DE2242348A1

DE2242348A1 - Vorrichtung zur ultraschallerzeugung

Info

Publication number: DE2242348A1
Application number: DE2242348A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Barthelemy; Alain Cinquanta; Claude Charles Doyotte; Yves Drapeau; Louis Duthion; Claude Jean Marie Seguela
Original assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Current assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Priority date: 1971-09-03
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1973-03-22
Also published as: NO138985C; AT336549B; JPS4834524A; NO138985B; CH562063A5; BE788354A; SE382758B; DE2242348B2; NL7212029A; CA969269A; AU4622472A; LU65994A1; IT969336B; GB1390414A; ATA976175A; DE2242348C3; DK142450B; US3809372A; DK142450C; AU463936B2

Description

COMPAGNIE FRANOAISE DE EAlFINAGE S.A., Paris, Frankreich

Vorrichtung zur Ultraschallerzeugung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ultraschallerzeugung in einem Strömungsmittel, insbesondere in einer Flüssigkeit zu Emulgierzwecken_β Insbesondere steht die Verwendung zur Herstellung von Emulsionen aus Wasser in einem Brennstoff oder von Paraffin oder Wachs in Wasser im Vordergrund.

Es ist bekannt, daß ein aus einem Düsenschlitz austretender Strömungsmittelstrahl ein dünnes Plättchen in Vibrationen versetzt, welches vor dem Schlitz angeordnet ist, an einem Ende fest eingespannt«, Die Vibration des Plättchens ruft im Strömungsmittel fortschreitende Wellen hervor, deren Frequenz von der Plättchengeometrie, der Plättchenanordnung und den Strömungsbedingungen des Strömungsmittels abhängt.

Ein derartiges Verfahren kann zuverlässig über längere Zeiten nur mit Vorrichtungen durchgeführt werden, welche ein Vibrierplättchen sehr langer Lebensdauer aufweisen, welches also über lange Zeit störungsfrei vibrieren kann. Solche Plättchen müssen also aus einem Metall

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hergestellt werden, welches sehr widerstandsfähig gegen Ermüdungen durch die periodischen Verformungen ist.

Aufgate der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welche ohne ein vibrierendes Element aus einem besonders leistungsfähigen Material auskommt.

Dies ist durch eine besondere Ausgestaltung und Anordnung des vibrierenden Elementes erreicht. Demgemäß ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ultraschallerzeugung in einem Strömungsmittel, insbesondere in einer Flüssigkeit zu Emulgierzwecken, gekennzeichnet durch eine zwischen zwei Flanschen angeordnete Membran, wobei mindestens ein Paar einander gegenüberliegender, beiderseits der Membran im einen bzw. anderen Flansch ausgebildeter Ausnehmungen vorgesehen ist, von denen eine einen Ausgangskanal aufweist und mit der anderen Ausnehmung über eine Membran-Unterbrechung kommuniziert, welche in eine weitere, einen Eingangskanal bildende Unterbrechung der Membran übergeht.

Dabei kann die einen Eingangskanal bildende Unterbrechung am Umfang der Membran vorgesehen und von der zweiten Unterbrechung unter Ausbildung eines einzigen Einschnittes verlängert sein. Ist die einen Eingangekanal bildende Unterbrechung am Umfang der Membran vorgesehen, dann kann die zweite Unterbrechung auch zwei Arme aufweisen, welche eine Zunge in der Membran begrenzen. Die letztgenannte Ausgestaltung ist vor allem geeignet, wenn lediglich ein Paar von Ausnehmungen vorgesehen ist. Die Zunge ist dann mit Vorteil mittig zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Ausnehmungen angeordnet.

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Sind wenigstens zwei Paare von Ausnehmungen vorgesehen, dann kann eine einen gemeinsamen Eingangskanal "bildende Unterbrechung etwa in der Mitte der Membran ausgebildet sein, von der die zweiten, jeweils einem Paar von Ausnehmungen zugeordneten Unterbrechungen ausgehen. Diese können jeweils als einfacher Schlitz ausgebildet sein oder jeweils zwei Arme aufweisen, welche eine Zunge in der Membran begrenzen.

Mit Vorteil weist die Membran wenigstens eine Symmetrieachse auf. !Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die beiden Ausnehmungen des bzw. jedes Paares ein gleiches Volumen und eine gemeinsame Symmetrieebene aufweisen, welche senkrecht zur Membran und durch eine Symmetrieachse der zugehörigen beiden Membranunterbrechungen verläuft.

Sind wenigstens zwei Paare von Ausnehmungen und dementsprechend viele vom Membranumfang ausgehende Einschnitte der Membran vorgesehen, dann liegen die Einschnitte mit Vorteil einer an einen Eingangskanal angeschlossenen Verteilerringnut gegenüber»

Die Membran ist zwischen den erwähnten !Flanschen drehfest gehalten. Mit Vorteil ist dazu mindestens ein vorstehender Zapfen an einem Flansch und mindestens eine entsprechende Bohrung in der Membran sowie wenigstens ein entsprechendes Sackloch im anderen Flansch vorgesehen, in welche der Zapfen.zur Drehsicherung der Membran eingreift.

Die Flansche sind vorteilhafterweise fest gegeneinander gedrückt*

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Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen aus Wasser in Brennstoff für die Kesselbeschickung werden die Anzahl der Ausnehmungen, das Volumen der Ausnehmungen, die Abmessungen der Membran-Unterbrechungen entsprechend der geforderten Leistung ausgewählt. Die Flansche der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so ausgebildet sein, daß sie für einen weiten Leistungsbereich geeignet sind, wobei die Anpassung an die jeweils gewünschte bestimmte Leistung mit Hilfe einer entsprechenden Membran erfolgt. Es müssen lediglich die den Flanschen zugeordneten Parameter und die der Membran zugeordneten Parameter bestimmt werden. Die Erfindung ermöglicht also die Verwendung von Standardelementen, welche an alle geforderten Wärmeleistungen, beispielsweise zwischen 30 000 und 700 000 Kilokalorien/Stunde, angepaßt werden können.

So können Standardflansche mit einer Höchstzahl von Ausnehmungen hergestellt werden, die für einen weiten Strömungsmitteldurchsatz geeignet sind. Die Anpassung an einen besonderen Strömungsmitteldurchsatz geschieht durch Auswahl einer entsprechenden Membran, welche zwischen den Standardflauschen angeordnet wird. Maßgebend ist die Anzahl der wirksamen Ausnehmungspaare, die Membranstärke und die Breite der Membran-Unterbrechungen.

Sie Anzahl der wirksamen Ausnehmungspaare hängt einzig und allein von der Anzahl der Unterbrechungen der Membran ab. Je mehr Unterbrechungen die Membran aufweist, desto mehr Ausnehmungspaare werden wirksam, d. h. desto mehr Paare einander gegenüberliegender Ausnehmungen werden miteinander in Verbindung gesetzt, und desto höher ist der Strömungsmitteldurchsatz durch die Vorrichtung bei sonst gleichen Bedingungen.

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Die Membranstärke, welche beispielsweise zwischen 10/100 und 20/100 mm jeweils um 1/100 mm variieren kann, bestimmt die Dicke des Strömungsmittelstrahles, welcher in die Vorrichtung durch die bzw« jede erste Unterbrechung der Membran eintritt* Je größer die Membranstärke■, desto größer der mögliche Strömungsmitteldarchsatz durch di© Vorrichtung bei gleicher Anzahl der Unterbrechungen«

Schließlich steigt der Borchsatz'durch'die Vorrichtung mit der Breite der Unterbrechungen der Membran bei sonst gleichen Bedingungen.

Im Falle der Verwendung der erf indungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Baulsionen aus Wasser in Brennstoff zur Beschickung von Kesseln kann ein sehr großer 3ueistungsbereich, beispielsweise von $0· 000 Ms 700 000 Kilokalorien/Stunde, mit ein und demselben 3?lansehpaar abgedeckt werden, welches die für die Speisung eines Kessels mit 700 000 Kilokalorien/Stunde erforderliche Anzahl am Äusaehmungspaaren aufweist«, Die Anpassung an die jeweils gewünschte Leistung erfolgt durch die zwischen die flansche einge~ setzte Membran, welche eine entsprechende Stärke und eine entsprechende Anzahl von Unterbrechungen aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Herstellung von Emulsionen aus Paraffin oder Wachs in Wasser geeignet. Unter Paraffin ist in diesem Zusammenhang ein einzelnes Paraffin oder ein Gemisch von Paraffinen mit kristalliner Struktur und einem Schmelzpunkt zwischen ° und 66° 0 zu verstehen. Das Paraffin weist einen beträchtlichen Anteil an linearen, gesättigten, aliphatischen Kohlenwasserstoffen auf, in der Regel von mindestens 40 Gew.-%» Der ölgehalt liegt unterhalb 5 Gewichtsprozent, vor-

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zugsweise unterhalb 1 Gewichtsprozent. Unter Vachs ist ein Gemisch gesättigter Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht größer als das des Paraffins zu verstehen· Ein Wachs weist mehr zyklische oder verzweigte gesättigte Holeküle auf und ist in der Hegel ölreicher als ein Paraffin. Bas Vachs ist mikrokristallin und weist einen Schmelzpunkt zwischen 66 und 90° 0 auf.

Paraffin- oder Wachsemulsionen sind bekanntlich vielfach verwendbar. Insbesondere werden sie dazu verwendet, Platten aus Holzteilchen oder anderen Materialien wasserabweisend zu machen, oder um Papier zu beschichten.

Üblicherweise werden solche Emulsionen im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man flüssiges Paraffin in Wasser durch Rühren dispergiert, und zwar in Gegenwart einer bestimmten Menge an Emulgiermittel. In der Hegel wird ein umlaufendes Rührwerk mit Schaufelblättern oder eine Turbine verwendet. Kommt ein ionisches Emulgiermittel zur Anwendung, dann kann es in situ synthetisiert werden. Beispielsweise werden anionische Paraffinemulsionen hergestellt, indem ein AmIn und eine !Fettsäure umgesetzt werden, wobei das Ami η und die Fettsäure entweder gemeinsam oder getrennt dem Wasser und/oder dem Paraffin zugegeben werden.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der oben charakterisierten Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen von Paraffin oder Wachs in Wasser wird zwischen dem Brück des zugeführten Gemisches aus Wasser, Paraffin oder Wachs, sowie Emulgiermittel und dem Brück der abgezogenen Emulsion eine Bifferenz von mindestens 2 Bar aufrechterhalten. Vorteilhafterweise wird das Gemisch mit einer Temperatur zwischen 80 und 99° 0 zugeführt. Auch hat es sich als vorteil-

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haft herausgestellt, wenn das Gemisch mit einem absoluten Druck größer als 3 Bar eingeführt wird. Dabei kann die Emulsion über eine Düse abgezogen werden. Schließlich wird das Gemisch vorteilhafterweiee durch eine einzige Zufuhrleitung zugeführt, welche einerseits von einem Speicher mit einem Gemisch aus Paraffin bzw. Wachs und Emulgiermittel, und andererseits von einem Speicher mit Wasser beschickt wird.

Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung bespielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Λ die Draufsicht auf die Membran einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Paar von Ausnehmungen}

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform mit der Membran gemäß Fig. 1$

Fig. 3" den Querschnitt entlang'der Linie b-b in Fig. 2|

Fig. 4 die Draufsicht auf die Membran einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Paar von Ausnehmungen!

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform mit der Membran gemäß Fig. 4-;

Fig. 6 die Draufsicht auf die Membran einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Ausnehmungspaaren$

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Fig. 7 den Längsschnitt durch die Ausführungsform mit der Membran gemäß Fig. 6$

Fig. β bis 11 jeweils die Draufsicht auf den einen bzw. den anderen Flansch bzw. die Membran bzw. den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit acht Ausnehmungspaaren in den Flanschen und zwei Einschnitten in der Membran, so daß lediglich zwei Ausnehmungspaare wirksam sindf

Fig. 12 und 13 eine zerlegte erfindungsgemäße Torrichtung mit einem Ausnehmungspaar in dtn Flanschen bzw. deren Anwendung zur Herstellung von Emulsionen aus Paraffin oder Wachs in Masser·

Bei der Ausfuhrungsform gemäß fig· 1 bit 5 weist eine kreisrunde, dünne Membran 1 aus nicht rostendem Stahl im oberen Bereich eine Unterbrechung 2 auf, welche in eine Unterbrechung 3 übergeht. Die beiden Unterbrechungen 2 und 3 bilden einen Einschnitt, welcher symmetrisch zu einem Badius der kreisrunden Membran 1 ist· Vorteilhafterweise weist der Einschnitt am Boden auf mindestens einer Membranseite eine schräge Fläche 4 auf.

Die Membran 1 ist zwischen zwei Flanschen 5 und 6 mit einer Ausnehmung 7 bzw· β angeordnet· Die Unterbrechung 2 begrenzt zwischen den zwei Flanschen 5 und 6 einen Kanal mit rechteckigem Querschnitt, welcher zur Mitte dtr Membran 1 hin sich verringert, und durch welchen das Strömungsmittel in der Vorrichtung zuströmt. Die Unterbrechung 3 bildet einen Kanal zum Durchtritt des Strömungsmittels von einer Ausnehmung in die andere.

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Das Strömungsmittel geht über einen Kanal 9 ab, dessen Achse nicht parallel zu der Strömirngsmittelströmungsachse in der Unterbrechung 2 sein darf. Beispielsweise kann die . Achse des Kanals 9, wie dargestellt, senkrecht zur Membran 1 liegen· Die beiden Flansche 5 rad 6 werden durch nicht dargestellte, geeignete Organe gegeneinander gedrückt, beispielsweise Schrauben, welche die Flansche 5 und 6 sowie die Membran

1 seitlich von den Ausnehmungen 7 und 8 sowie Unterbrechungen

2 und 3 durchsetzen* Auch kann ein Flansch auf den anderen geschraubt sein·

Vorteilhafterweise liegen die großen Achsen der Ausnehmungen 7 und 8 parallel zur Strömungsmittelströmungsachse in der Unterbrechung 2· Sie können gleiches Volumen und die Gestalt eines Rechtkants oder Quaders aufweisen.

Wie erwähnt, geht Strömungsmittel der Vorrichtung durch die Unterbrechung 2 hindurch zu und über den Kanal 9 ab» Die Vorrichtung wirkt als Strömungsmittelwippe wegen der beiden Ausnehmungen 7 und 8, denen eine einzige Strömungsmittelzufuhr zugeordnet ist· Die Druckdifferenz zwischen den Ausnehmungen 7 und 8 läßt die Membran 1 vibrieren. Beste Betriebsbedingungen liegen dann vor, wenn die Frequenz der Hin- und Herbewegung des Strömungsmittels von einer Ausnehmung in die andere der Eigenfrequenz der Membran 1 gleich ist. Die Abmessungen der Ausnehmungen müssen derart sein, daß diese Resonanz gewährleistet ist.

Auf diese Weise werden Ultraschallwellen erzeugt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 weist die kreisrunde, dünne Membran 10 aus nicht rostendem Stahl im oberen Bereich eine Unterbrechung 12 auf, nämlich einen Ein-

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schnitt, welcher symmetrisch zu einem Membranradius ist. Die Unterbrechung 12 geht in eine Unterbrechung 13 über, welche zwei Arme aufweist. Diese begrenzen eine Zunge 14, welche vorteilhafterweise auf mindestens einer Seite eine schräge Fläche 14A am freien Side aufweist. Die Membran 10 ist zwischen zwei Planschen 15 und 16 eingeklemmt. Die flansche weisen eine Ausnehmung 1? bzw. 18 auf. Weiterhin ist ein Plansch 15 mit einem Ablaufkanal 19 versehen, welcher in die Ausnehmung 17 dieses Flansches mündet.

Bei der Ausführungsform gemäB Fig. 6 und 7 ist eine dünne, kreisrunde Membran 20 aus nicht rostendem Stahl vorgesehen, welche in der Mitte eine erste Unterbrechung 21 aufweist, von der zwei zweite Unterbrechungen 22 und 23 ausgehen, letztere weisen jeweils zwei Arme auf, welche eine Zunge 24 bzw. 25 begrenzen. Stromungsmittel geht über einen Kanal 26 in einem der beiden Flansche 27 und 28 zu, zwischen denen die Membran 20 eingespannt ist. Jeder Flansch. 27 bzw. 28 ist mit zwei Ausnehmungen versehen, welche denen des anderen Flansches gegenüber liegen, so daß sich zwei Paare von Ausnehmungen 29 und 30 bzw. 31 und 32 ergeben. In jedem Paar liegt eine Zunge 24 bzw. 25, ferner weist jedes Paar einen Strömungsmittelableitkanal 33 bzw. 34 auf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Herstellung von Emulsionen verwendet werden, insbesondere von wasser in Brennstoff. Bekanntlich können diese Emulsionen anstelle von reinem Brennstoff verbrannt werden, was den Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenoxyd im Bauch vermindert.

In die inneren Ausnehmungen der Flansche wird durch die Unterbrechung 2 bzw. 12 bzw. 21 ein Wasser/Brennstoff-

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Gemisch mit geeigneten Anteilen dieser Komponenten eingeführt. Zuvor werden das Wasser und der Brennstoff in einer einfachen Mischkammer miteinander vermischt. Auch ist es möglich, das Wasser und den Brennstoff durch, zwei Arme einer T-Zuleitung zuzuführen, oder Wasser in eine vom Brennstoff durchströmte Leitung einzugeben. Zweckmäßigerweise wird in diesem Pail ein Rückschlagventil vorgesehen, um das Einstromen von Brennstoff in die Wasserleitung zu verhindern, -wenn der Wasserdruck abfallen sollte. Vorteilhafterweise ist in Strömungsrichtung vor der Membran-Unterbrechung 2 bzw. 12 ein Filter vorgesehen, und zwar leicht zugänglich. Bas Filter kann aus einer einfachen Sinterscheibe bestehen. Ss verhindert eine schnelle Verschmutzung der inneren Ausnehmungen durch Staub oder Verunreinigungen im Brennstoff und/oder Wasser.

Durch die Unterbrechung 3 bzw. 13 bzw. 22, 23 werden die einander gegenüberliegenden Ausnehmungen miteinander verbunden. Die Emulsion geht über den Kanal 9 bzw. 19 bzw. die Kanäle 33 und 34 ab. Der Baulsionsdurchsatz hängt von der Starke der Membran 1 bzw. 10 bzw· 20 und der Breite der Unterbrechung 2 bzw. 12 bzw. 21 ab. Die Frequenz der Vibrationen hängt von der inneren Geometrie der Vorrichtung ab,und kann zwischen 8000 und 40 000 Hz schwanken.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lediglich zwei auf der einen bzw. der anderen Seite der Membran vorgesehenen Ausnehmungen ist für die Beaufschlagung von kleinen Brennern mit 20 000 bis 40 000 Kilokalorien/Stunde sowie größeren Brennern mit bis zu 750 000 Kilokalorien/Stunde geeignet. Die Ausfuhrungsform mit mehreren Ausnehmungen auf jeder Seite der Membran ist insbesondere zur Speisung großer Brenner mit 350 000 bis 900 000 Kilokalorien/Stunde geeignet.

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Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren läuterung der Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 7·

Beispiel I

Ee wird eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 untersucht, welche eine Membran 1 mit einem Durchmesser von 18 sowie einer Stärke von 0,12 mm aus 18/8-Stahl aufweist, wobei die Unterbrechungen 2 und 3 3»6 mm tief sind, die Unterbrechung 2 am Umfang der Membran 1 eine Veite von 3*4· »» und die Unterbrechung 3 an der Schneide bzw· schrägen Fläche 4 eine Veite von 0,7 mm aufweist. Die Membran 1 ist zwischen zwei Flanschen 5 und 6 aus Messing eingespannt, welche am Umfang ineinander geschraubt sind. Die Ausnehmungen 7 und β weisen eine Tiefe von 1 mm und eine Querschnittsfläche von 11 mm-χ 5 ■» auf.

DieserVorrichtung wird ein Gemisch aus Baushaltsbrennstoff und Vasser mit einem wasseranteil von 20 % Volumenprozent zugeführt, und zwar mit einem Durchsatz von 9,7 l/h. Es ergibt sich ein· Beule ion, mit welcher ein Brenner mit 30 000 Kilokalorien/Stunde gespeist werden kann. Die Vibrationsfrequenz liegt bei 15 000 Hz.

Beispiel II

Es wird eine Vorrichtung gemäß Fig. 4- und 5 untersucht, welche eine Membran 10 mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Stärke von 0,25 mm aus Z 30 C 13-ßtabl aufweist. Die Unterbrechung 12 ist 4- mm lang und die Zunge 14- 16 mm hoch, wobei die Zungenoberfläche 3 mm χ 6 mm ausmacht. Die

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Fläche der Unterbrechung 13 "beträgt 1 mm x. 6 mm. Die Membran 10 ist zwischen zwei Plansche 15 und 16 eingespannt, deren Ausnehmungen 17 und 18 1 mm tief sind und eine Querschnittsfläche von 11 mm χ 6 mm aufweisen·

Diese Vorrichtung wird mit einem Gemisch, aus Sana™ haltsbrennstoff und.Wasser mit einem Wasseranteil τοπ 20-Volumenprozent "beschickt ₉ und zwar mit einem Durchsatz iroa 5? l/h. Es ergibt sich eine Emulsion,.- mit welcher- eis Bz?sim.er mit 300 000 Kilokalorien/Stunde-beschickt warden kasse. Die Vibrationsfrequenz liegt bei 1250 Hz»

Beispiel 111 .

Es wird eine Vorrichtung gemäß IFiga 6 und ? sucht, deren Membran 20 einen Durchmesser-von. 40 na uad ei· ne Stärke von 0,20 mm aufweist ymA aus 18/8-Stahl "bestellte Die Unterbrechung 21 -weist eine Oberfläche iroa 10 ii χ 3 auf, die Zungen 24- und 25 eine Oberfläche voa 3 sm iz 6 Die Membran 20 ist zwischen zwei flanschen 27 und 28 eingespannt, deren Ausnehmungen 29 und 3*1 bzw» 30 und 32 Jeweils 1 mm tief sind und eine Querschnittsfläche von 11 mm χ 6 mm aufweisen.

Diese Vorrichtung wird mit einem Gemisch aus Leichtheizöl und Wasser mit einem Wassergehalt von 20 Volumenprozent beschickt, und zwar mit einem Durchsatz von 86 l/h. Es ergibt sich eine Emulsion, mit welcher der Brenner eines Kessels mit 500 000 Kilokalorien/Stunde beschickt werden kann. Die Vibrationsfrequenz liegt bei 3600 Hz.

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In Fig. 8 bis 11 ist eine Ausführungsform zur Erzeugung Ton Emulsionen von Wasser in Brennstoff dargestellt.

Gemäß Fig. δ weist ein Flansch 31 acht Ausnehmungen 52 auf. In Jeder Ausnehmung 52 mündet ein zylindrischer Kanal 53t welcher von der Rückseite des Flansches 51 ausgeht. Im Flansch 51 sind zwei Sacklöcher 54 und 55 vorgesehen. Der Flansch 51 ist auf der Bückseite am Umfang mit einer umlaufenden Phase 56 versehen, d. h. auf der in Fig. 8 nicht sichtbaren Seite.

Der Flansch 57 gemäß Fig. 9 weist ebenfalls acht Ausnehmungen 58 auf, welche so angeordnet sind, wie die Ausnehmungen 52 im Flansch 51· Zwei vorspringende Zentrierzapfen 59 und 60 sind vorgesehen, welche mit den Sacklöchern 54- und 55 zusammenwirken. Das Flanschpaar 51» 57 ist für einen großen Strömungsmitteldurchsatzbereich geeignet. Die zwischen die beiden Flansche 51 "und 57 einzuspannende Membran bestimmt den genauen Anwendungsbereich der Vorrichtung, welcher einerseits von der Membranstärke, andererseits von der Breite bzw. Weite und der Anzahl der Membraneinschnitte abhängt. Im dargestellten Fall können zwischen eins und acht Einschnitte vorgesehen sein.

Der Durchmesser der Membran 61 entspricht demjenigen der Flansche 51 und 57· Die Membran 61 weist zwei Einschnitte 62 und 63 auf. Diese bestehen jeweils aus einer ersten Unterbrechung 64 am Membranumfang und einer zweiten Unterbrechung 65, welche die erste Unterbrechung 64 verlängert. Die Kanten der zweiten Unterbrechung 65 verlaufen parallel zueinander. Der Boden des Einschnitts 62 bzw. 63 verläuft senkrecht zu den Seitenkanten der zweiten Unterbrechung 65 und kann eine in Fig. 10 nicht dargestellte Schneide bzw.

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schräge Fläche aufweisen· Die !anschnitte 62 und 63 weisen dieselben Symmetrieachsen auf, wie die Ausnehmungen der Flansche 51 und 57· 3)ie beiden Einschnitte 62 und 63 müssen nicht unbedingt nebeneinander liegen.

Die Membrane 61 weist gemäß Fig. 10 weiterhin zwei Bohrungen 66 und 67 derselben Abmessungen und Anordnung wie die Sacklöcher 54 und 55 auf.

Gemäß Fig. 11 sind die beiden flansche 51 und 57 mit dazwischen eingespannter Membran 61 in einem Gehäuse 68 untergebracht, und zwar in einer Bohrung 69 desselben· Diese setzt sich nach außen Mn in einem mit einem Innengewinde 70 versehenen Abschnitt fort, in welchen ein mit einem Außengewinde 71 versehener Deckel 72 eingeschraubt ist. Die Flansche 51 und 57 werden zwischen Gehäuse 68 und Deckel 72 fest gegeneinander gedrückt· Zwischen Flansch 51 und Deckel 72 ist in der Bohrung 69 ein Mchtring 73 angeordnet. Das Strömungsmittel bzw· das Stromungsmittelgemisch fließt über einen Kanal 74- zu, welcher in die Bohrung 69 des Gehäuses 68 über eine Verteilerringnut 75 mündet. Das Strömungsmittel bzw. die Emulsion geht aus den Paaren einander gegenüberliegender Ausnehmungen über die Kanäle 53 und aus der Torrichtung über den Kanal 76 ab, welcher in einem Abschnitt mit Innengewinde 77 ausläuft.

Der Druckabfall kann unabhängig vom Durchsatz im wesentlichen konstant gehalten werden, und zwar durch entsprechende Auswahl der Kembrancharakteristiken (Stärke bzw. Dicke, Anzahl und Veite bzw. Breite der Unterbrechungen). Bei der Beaufschlagung eines Kessels ist auf diese Weise der Druckabfall in den Strömungsmitteln zwischen dem Ein- und dem Ausgang der Vorrichtung im wesentlichen konstant und

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von der Leistung des Kessels unabhängig. Beispielsweise kann der Druckabfall zwischen 2 und 4 Bar liegen. Die Vibrationsfrequenz kann zwischen 10 000 und 25 000 Hz liegen.

Die Verwendung eines Filters ist erforderlich, wenn die Emulgiervorrichtung während einer langen Betriebsdauer gleichbleibend gut arbeiten soll.

Das nachstehende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Ausführungsform gemäß Fig. 8 bis 11.

Beispiel IV

Es wird eine Vorrichtung untersucht, bei welcher die Flansche 51 und 57 jeweils einen Durchmesser von 40,0 mm und die Ausnehmungen derselben eine Breite von 5>0 mm sowie eine Gesamtlänge von 10,5 mm aufweisen. Der Boden der Ausnehmungen weist von der Mitte des Eugehörigen Flansches einen Abstand von 7,0 mm auf. Die Kanäle 53 haben einen Durchmesser von 3 mm und liegen mit der Mitte in einem Abstand von 15 nun. von der Mitte des Flansches 51· Die Sacklöcher 54- und 55 sowie die Zapfen 59 und 60 weisen jeweils einen Durchmesser von 3 auf. Die Membrane 61 hat einen Durchmesser von 40,0 mm, wobei die beiden Einschnitte 62 und 63 jeweils 3»5 mm tief und am Membranumfang 3,4 mm breit bzw. weit sind, während die erste Unterbrechung 64 2,5 mm und die zweite Unterbrechung 65 1,0 mm lang ist.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 11 wird mit einem Gemisch aus Haushaltsbrennstoff und Wasser mit einem Vassergehalt von 20 Volumenprozent beschickt, und zwar mit einem Durchsatz von 80 l/h. Es ergibt sich eine Emulsion, mit welcher ein Brenner

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von 500 000 Kilokalorien/Stunde gespeist trerdea feaaa._o Me Vlbrationsfrequens liegt bei 15 000 Hz₀ ' - -

In 2Fig_e 12 ttad 13 ist die ©rJTiadmgageiiiJ© gung einer Emulsion τοπ. Paraffin oder Wachs ia Hasses? veranschaulicht«,

Gemäß lig« 12 wird ein© Membran 101 mit einer Ua= terbrechung 102 und einer Schneide ■ oder mobsE-ggn flache 103 zwischen awei Flansche 104 und 105 angeordnet ₀ w©leh© ge« weils eine Ansnelnaimg 106 Ibsw© 107 auftreisGao Bas Gaaisel. aus Paraffin₉ Wasser rad Änlgiex-m-fet©! wird d@^ laialgiervorriclitmig durcfe die Untertaeeliixag 102 MadurcÄ. aiag©fuSirt ο Der Emnlsionsstrahl wird vorn Kaaal 108 a'üfgsnogsi^aj -weXcSieirmit dem Inneren der Yorriclittmg konmimigierto Bio mungen 106 tind 10? koimimizierea miteiaaader₉ laad ε,ι-ibs den der Senneide "bzw· der schräge»- Hache -103 "b Bereich der Unterbrechung 102«, . ■

■Vorteilhafterweise werdea^die Eaml

d. h. das Paraffin^ das Wasser und das SmlgieE®i'ttel₉ ¥©r Einführung in die ikulgiervorrichtung vorgemisoht auf einfache Weise dadurch zustaade gebracht werden₉ daB die Zuleitungen für das Paraffin«, das Wasser und das -Siulgiermittel in einen gemeinsamen Kanal koavergieren^ irj@leher zu der Vorrichtung führt. .

Die Emulsionskomponentea sollen in die Torrichtiiag unter Druck eingegeben werden. Dazu kann ein unter .Druck stehendes, inertes Gas in einem Speicher auf die jeweilige Komponente einwirken. Stattdessen kann auch eine Pumpe in * der Verbindungsleitung zwischen dem Speicher für jede Emulsionskomponente und derjenigen Stelle vorgesehen sein₉ aa

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welcher die einzelnen Komponenten sich vereinigen.

Der Druck des Emulsionsstrahles am Ausgang der Vorrichtung kann durch eine Auslaßdüse gesteuert werden. Fehlt eine solche, dann ist der Ausgangsdruck gleich dem Atmosphärendruck.

Es wurde gefunden, daß die Differenz zwischen Vorrichtungseingangsund -ausgangsdruck mindestens bei 2 Bar liegen soll. Ist die Druckdifferenz kleiner als 2 Bar, dann ist die Emulsion sehr steif bzw. pastig und nicht stabil, wie die Beispiele weiter unten zeigen. Die Emulsionskomponenten sollen in die Emulgiervorrichtung bei einer Temperatur von im allgemeinen zwischen 80° und 99° C eingeführt werden. Die genaue Temperatur hängt vom verwendeten Paraffin ab. Die Temperatur ist für eingegebenes Paraffin nicht höher als diejenige, welche bei der klassischen Emulsionsherstellung angewendet wird.

Fig. 13 veranschaulicht die Anordnung einer Emulgiervorrichtung 111. Die Vorrichtung 111 wird über eine Leitung 112 mit einem Gemisch aus Paraffin, Emulgiermittel und Wasser beschickt. Das Paraffin und das Emulgiermittel strömen über eine Leitung 113 zu, und zwar unter der Wirkung desjenigen Druckes, welcher in einem Speicher 114· von Stickstoff auf die freie Oberfläche der im Speicher enthaltenen Flüssigkeit ausgeübt wird. Wasser läuft über eine Leitung 115 zu, und zwar ebenfalls unter der Wirkung des Druckes, welchen Stickstoff in einem Speicher 116 ausübt. In den Leitungen 113 und 115 sind jeweils ein Filter 117 bzw. 118, ein Ventil 119 bzw. 120 und ein Rückschlagventil 121 bzw. 122 vorgesehen. Stickstoff strömt den Speichern 114- und 116 über eine Leitung 123 zu. Sein Druck wird auf

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den gewünschten Wert eingestellt. Die Speicher 114 und 116 werden über eine Leitung 124- bzw· 125 gefüllt. Die Emulsion geht von der Emulgiervorrichtung 111 über eine Leitung 126 ab, welche gegebenenfalls eine Düse 127 aufweist. Bas Killen der Speicher 114 und 116 kann diskontinuierlich oder kontinuierlich über die Leitungen 124 und 125 erfolgen· Paraffin wird über eine Einrichtung 128 eingegeben. Die Leitungen 124 und 125 weisen jeweils ein Ventil 129 "bzw· 130 auf.

Diese gesamte Einrichtung ist in einer Kammer 131 angeordnet, deren Semperatur auf etwa 95° 0 gehalten wird. Außerhalb der Kammer 131 liegt ein Speicher i'32 sur Aufnahme der Emulsion.

Cremäß Mg. 13 wird das Saulgiermittel dem Paraffin vor der Snulsionsherstellung zugegeben. Dies kann im Fall von nicht ionischen Em.ulgiermitteln_s beispielsweise dem Kondensat eines Eettalkohols oder Allylphenole und Ithylenoxyd oder Propylenoxyd, oder von einem Ester einer !Fettsäure und eines Polyalkohole, oder einem τοπ einer Fettsäure und einem Aminalkohol abgeleiteten Amid geschehen. Derartige Emulgiermittel können auch dem Wasser vor der Kralsionsherstellung zugesetzt werden, anstatt dem Paraffin·

Werden die Emulgiermittel in situ synthetisiert, wie beispielsweise bei anionischen Emulgiermitteln vom Aminseifentyp der Fall, dann können die Äulgiermittelkomponenten dem Wasser und/oder dem Paraffin zugesetzt werden.

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Ausführungsform gemäß !Pig. 12 und 13-

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Beispiel V

Mit einer gemäß Fig. 13 angeordneten Emulgiervorrichtung gemäß Pig. 12, deren Membran 101 einen Durchmesser von 18 mm, eine Stärke von 11/100 mm und.eine Unterbrechung 102 mit einer Breite von 70/100 mm sowie einer Tiefe von 3,5 mm aufweist, werden mehrere Versuche mit unterschiedlicher Emulsionszusammensetzung und unterschiedlicher Druckdifferenz & P durchgeführt, wobei die Tempe

ratur des Wassers und des Paraffins 95° C beträgt.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt .

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Versuch	1	2	3	M-	T (6)	ί	1 bis 2
Emulsxonszusammensetzung
Emulgiermittel (Gew. %) (1)	6,0	6,0	6,0	6,0	6,0
Paraffin (Gew. %) (2)	60,0	59,0	59,0	59,0	59,0
Wasser (Gew. %)	34,0	35,0	35,0	35,0	35,0
Druckdifferenz Δ Ρ zwischen	0 (3)	2	6	9
Vorrichtungsein- und -ausgang (Bar)
Emulsionskennwerte
Viskosität (20° 0; ° Engler)	pastig	20	6,9	12	21
Schüttelverhalten (²I-)		stabil	stabil		stabil
Zentrifugieren (5)	0	0	0
Teilchendurchmesser (M )		2 bis 5	1 bis 2	1 bis 3
		•unregel
		mäßig

(1) Gemisch aus Sorbitan-Monostearat und Stearinsäurepolyäthyl enoxyd-äther .

(2) Schmelzpunkt: 52° C; Viskosität bei 100° 0: 3,2 cst; ölgehalt: 2 Gew. %.

(3) Versuch ohne vibrierende Membran.

(4) Gemessen mit 130 ^ 10 Hüben/minj Amplitude 8^1 cmj Versuchsdauer: 1 h; Stabil: keine Emulsionszerstörung und keine Verdickung bzw. Pastenbildung.

(5) Volumen-% Wasser, welches sich bei Beschleunigung von 240·g während 0,5 h absondert.

(6) Klassische Emulsionsherstellung durch Rühren eines Paraffin/Wasser/Emulgiermittel-Gemisches mit einem Rührwerk, welches mit 200 U/min umläuft.

Aus den in der vorstehenden Tabelle angegebenen Versuchsergebnissen geht hervor, daß sich Emulsionen guter Qualität ergeben, wenn die Druckdifferenz gleich oder größer als 2 Bar ist. Die Emulsionen sind weniger viskos als die auf klassische Art und Weise hergestellte Emulsion T.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Ultraschallerzeugung in einem Strömungsmittel, insbesondere in einer Flüssigkeit zu Emulgierzwecken, gekennzeichnet durch eine zwischen zwei Flanschen (5 und 6; 15 und 16$ 27 und 28; 51 und 57} 104 und 105) angeordnete Membran (1} 10; 20; 61; 101), wobei mindestens ein Paar einander gegenüberliegender, beiderseits der Membran im einen bzw. anderen Flansch ausgebildeter Ausnehmungen (7 und 8; I7 und 18; 29 und 30; 31 und 32; 52 und 58» 106 und 107) vorgesehen ist, von denen eine einen Ausgangskanal (9; 19l 33; 34; 53; 108) aufweist und mit der anderen Ausnehmung über eine Membran-Unterbrechung (3» 13; 22; 23; 65) kommuniziert, welche in eine weitere, einen Eingangskanal bildende Unterbrechung (2; 12; 21; 64) der Membran übergeht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Eingangskanal bildende Unterbrechung (2; 64) am Umfang der Membran (1; 61; 101) vorgesehen und von der zweiten Unterbrechung (3; 65) unter Ausbildung eines einzigen Einschnittes (62; 63; 102) verlängert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Eingangskanal bildende Unterbrechung (12) am Umfang der Membran (10) vorgesehen ist und die zweite Unterbrechung (13) zwei Arme aufweist, welche eine Zunge (14) in der Membran begrenzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit wenigstens zwei Paaren von Ausnehmungen, gekennzeichnet durch eine einen gemeinsamen Eingangskanal bildende Unterbrechung (21) etwa

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in der Mitte der Membran (20), von der die zweiten, Jeweils einem Paar von Ausnehmungen (29 und 30 bzw· 31 und 32) zugeordneten Unterbrechungen (22, 23) ausgehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Unterbrechung (22 bzw. 23) zwei Arme aufweist, welche eine Zunge (24 bzw. 25) in der Membran (20) begrenzen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1; 10; 20; 61J 101) wenigstens eine Symmetrieachse aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausnehmungen (7 und 8; 17 und 18; 29 und 30; 31 und 32? 52 und 58$ 106 und 107) des bzw. jedes Paares ein gleiches Volumen und eine gemeinsame Symmetrieebene aufweisen, welche senkrecht zur Membran (1; 10; 20; 61; 101) und durch eine Symmetrieachse der zugehörigen beiden Membranunterbrechungen (2 und 3ί 12 und 13; 21 und 22 bzw. 23; 64 und 65; 102) verläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit wenigstens zwei Paaren von Ausnehmungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (62; 63) der Membran (61) einer an einen Eingangskanal (74) angeschlossenen Verteilerringnut (75) gegenüberliegen.

9· Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen vorstehenden Zapfen (60) an einem Flansch (57) und mindestens eine entsprechende Bohrung (67) in der Membran (61) sowie wenigstens ein entsprechendes Sackloch (55) im anderen Flansch (51)» in

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welche der Zapfen (60) zur Drehsicherung der Membran (61) eingreift.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (5 und 65 15 und 16; 27 und 28; 51 und 57; 104 und 105) fest gegeneinander gedrückt sind.

11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, zur Herstellung von Emulsionen von Paraffin oder Wachs in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druck des zugeführten Gemisches aus Wasser, Paraffin oder Wachs, sowie Emulgiermittel und dem Druck der abgezogenen Emulsion eine Differenz von mindestens 2 Bar aufrechterhalten wird.

12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mit einer Temperatur zwischen 80 und 99 zugeführt wird.

13· Verwendung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mit einem absoluten Druck größer als 3 Bar eingeführt wird.

14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion über eine Düse (127) abgezogen wird.

15· Verwendung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch durch eine einzige Zufuhrleitung (112) zugeführt wird, welche einerseits von einem Speioher (114) mit einem Gemisch aus Paraffin bzw. Wachs und Emulgiermittel, und andererseits von einem Speicher (116) mit Wasser beschickt wird.

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