siehe die Fläche 74, ab und führt zu einer Verriegelung der Anordnung aufgrund der Abstützung an der Fläche 26 der Verriegelungsschraube 27» wodurch die Anordnung festgelegt wird und die Dichtigkeit und der Anschluß bedingt werden.

Die Formen und Abmessungen der Kanäle, durch die das zu behandelnde flüssige Gemisch zwischen den Verbindungsteilen und den mittleren Teilen 8 und 4 und 58 und 54 läuft, sind symmetrisch bis zu der Auslaßstelle des Gemisches vermittels des Teils 25 dergestalt angeordnet, daß sich gleichzeitig die. hydraulischen ERscheinungen des Zusammendrückens und Entspannens ergeben, um so in den freien Räumen zwischen den Teilen 4, 54 und 58 die in Resonanz stehenden Schwingungen aufrecht zu erhalten.

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Es gibt in der erfindungsgemäßen Vorrichtung keinerlei vibrierendes Bauteil, keinerlei scharfe Kante oder Spitze, die das Ausbilden der Vibrationen ermöglicht, wie es ansonsten der Fall in den anderen Emulgiervorrichtungen ist.

Das zu behandelnde Gemisch kommt unter Druck an der öffnung des Kanals 1 des Eintrittsteil 2 an. Es erfolgt sodann eine symmetrische Aufteilung, um das vorspringende gekürmmte Bauteil 3 vermittels des Bauteils 4 und Eintritt in den Kanal 5» der durch die Bauteile 2, 4 und 8 begrenzt ist. Die Flüssigkeiten treffen sodann auf die innere .Fläche des Verbindungsteils 8 in Form einer Welle auf, die sich von. links nach rechts fortpflanzt. Die in deiji mittlerem Bauteil 4 vorgesehe'ne Ausnehmung 12 wirkt | als Prellbock und bedingt die Ausbildung von Wirbeln, bevor ein Einführen des Gemisches in den Kanal 14 erfolgt, wo ein Umwälzen resultiert. Im Anschluß hieran schlägt das Gemisch erneut auf die senkrechte Fläche des Kanals auf, die in dem Verbindungsteil 8 vorgesehen ist, das die symmetrisch zu der Ausnehmung 12 vorgesehene Ausnehmung 15 aufweist und in der geichen Weise wirkt. Hierdurch wird in dem Kanal 165 in der Flüssigkeit eine schwingung aufrechterhalten. Das mittlere Bauteil 4, das den längsseitigen Kanal 16 zwischen den Teilen 8 und 4 begrenzt, weist drei Ausnehmungen 17 auf, die dazu dienen Geschwindigkeitsveränderungen zu bewirken, und zwar einmal ein Abbremsen und sodann ein Beschleunigen des Gemisches an diesen Ausnehmungen, wodurch die bei jeder Richtungsänderung bewirkten Schockwellen aufrecht- ™ erhalten werden.

Das mittlere Teil 4 weist eine bestimmte Anzahl an öffnungen auf, durch die das Gemisch hindurchtritt und auf die Fläche 28 des Verbindungsteils 58 aufschlägt. Die Flüssigkeit wird auf dieser Fläche fein verteil tund zerstäubt, wobei ein Teil zurück in Richtung auf die öffnung 18 fließt und es ergibt sich eine Geschwindigkeitsänderung bei dem übertritt in den größeren Baum 30, der durch eine Ausnehmung 29 in abgeflachter 3©rm an der Auslaßseite begrenzt wird, wodurch sich eine örtliche Druckverminderung ergibt, die soweit gehen kann, daß es bis zu der Erscheinung der Kavitation führt. Sodann erfolgt ein Umwälzen in dem Kanal 31 und erneut in dem freien Raum 32, der durch die

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Teile 4, 54 und 58 begrenzt ist, eine Druckminderung und Kavitation.

Die Frequenz der Schläge und der Druckminderungen sowie Kavitationen, wie sie durch die verschiedenen Kanäle und Geschwindigkeit sVeränderungen bedingt werden, sind eine Funktion der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit und folglich somit des Drucks als Funktion der Viskosität und der gewünschten Ausströmmenge.

Die oben angegebenen ERscheinungen wiederholen sich in den entsprechenden Bauelementen der nachfolgenden Anordnung zwischen dem mittleren Bauteil 54 und dem Verbindungsteil 58 und hierbei ergeben sich identische ERscheinungen dergestalt, daß in der Zone 32 zwischen den Bauteilen 54 und 58 die Resonanzeffekte aufrechterhalten werden. In bestimmten Fällen ist es möglich, die Anzahl der Einzelstufen zu erhöhen, indem mehrere mittlere Bauteile 4 mit den Verbindungsteile 8 vorgesehen werden. Hierdurch ergibt eine Potenzierung der Effekte und eine Zerkleinerung bzw. Aufteilung bis herunter zu molekularen Größen, z.B. kann man Suspensionen in Form von ultrafeinen Kolloidalen erhalten. Das Bauteil 25 dient dazu, eine längere Verweilzeit des Gemisches in einer Zone zu bewirken, wo dasselbe den Resonanzeinwirkungen unterworfen wird, die zwischen den zu emulgierenden Teilchen auftreten, um so besser die in der Zone 32 erzielten Wirkungen aufrechtzuerhalten. Das Bauteil 2? stellt eine Verschlußkappe dar, die eine Ausflußöffnung in Form eines konvergierend-divergierend ausgeführten Teils 34 aufweisen kann und am vorderen Teil eine abgerundete Form 35 besitzt, die vorgesehen ist, um die Wellen zu reflektierenden, so daß dieselben wieder in Richtung auf die Mitte zurückgesandt werden und nicht aus der Vorrichtung austreten und verloren gehen.

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Claims

Patentanwälte

Dipt-ing. Walter Meissner ._ oipwng. Herbert Tischer

1 BERLIN 33, HerbertetraOe 22 ^ MÜNCHEN

Fernsprecher: β 87 72 37 - Orahtwort: Invention BerHn ' L^ β ADD

Postscheckkonto: W. M a le an er. Berlin West 12288 f-Ä «ΓΠ.

Bankkonto: W. Meleaner, Berliner Bank A.-O,0*pka 36, BeHln-Heleneee.KorfOratenoainm 190 Konto Nr. 96716 1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den

____.,.... Herbertatrase 22

Elf Distribution

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' / Patentansprüche

/l. Verfahren zum Herstellen einer Emulsion, insbesondere IJ^ifiulsionen aus Kohlenwasserstoffen und Wasser, dadurch gekennzeichnet,daß wenigstens eine Behandlungsfolge ausgeführt wird, bei der nacheinander ein Umwälzen des zu behandelnden Gemisches in einem radialen ringförmigen Kanal (5) erfolgt, der in Form einer Zentrifuge durchlaufen wird, ein Aufschlagen des Gemishes gegen die Umfangswand (6) einer zylinderförmigen Ringkammer .g (13) erfolgt, in die der Kanal (5) mündet, und ein Aufteilen des Gemisches in dieser Kammer (13) erfolgt, die durch zwei tote Enden (11 bzw. 12) begrenzt wird, ein erneutes Umwälzen in &inem zweiten radialen ringförmigen Kanal (I¹O erfolgt, durch das das Gemisch in Form einer Zentrifuge hindurchläuft, in die die Kammer (13) mündet, ein erneutes Aufschlagen des Gemisches gegen die Umfangswand (8) einer zweiten zylinderförmigen ringförmigen Kammer (l6) erfolgt, in die der Kanal (I¹J) einmündet, und ein erneutes Aufteilen des Gemisches in dieser Kammer (16) erfolt, die an einem Ende durch ein totes Ende (15) begrenzt wird, das Aufteilen durch wenigstens eine ringförmige Ausnehmung (1?( bewirkt wird, die sich an der inneren zylinderförmigen Oberfläche derselben befindet, und ein erneutes Umwälzen in i einer Mehrzahl an Auslaßkanälen (18) erfolgt, die zylinderförmig ausgeführt sind und sich in anera zylinderöfmrigen Kranz befinden, wobei das Gemisch in axialer Richtung hindurchtritt und in die Kammer (16) mündet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsfolge unter anderem auch einschließt, daß an dem Auslaß der Kanäle (18) ein erneutes Aufschlagen des Gemisches gegen die ebene Wand (28) eines dritten ringförmigen Kanals (30) erfolgt, durch die das Gemisch zentripedal hindurchtritt und in Verbindung steht mit den Kanälen (18) und ein erneutes Aufteilen des Gemisches in diesem Kanal (30) erfolgt, wobei die

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Aufteilung durch eine ringförmige Ausnehmung (29) bedingt wird, die sich an dieser ebenen Wand (28) befindet, sowie ein erneutes Umwälzen des Gemisches in dem mittleren Teil (31) dieses Kanals (30) erfolgt, aus dessen Mitte (32) das Gemisch aistritt.
3. Emulgiervorrichtung zum Durchführen des Verfharens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe in einem hohlen Zylinderkörper (21) für jede Behandlungsfolge ein Eintrittsteil (2) mit einer axialen öffnung (1), ein mittleres Bauteil (¹I), das an der Eintrittsseite durch eine gekrümmte Fläche (3) begrenzt ist und zwischen demselben und dem Eintrittsteil (2) den ersten ringförmigen Kanal (5) freiläßt, aufweist, wobei an der Außenwand Ausnehmungen (17) in der zweiten Kammer (16) und Auslaßöffnung (18) und ein Verbindungsteil (8) vorgesehen sind, das sich zwischen dem Eintrittsteil (2) und dem mittleren Bauteil (¹I) befindet, wobei zwischen denselben die ringförmige Kammer (13) ausgebildet ist, sowie zwischen denselben und dem mittleren Bauteil (¹I) der zweite radiale ringförmige Kanal (I¹I) und die zweite ringförmige Kammer (16) vorliegen.
k. Emulgiervorrichtung nach Anspruch 3 bezüglich des Anwendens im Zusammenhang mit dem Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mittleren Bauteil (¹O und dem Verbindungsteil (58) ein radialer ringförmiger Kanal (30) und ein mittlerer Raum (32) vorliegt, wobei die Ausnehmung (29) des zentripedal verlaufenden Kanals in der Fläche vor der Ebene des nachfolgenden Verbindungsteile (58) angeordnet ist.
5. Emulgiervorrichtung nach Ansprüchen 3 oder ¹I, daudurch ge- ' kennzeichnet, daß nach der letzten Behandlungsfolge die Flüssigkeit nach dem letzten mittleren Bauteil durch ein Verschlußteil (27) hindurchtritt, das den hohlen Körper (21) verschließt und einen verbreiterten Kanal (35) aufweist, der die Vibrationen reflektiert und sich hieran ein konvergierend-divergierendes Teil (3¹«) anschließt.

Die Patentanwalt*

DipL-Ing. HJjseifer

A6 Nr. 60/70 (§46 Pat.

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