DE2220632A1

DE2220632A1 - Emulsifying method - using fluid flowing rapidly through a cavitation zone

Info

Publication number: DE2220632A1
Application number: DE19722220632
Authority: DE
Inventors: Hartmut Erdmann; Ernst-Guenther Dipl-Phy Lierke; Helmut Sudhof
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1972-04-27
Filing date: 1972-04-27
Publication date: 1973-11-08

Abstract

The edges of the cavitation area can be profiled to strengthen the effects. The method can be used e.g. for emulsifying ships' water oil, industrial waste water, or other material that is to be broken down (bio)chemically.

Description

Verfahren zur Emulgierung von Flüssigkeiten ============================================ Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Emulgierung von Flüssigkeiten durch Kavitation. Procedure for emulsifying liquids ============================================= The invention relates to a process for the continuous emulsification of Liquids caused by cavitation.

Es ist bereits bekannt, daß nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten, z.B. Wasser und Öle, durch Schwingungskavitation in intensiven Ultraschall-Feldern, wie sie beispiels weise durch Flüssigkeitspfeifen erzeugt werden können, intensiv und über längere Zeigt stabil emulgiert werden können Diese Schwingungskavitation, d.h. die Bildung größerer pder kleinerer heftig implodierender Hohlräume (Blasen) in der Flüssigkeit infolge periodischer Druckschwankungen, wird z.B. im Bereich einer in Resonanz schwingenden Schneidet die von einer Düse mit einer Flüssigkeit angeblasen wird, erzeugt. Innerhalb dieser Schwingungskavitationezone wird die in eine andere Flüssigkeit hinein zu emulgierende Flüssigkeit intensiv zu kleinsten Tropfen dispergiert, so daß die im kontinuierlichen Durchfluß eingeleiteten Flüssigkeiten die Anlage als Emulsion verlassen.It is already known that immiscible liquids, e.g. water and oils, through oscillation cavitation in intensive ultrasonic fields, like you for example wisely created by whistling liquid can be emulsified intensely and over long periods of time. This oscillation cavitation, i.e. the formation of larger or smaller, violently imploding cavities (bubbles) in the liquid as a result of periodic pressure fluctuations, e.g. in the area one oscillating in resonance cuts the one from a nozzle with a liquid is blown, generated. Within this vibration cavitation zone, the in Intensive liquid to be emulsified into another liquid Drops dispersed, so that the liquids introduced in continuous flow leave the system as an emulsion.

Handelsübliche Anlagen arbeiten z.B. bei einem Leistungsbedarf von 7,5 PS mit einem Flüssigkeitsdur.chsatz (beide Komponente) von 66 L/min, können aber bei höherer Leistung auch bis zu Durchsätzen von 1000 L/min. gebaut werden.Commercially available systems work, for example, with a power requirement of 7.5 HP with a fluid flow rate (both components) of 66 L / min but with higher performance also up to throughputs of 1000 L / min. be built.

Ein Nachteil dieser Anlagen ist neben einem relativ hohen Preis und einem im Vergleich zum Leistungsaufwand geringem Flüssigkeitsdurchsatz die Notwendigkeit relativ hoher Pumpdrücke (6 - 10 atü), die zur Beschleunigung der Flüssigkeit in der Düsenöffnung erforderlich sind. Die optimale Emulgierung hängt je nach Art der zu emulgierenden Flüssigkeiten von der Düsenöffnung, dem Abstand zwischen Düse und schwingender Schneide und dem hydrostatischen Druck im Kavitationsraum ab und muß jeweils durch Variation dieser 3 Parameter neixteingestellt werden.A disadvantage of these systems is in addition to a relatively high price and the necessity of a liquid throughput that is low compared to the power expenditure relatively high pumping pressures (6 - 10 atü), which accelerate the liquid in the nozzle opening are required. The optimal emulsification depends on the type of liquids to be emulsified from the nozzle opening, the distance between nozzle and vibrating Cutting edge and the hydrostatic pressure in the cavitation space and must be adjusted by varying these 3 parameters.

Bei einem anderen bekannten Emu igator ("static mixer der Firma Kenics Corp., Danvers, Massachusetts, USA) wird die Emulgierung zweier oder mehrerer nicht miteinander mischbarer Flüssigkeiten durch Flußteilung, Flußumkehrung und Gegenstrommischung an einer Vielzahl aufeinanderfolgender sogenannter Helixprofile (Kehrwendel) in einem durchströmten Rohr erreicht. Die hierbei erforderlichen Pumpdrücke sind relativ gering, doch läßt sich eine Feinstdispergierung bei einmaligem Durchfluß nur mit relativ langen Rohrabmessungen, d.h. mit vielen Helixsekment-en erzielen.In another known Emu igator ("static mixer from Kenics Corp., Danvers, Massachusetts, USA) will not emulsify two or more Miscible liquids through flow division, flow reversal and countercurrent mixing on a large number of successive so-called helix profiles (spiral) in a pipe with a flow through it. The pumping pressures required here are relative low, but very fine dispersion can only be achieved with a single flow achieve relatively long pipe dimensions, i.e. with many helix segments.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einem im Herstellungsaufwand und in den Betriebskosten vergleichsweise einfachen bzw. billigen Emulgator durchführbares Verfahren zu schaffen, das insbesondere auch für die Feinstdispergierung großer Mengen minderwertiger Flüssigkeiten, wie Abwässer, Altöl usw., als Vorbereitung fur den biologischen oder chemischen Abbau geeignet ist.The invention is therefore based on the object of a with a manufacturing effort and a comparatively simple or cheap emulsifier that can be carried out in terms of operating costs To create a process that is particularly suitable for fine dispersion Quantities of poor quality liquids, such as sewage, waste oil, etc., in preparation is suitable for biological or chemical degradation.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch ein Kavitations- Emulgier-Verfahren gelöst werden kann, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu emulgierenden Flüssigkeiten kontinuierlich durch eine Zone mit heftiger Strömungskavitation geleitet werden.It has been shown that this task is carried out by a cavitation Emulsification process can be solved, which is characterized in that the liquids to be emulsified be continuously passed through a zone with violent flow cavitation.

Eine vorteilhafte Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Strömungskavitation an einem mit großer Geschwindigkeit angeströmten Kavitationsprofil hervorgerufen wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention consists in the fact that the flow cavitation streamed against one with great speed Cavitation profile is caused.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Emulgator, der die Strömungskavitation an einem entsprechend ausgebildeten, von der Rohrströmung angeströmten stark kavitierenden Profil ausnutzt. Bei dem durch starke Beschleunigung einer Flüssigkeit in einer Rohrvereinigtrg oder an einem angeströmten Profil hervorgerufenen statischen Druckabfall wird die Zerreißfestigkeit der Flüssigkeit kurzzeitig überschritten, so daß es zur Bildung von Kavitationsblasen kommt, die beim Verlassen der Unterdruckzone heftig imprlodieren und die gleiche Wirkung wie bei der obenbeschriebenen Schwingungskavitation zeigen.The present invention therefore relates to an emulsifier which the flow cavitation on a correspondingly formed, from the pipe flow takes advantage of the strongly cavitating profile. With that by strong acceleration caused by a liquid in a pipe union or on a profile exposed to the flow static pressure drop, the tensile strength of the liquid is briefly exceeded, so that it comes to the formation of cavitation bubbles when leaving the negative pressure zone violently imprlode and the same effect as with the vibrational cavitation described above demonstrate.

Wird diese Strömungskavitation also beispielsweise durch eine Wasserströmung erzeugt und die zu emulgierende Komponente, z.B. Öl, an geeigneter Stelle in die Kavitaitonszone eingeleitet, so erfolgt eine heftige Emulgierung mit Tröpfchendurchmessern im unteren µm-Bereich.If this flow cavitation is caused by a water flow, for example and the component to be emulsified, e.g. oil, in a suitable place in the Cavitation zone initiated, a violent emulsification takes place with droplet diameters in the lower µm range.

Die beigefügten Abbildüngen zeigen eine Ausführungsart einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und dienen gleichzeitig der Veranschaulichung des Prinzips, auf dem dieses Verfahren beruht.The attached figures show an embodiment of a device for carrying out the method according to the invention and at the same time serve for illustration the principle on which this procedure is based.

Nach der Ausführungsart gemäß Figur la und ib wird im Bereich 1 über ein Rohr großen Querschnitts durch eine Saugpumpe 2 Wasser, beispielsweise Meerwasser, aus einem Dieser voir angesaugt. Die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Rohr muß groß genug sein, um an der Rohrverengung im Berlin 3 3 der Emulgatordüse - den zur Kavitation des Wassers notwendigen Druckabfall zu erzeugen. Die Kavitation kann seh durch entsprechende Oberflachenrauhigkeiten des Düsenprofils erhöht werden. Die zu emulgierende Flüssigkeit, z.B.According to the embodiment according to Figure la and ib is in area 1 over a pipe with a large cross-section through a suction pump 2 water, for example sea water, sucked in from one of these voir. The flow velocity in this pipe must be big enough to be at the pipe constriction in Berlin 3 3 of the emulsifier nozzle - the Cavitation of the water to create the necessary pressure drop. Cavitation can can be increased by the corresponding surface roughness of the nozzle profile. The liquid to be emulsified, e.g.

Altöl von Schiffen, wird vor der Düse 4 oder an einer anderen geeigneten Stelle in die Strömung bzw. in die Kavitationszone 5 eingeleitet. Das emulgierte Öl verläßt die Düse bei 6. Mehrere derartige Düsen können zur Verstärkung des Effektes oder zur Erhöhung des Durchsatzes parallel oder in Serie von einer einzigen Pumpe 2 betrieben werden Anstelle der Rohrverengung 3 kann die Strömungskavitationr auch mittels eingebauter Kavitationsprofile erzeugt werden, wie dies in Figuren 2a und 2b angedeutet ist. Der Druckabfall beim Umsfrömen dieser Profile 7 führt in gleicher Weise zur Kavitation wie die Rohrverengung 3,(vergleiche Figur la ml lb) Die Frefilscheiben Können aus mehreren sternförmig (@@@ Kenzen@@isch) angeordneten Segmenten 8 bestehen, um Querschmict des Rchres 9 optimal auszunutzen. Sie können @@ egünstig aus K@@ststoff gefertigt und als auswechsel-@@ S@@@ihe@ in den Strömungskanal eingebaut werden.Used oil from ships, is in front of the nozzle 4 or at another suitable Place introduced into the flow or into the cavitation zone 5. That emulsified Oil leaves the nozzle at 6. Several such nozzles can increase the effect or to increase the throughput in parallel or in series from a single pump 2 are operated Instead of the pipe constriction 3, the flow cavitation r can also be generated by means of built-in cavitation profiles, as shown in figures 2a and 2b is indicated. The pressure drop when flowing around these profiles 7 leads in the same way to cavitation as the pipe constriction 3, (compare figure la ml lb) The Frefil discs can be made up of several star-shaped (@@@ Kenzen @@ isch) arranged Segments 8 exist in order to optimally exploit cross-smear of the Rchres 9. You can @@ Easily made of plastic and as an exchange - @@ S @@@ ihe @ in the flow channel to be built in.

@ nache Ei@@atznöglichkeiten für des Verfahren nach der Er@iudung sund die Beseitigung ven Altöl auf Schiffen durch @@@lgation @@s Meer- oder Flußwasser und die Homogenisierung @@@ schwerlöslichen Industrieabwässsrn als Vorstufe des ^ @gischen oder chemischen Abbaus. Die meisten in Wasser un@öslichen Kohlenwasserstoffe können nämlich in feindis-@@ gierter Ferm durch Bakterien leicht zu Eiweiß abgebaut werden. Durch den Einsatz wirtschaftlicher Emulgatoren läßt sich also die Verschmutzung unserer Küsten- und Binnengewa-ser durch von Schiffen abgelassenes Altöl mit relativ geringen Zusatzeinrichtungen erheblich reduzieren. Das entsprechende gilt für schwerlösliche flüssige oder feste Be-@@@ndtelie von Industrieabwässern, die durch Emulgierung bzw. Dispergierung für den Abbau im biologischen und chemischen Kläranlagen aufbereitet werden können.@ nache Ei @@ access options for the procedure after the investigation s and the disposal of used oil on ships by @@@ lgation @@ s sea or river water and the homogenization of poorly soluble industrial waste water as a preliminary stage of the ^ @gic or chemical degradation. Most hydrocarbons that are insoluble in water can be easily broken down into protein by bacteria in feindis - @@ gated Ferm will. The use of economical emulsifiers eliminates the contamination of our coastal and inland waters due to waste oil drained from ships with relative Significantly reduce the number of additional facilities. The same applies to those that are difficult to dissolve liquid or solid be - @@@ ndtelie of industrial wastewater produced by emulsification respectively. Dispersion prepared for degradation in biological and chemical sewage treatment plants can be.

Claims

1. Process for the continuous emulsification of liquids by Cavitation, characterized in that the liquids to be emulsified are continuous be passed through a zone with violent flow cavitation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flow cavitation caused by a cavitation profile flowing against the flow at high speed will.

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