DE2242348C3

DE2242348C3 - Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen in Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2242348C3
Application number: DE2242348A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Paris Barthelemy; Alain Cinquanta; Claude Charles Le Plessis Robinson Doyotte; Yves Drapeau; Louis Paris Duthion; Claude Jean Marie Argenteuil 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: 1975-08-28
Also published as: NO138985C; AT336549B; JPS4834524A; NO138985B; DE2242348A1; CH562063A5; BE788354A; SE382758B; DE2242348B2; NL7212029A; CA969269A; AU4622472A; LU65994A1; IT969336B; GB1390414A; ATA976175A; DK142450B; US3809372A; DK142450C; AU463936B2

Description

und 105) vorgesehen sind, und daß die Membran
(1; 10; 20; 61; 101) eine erste, den Flüssigkeitseinlaß bildende Membran-Unterbrechung (2; 12; Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung 21; 64) aufweist, welche in eine zweite Membran- zur Frzeugung von Schwingungen in Flüssigkeiten, Unterbrechung (3; 13: 22; 23; 65) übergeht, über 20 insbesondere zur Herstellung von Emulsionen, mit welche die sich gecenüberliegenden Ausnehmun- einei Membran, welche zwischen mindestens einem gen (7 und 8; 17 und 18; 29 und 30; 31 und 32; Paar gegenüberliegender und miteinander kommuni-52 und 58; 106 und 107) miteinander kommuni- zierender Ausnehmungen angeordnet ist, von denen zieren. eine einen Ausgang aufweist. Im Vordergrund steht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 dabei die Verwendung einer derartigen Vorrichtung kennzeichnet, daß die den Flüssigkeitseinlaß bil- zur Herstellung von Emulsionen aus Wasser in einem dende Membran-Unterbrechung (12) am Umfang Brennstoff oder aus Paraffin oder Wachs in Wasser, fang der Membran (1; 61; 101) vorgesehen und Es ist bekannt, daß ein aus einem Düsenschlitz von der zweiten Membran-Unterbrechung (3; 65) austretender Strömungsmittelstrahl ein dünnes Plättunter Ausbildung eines einzigen Einschnittes (62; 30 chen in Vibration versetzt, welches vor einem Schlitz 63; 102) verlängert ist. angeordnet ist, an einem Ende fest eingespannt. Die

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Vibration des Plättchens ruft im Strömungsmittel kennzeichnet, daß die den Flüssigkeitseinlaß bil- fortschreitende Wellen hervor, deren Frequenz von dende Membran- Unterbrechung (12) am Umfang der Plättchengeometrie, der Plättchenanordnung und der Membran (10) vorgesehen ist und die zweite 35 den Strömungsbedingungen des Strömungsmittels abMembran-Unterbrechung (13) zwei Arme auf- hängt.

weist, welche eine Zunge (14) in der Membran Ein derartiges Verfahren kann zuverlässig über

(10) begrenzen. längere Zeiten nur mit Vorrichtungen durchgeführt

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- werden, welche ein Vibrierplättchen aufweisen, das kennzeichnet, daß die den Flüssigkeitseinlaß bil- 40 über lange Zeit störungsfrei vibrieren kann. Solche dende Membran-Unterbrechung (21) etwa in der Plättchen müssen also sehr widerstandsfähig gegen Mitte der Membran (20) vorgesehen ist und von Ermüdungen durch die periodischen Verformungen ihr die zweiten, jeweils einem Paar von Ausneh- sein.

mungen (29 und 30 bzw. 31 und 32) zugeordne- Ferner ist eine Vorrichtung der eingangs angege-

ten Membran-Unterbrechungen (22,23) ausgehen. 45 benen Art bekannt, bei welcher in einem zylinder-

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- förmigcn Gehäuse auf der Flüssigkeitseintrittsseite kennzeichnet, daß jede zweite Membran-Unter- eine sich in radialer Richtung erstreckende Scheibe brechung (22 bzw. 23) zwei Arme aufweist, mit einer schlitzförmigen öffnung vorgesehen ist, welche eine Zunge (24 bzw. 25) in der Membran welcher stromabwärts eine sich in axialer Richtung (20) begrenzen. 50 erstreckende Membran zugeordnet ist (US-PS

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden 3169 013). Die Emulgierung des Flüssigkeitsgemi-■ Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sches erfolgt dabei durch Kavitation, die eine hohe

Membran (1; 10; 20; 61; 101) wenigstens eine Druckbeaufschlagung des eintretenden Flüssigkeits-Symmetrieachse aufweist. gemisches erforderlich macht.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden 55 Zur Erzeugung von Schwingungen in Flüssigkeiten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei- ist eine weitere Vorrichtung bekannt, welche mehden Ausnehmungen (7 und 8; 17 und 18; 29 und rere in einem zylinderförmigen Gehäuse unterge-30; 31 und 32; 52 und 58; 106 und 107) des bzw. brachte Schwingkörper von langgestreckter zylindrijcdes Paares ein gleiches Volumen und eine ge- scher Form aufweist, deren spitzzulaufende Enden meinsamc Symmetrieebene aufweisen, welche 60 jeweils durch von Düsen ausgestoßene Flüssigkeitssenkrecht zur Membran (1; 10; 20; 61; 101) und ströme beaufschlagt sind (DT-AS 1271444). Um durch eine Symmetrieachse der zugehörigen bei- Vibrationen der schweren Schwingkörper hervorzudcn Membran-Unterbrechungen (2 und 3; 12 und rufen, muß dabei mindestens einer der beiden Flüs-13; 21 und 22 bzw. 23; 64 und 65; 102) verläuft. sigkeitsströme unter hohem Druck stehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit minde- 65 Ferner ist eine Vorrichtung mit einer in einem Gestens zwei Paaren von Ausnehmungen, dadurch häuse angeordneten gewölbten Membran bekannt, gekennzeichnet, daß jedem Paar von Ausnehmun- die von ihrer konkaven in die konvexe Lage vorgen (52, 58) ein aus einer ersten und zweiten Schnellbar ist (DT-AS 1 270 311). Diese Vorrichtune

ist zur Abstandmessung von Objekten bestimmt und richtung zur Herstellung von Emulsionen aus Was-

zur Emulgierung von Flüssigkeitsgemiscben nicht ge- ser in Brennstoff für die Kesselbeschickung werfer

eignet. die Anzahl der Ausnehmungen, das Volumen dei

Eine Emulgierung von Flüssigkeitsgemischen ist Ausnehmungen, die Abmessungen der Membrangleichfalls mit einem aus der DL-PS 25 875 bekann- 5 Unterbrechungen entsprechend der geforderten Leiten Impulsgeber für pneumatische Steuer- und Regel- stung ausgewählt. Die Flansche der erfindungsanlagen ausgeschlossen, bei welchem eine einseitig gemäßen Vorrichtung können so ausgebildet sein, unter Vordruck stehende Membran mit der Abström- daß sie für einen weiten Leistungsbereich geeignei düse eirer Luftleitung zusammenwirkt, wobei die an- sind, wobei die Anpassung an die jeweils gewünschte dere Membrankammer über Speicher mit dieser Luft- io bestimmte Leistung mit Hilfe einer entsprechenden leitung derart in Verbindung steht, daß auf einen Membran erfolgt. Es müssen lediglich die den Flanebenfalls an die Luftleitung angeschlossenen Geber sehen zugeordneten Parameter und die der Membran Impulse mit einstellbarem Zeitverhalten abgegeben zugeordneten Parameter bestimmt werden. Die Erwerden. findung ermöglicht also die Verwendung von Stan-

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kontinuierlich 15 dardelementen, welche an alle geforderten Wärmearbeitende, einfach aufgebaute Vorrichtung der ein- leistungen, beispielsweise zwischen 30000 und gangs angegebenen Art zu schaffen, welche ohne ein 700 000 Kilokalorien/Stunde, angepaßt werden vibrierendes Element aus einem besonders leistungs- können.

fähigen Material auskommt und lediglich einen ge- So können Standardflansche mit einer Höchstzahl

ringen Überdruck des eintretenden Flüssigkeitsgemi- 20 von Ausnehmungen hergestellt werden, die für einen

sches benötigt, um wirkungsvoll zu arbeiten. weiten Strömungsmitteldurchsatz geeignet sind. Die

Dies ist dadurch erreicht, daß die sich paarweise Anpassung an einen besonderen Strömungsmittelgegenüberliegenden Ausnehmungen beiderseits der durchsatz geschieht durch Auswahl einer entspre-Membran in Flanschen vorgesehen sind, und daß die chenden Membran, welche zwischen den Standard-Membran eine erste, den Flüssigkeitseinlaß bildende 25 flanschen angeordnet wird. Maßgebend ist die AnMembran-Unterbrechung aufweist, welche in eine zahl der wirksamen Ausnehmungspaare, die Memzweite Membran-Unterbrechung übergeht, über branstärke und die Breite der Membran-Unterbrewelche die sich gegenüberliegenden Ausnehmungen chungen.
miteinander kommunizieren. Die Membranstärke, welche beispielsweise zwi-

Dabei kann die erste, den Flüssigkeitseinlaß bil- 3° sehen ^io/ioo und ²%oo mm jeweils um "100 mm varidende Membran-Unterbrechung am Umfang der ieren kann, bestimmt die Dicke des Strömungsmittel-Membran vorgesehen und von der zweiten Membran- Strahles, welcher in die Vorrichtung durch die bzw. Unterbrechung unter Ausbildung eines einzigen Ein- jede erste Unterbrechung der Membran eintritt. Je schnittes verlängert sein. Ist die erste, den Flüssig- größer die Membranstärke, desto größer der mögliche keitseinlaß bildende Unterbrechung am Umfang der 35 Strömungsmitteldurchsatz durch die Vorrichtung bei Membran vorgesehen, dann kann die zweite Unter- gleicher Anzahl der Unterbrechungen,
brechung auch zwei Arme aufweisen, welche eine Schließlich steigt der Durchsatz durch die VorZunge in der Membran begrenzen. Die letztgenannte richtung mit der Breite der Unterbrechungen der Ausgestaltung ist vor allem geeignet, wenn lediglich Membran bei sonst gleichen Bedingungen,
ein Paar von Ausnehmungen vorgesehen ist. Die 40 Im Falle der Verwendung der erfindungsgemäßen Zunge ist dann mit Vorteil mittig zwischen den bei- Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen aus den einander gegenüberliegenden Ausnehmungen an- Wasser in Brennstoff zur Beschickung von Kesseln geordnet. kann ein sehr großer Leistungsbereich, beispielsweise

Sind wenigstens zwei Paare von \usnehmungen von 30 000 bis 700 000 Kilokalorien/Stunde, mit ein

vorgesehen, dann kann die erste einen gemeinsamen 45 und demselben Flanschpaar abgedeckt werden,

Flüssigkeitseinlaß bildende Membran-Unterbrechung welches die für die Speisung eines Kessels mit

etwa in der Mitte der Membran ausgebildet sein, von 700 000 Kilokalorien/Stunde erforderliche Anzahl an

der die zweiten, jeweils einem Paar von Ausnehmun- Ausnehmungspaaren aufweist. Die Anpassung an die

gen zugeordneten Membran-Unterbrechungen aus- jeweils gewünschte Leistung erfolgt durch die zwi-

gehen. Diese können jeweils als einfacher Schlitz aus- 50 sehen die Flansche eingesetzte Membran, welche

gebildet sein oder jeweils zwei Arme aufweisen, eine entsprechende Stärke und eine entsprechende

welche eine Zunge in der Membran begrenzen. Anzahl von Unterbrechungen aufweist.

Mit Vorteil weist die Membran wenigstens eine Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbeson-Symmetrieachse auf. Ferner hat es sich als vorteil- dere zur Herstellung von Emulsionen aus Paraffin haft herausgestellt, wenn die beiden Ausnehmungen 55 oder Wachs in Wasser geeignet. Unter Paraffin ist in des bzw. jedes Paares ein gleiches Volumen und eine diesem Zusammenhang ein einzelnes Paraffin oder gemeinsame Symmetrieebene aufweisen, welche senk- ein Gemisch von Paraffinen mit kristalliner Struktur recht zur Membran und durch eine Symmetrieachse und einem Schmelzpunkt zwischen 45 und 66° C zu der zugehörigen beiden Membran-Unterbrechungen verstehen. Das Paraffin weist einen beträchtlichen verläuft. 60 Anteil an linearen, gesättigten, aliphatischen Kohlen-Sind wenigstens zwei Paare von Ausnehmungen Wasserstoffen auf, in der Regel von mindestens und dementsprechend viele vom Membranumfang 40 Gewichtsprozent. Der ölgehalt liegt unterhalb ausgehende jeweils aus einer ersten und zweiten 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise unterhalb 1 GeMembran-Unterbrechung bestehende Einschnitte der wichtsprozent. Unter Wachs ist ein Gemisch gesättig-Membran vorgesehen, dann liegen die Einschnitte 65 ter Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht mit Vorteil einer an einen Eingangskanal angeschlos- größer als das des Paraffins zu verstehen. Ein Wachs senen Verteilerringnut gegenüber. weist mehr zyklische oder verzweigte gesättigte

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vor- Moleküle auf und ist in der Regel ölreicher als ein

Paraffin. Das Wachs ist mikrokristallin und weist F i g. 7 den Längsschnitt durch die Ausführungs-

einen Schmelzpunkt zwischen 66 und 90° C auf. form mit der Membran gemäß F i g. 6,

Paraffin- oder Wachsemulsionen sind bekanntlich Fig. 8 bis 11 jeweils die Draufsicht auf den einen

vielfach verwendbar. Insbesondere werden sie dazu bzw. den anderen Flansch bzw. die Membran bzw. verwendet, Platten aus Holzteilchen oder anderen 5 den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform Materialien wasserabweisend zu machen, oder um der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit acht AusPapier zu beschichten. nehmungspaaren in den Flanschen und zwei Ein-Üblicherweise werden solche Emulsionen im all- schnitten in der Membran, so daß lediglich zwei Ausgemeinen dadurch hergestellt, daß man flüssiges nehmungspaare wirksam sind,

Paraffin in Wasser durch Rühren dispergiert, und io Fig. 12 und 13 eine zerlegte erfindungsgemäße zwar in Gegenwart einer bestimmten Menge an Vorrichtung mit einem Ausnehmungspaar in den Emulgiermittel. In der Regel wird ein umlaufendes Flanschen bzw. deren Anwendung zur Herstellung Rührwerk mit Schaufelblättern oder eine Turbine von Emulsionen aus Paraffin oder Wachs in Wasser, verwendet. Kommt ein ionisches Emulgiermittel zur Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis 3 weist

Anwendung, dann kann es in situ synthetisiert wer- 15 eine kreisrunde, dünne Membran 1 aus nicht rostenden. Beispielsweise werden anionische Paraffinemul- dem Stahl im oberen Bereich eine Unterbrechung 2 sionen hergestellt, indem ein Amin und eine Fett- auf, welche in eine Unterbrechung 3 übergeht. Die säure umgesetzt werden, wobei das Amin und die beiden Unterbrechungen 2 unt¹ ί bilden einen Ein-Fettsäure entweder gemeinsam oder getrennt dem schnitt, welcher symmetrisch zu einem Radius der Wasser und/oder dem Paraffin zugegeben werden. ao kreisrunden Membran 1 ist. Vorteilhafterweise weist Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der oben der Einschnitt am Boden auf mindestens einer Memcharakterisierten Vorrichtung zur Herstellung von branseite eine schräge Fläche 4 auf. Emulsionen von Paraffin oder Wachs in Wasser wird Die Membran 1 ist zwischen zwei Flanschen 5

zwischen dem Druck des zugeführten Gemisches aus und 6 mit einer Ausnehmung 7 bzw. 8 angeordnet. Wasser, Paraffin oder Wachs sowie Emulgiermittel 25 Die Unterbrechung 2 begrenzt zwischen den zwei und dem Druck der abgezogenen Emulsion eine Dif- Flanschen 5 und 6 einen Kanal mit rechteckigem ferenz von mindestens 2 Bar aufrechterhalten. Vor- Querschnitt, welcher zur Mitte der Membran 1 hin teilhafterweise wird das Gemisch mit einer Tempera- sich verringert, und durch welchen das Strömungstur zwischen 80 und 9<T C zugeführt. Auch hat es mittel in der Vorrichtung zuströmt. Die Unterbresich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Gemisch 30 chung 3 bildet einen Kanal zum Durchtritt des Strömit einem absoluten Druck größer als 3 Bar einge- mungsmittels von einer Ausnehmung in die andere, führt wird. Dabei kann die Emulsion über eine Düse Das Strömungsmittel geht über einen Kanal 9 ab,

abgezogen werden. Schließlich wird das Gemisch vor- dessen Achse nicht parallel zu der Strömungsmittelteilhafterweise durch eine einzige Zufuhrleitung zu- Strömungsachse in der Unterbrechung 2 sein darf, geführt, welche einerseits von einem Speicher mit 35 Beispielsweise kann die Achse des Kanals 9, wie dareinem Gemisch aus Paraffin bzw. Wachs und Emul- gestellt, senkrecht zur Membran 1 liegen. Die beiden gicrmittel und andererseits von einem Speicher mii Flansche 5 und 6 werden durch nicht dargestellte, Wasser beschickt wird. geeignete Organe gegeneinandergedrückt, beispiels-

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind weise Schrauben, welche die Flansche 5 und 6 sowie vielfältig. Einerseits müssen an die Materialeigen- 40 die Membran 1 seitlich von den Ausnehmungen 7 schäften der Membran keine hohe Anforderungen und ^s sowie Unterbrechungen 2 und 3 durchsetzen, gestellt werden, andererseits wird eine wirkungsvolle Auch kann ein Flansch auf den anderen geschraubt Herstellung von Emulsionen bereits bei geringem sein.

Überdruck bewerkstelligt. Darüber hinaus sind die Vorteilhafterweise liegen die großen Achsen der

Membranen leicht auswechselbar, so daß auch bei 45 Ausnehmungen 7 und 8 parallel zur Strömungsmittel-Verwendung derselben Flansche lediglich durch ent- Strömungsachse in der Unterbrechung 2. Sie können sprechende Wahl der Parameter der Membranen die gleiches Volumen und die Gestalt eines Rechtkants erfindungsgemäße Vorrichtung über einen weiten oder Quaders aufweisen.

Leistungsbereich an die gewünschte Leistung ange- Wie erwähnt, geht Strömungsmittel der Vorrich-

paßt werden kann. 5<> tung durch die Unterbrechung 2 hindurch zu und

Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfin- über den Kanal 9 ab. Die Vorrichtung wirkt als Strödung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrie- mung^mittelwippe wegen der beiden Ausnehmungen 7 ben. Darin zeigt und 8. denen eine einzige Strömungsmittelzufuhr zu-

Fig. 1 die Draufsicht auf die Membran einer ersten geordnet ist. Die Druckdifferenz zwischen den Aos-Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich- 55 nehmungen 7 und 8 läßt die Membran 1 vibrieren, tang mit einem Paar von Ausnehmungen, Beste Betriebsbedingungen liegen dann vor, wenn die

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Ausf ührungs- Frequenz der Hin- und Herbewegung des Strömungsform mit der Membran gemäß Fig. 1, mittels von einer Ausnehmung in die andere der

Fig. 3 den Querschnitt entlang der Linie b-b in Eigenfrequenz der Membran 1 gleich ist Die Ab-Fig. 2, 60 messungen der Ausnehmungen müssen derart sein,

F i g. 4 die Draufsicht auf die Membran einer zwei- daß diese Resonanz gewährleistet ist. ten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- Auf diese Weise werden Ultraschallwellen erzeugt,

richtung mit einem Paar von Ausnehmungen, Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5

Fig. S einen Längsschnitt durch die Ausfühnmgs- weist die kreisrunde, dünne Membran 10 aus nichtfonn mit der Membran gemäß F ig. 4, 6$ rostendem Stahl im oberen Bereich eine Unterbre-

Fig. 6 die Draufsicht auf die Membran einer wei- chung 12 auf, nämlich einen Einschnitt, welcher symteren Ausführungsfonn der erfindungsgemäßen Vor- metrisch zu einem Membranradius ist Die Unterrichtung mit zwei Ausnehmungspaaren, brechung 12 geht in eine Unterbrechung 13 über,

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welche zwei Arme aufweist. Diese begrenzen eine Zunge 14, welche vorteilhafterweise auf mindestens einer Seite eine schräge Fläche 14 A am freien Ende aufweist. Die Membran 10 ist zwischen zwei Flanschen 15 und 16 eingeklemmt. Die Flansche weisen eine Ausnehmung 17 bzw. 18 auf. Weiterhin ist ein Flansch 15 mit einem Ablaufkanal 19 versehen, welcher in die Ausnehmung 17 dieses Flansches mündet.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 und 7 ist eine dünne, kreisrunde Membran 20 aus nichtrostendem 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. Strömungsmittel 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, weiche 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 Strömungsmiltelableitkanal 33 bzw. 34 auf.

Die crnndungsgemäße Vorrichtung kann zur Herstellung von Emulsionen verwendet werden, insbesondere von Wasser in Brennstoff. Bekanntlich können diese Emulsionen an Stelle von reinem Brennstoff verbrannt werden, was den Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenoxyd im Rauch vermindert.

In die inneren Ausnehmungen der Flansche wird durch die Unterbrechung 2 bzw. 12 bzw. 21 ein Wasser-Brennstoff-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 Fall ein Rückschlagventil vorgesehen, um das Einströmen 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. Das Filter kann aus einer einfachen Sinterscheibe bestehen. Es 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 Emulsionsdurchsatz hängt von der Stärke der Membran 1 bzw. 10 bzw. 20 und der Breite der Unterbrechung 2 bzw. 12 bzw. 21 ab. Die Frequenz der Vibrationen hängt von det inneren Geometrie der Vorrichtung ab und kann zwischen 8000 und 40000 Hz schwanken.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lediglich zwei auf der einen bzw. der anderen Seite der Membran vorgeseaenen Ausnehmungen ist für die Beaafschlagung von kleinen Brennern mit 20000 bis 40000 Kilokalorien Stunde sowie größeren Brennern mit bis zn 750000 Kilokalorien/Stunde geeignet. Die Ausfuhrungsforra mit mehreren Ausnehmungen auf jeder Seite der Membran ist insbesondere zur Speisung großer Brenner mit 350 000 bis 900 000 Kilokalorien/Stunde geeignet.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Ausführungsformen gemäß Fig. 1

bis 7. . .

Beispiel I

Es wird eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 untersucht, welche eine Membran 1 mit einem Durchmesser von 18 mm sowie einer Stärke von 0,12 mm

ίο 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 Weile von 3,4 mm und die Unterbrechung 3 an der Schneide bzw. schrägen Fläche 4 eine Weite von 0,7 mm aufweist. Die Membran 1 ist zwischen zwei Flanschen 5 und 6 aus Messing eingespannt, welche am Umfang ineinandergcschraubt sind. Die Ausnehmungen 7 und 8 weisen eine Tiefe von 1 mm und eine Querschnittsfläche von 11X5 mm auf.

ίο Dieser Vorrichtung wird ein Gemisch aus Haushaltsbrennstoff und Wasser mit einem Wasseranteil von 20 Volumprozent zinvfiibri. und zwar mit einem Durchsatz von 5,7 1 li. Es ι reibt «-ich eine Emulsion, mit welcher ein Brenner mit 30 000 Kilokalorien/ Stunde gespeist werden kann. Die Vibrationsfrequenz liegt bei 15000Hz.

Beispiel II

Es wird eine Vorrichtung gemäß F i g. 4 und 5 untersucht, welche eine Membran 10 mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Stärke von 0,25 mm aus Z30C13-Stahl aufweist. Die Unterbrechung 12 ist 4 mm lang und die Zunge 14 16 mm hoch, wobei die Zungenoberfläche 3X6 mm ausmacht. Die Fläche der Unterbrechung 13 beträgt 1X6 mm. Die Membran 10 ist zwischen zwei Flansche 15 und 16 eingespannt, deren Ausnehmungen 17 und 18 1 mm tief sind und eine Querschnittsfläche von 11x6 mm aufweisen.

Diese Vorrichtung wird mit einem Gemisch aus Haushaltsbrennstoff und Wasser mit einem Wasseranteil von 20 Volumprozent beschickt, und zwar mit einem Durchsatz von 57 l/h. Es ergibt sich eine Emulsion, mit welcher ein Brenner mit 300000 KiIokalorien/Stunde beschickt werden kann. Die Vibraüonsfrequenz liegt bei 1250Hz.

Beispiel III

Es wird eine Vorrichtung gemäß F i g. 6 und 7 un-

5" tcrsucht, deren Membran 2Θ einen Durchmesser von 40 mm und eine Stärke von 0,20 mm aufweist und aus 18 8-Stahl besteht. Die Unterbrechung 21 weist eine Oberfläche von 10 X 3 mm auf, die Zangen 24 und 25 eine Oberfläche von 3X6 mm. Die Mcm- bran 20 ist zwischen zwei Flanschen 27 und 28 eingespannt, deren Ausnehmungen 29 und 31 bzw. 30 und 32 jeweils 1 mm tief sind und eine Querschnittsfläche von 11 X 6 mm aufweisen.

Diese Vorrichtung wird mit einem Gemisch aus

LetcBthetzöl und Wasser mit einem Wassergehalt von 20 Volumprozent beschickt, and zwar mit einem Durchsatz von 86 l/h. Es ergibt sich eine Emulsion, mit welcher der Brenner eines Kessels mit 500000 Kilokalorien/Stunde beschickt werden kann.

Die Vibrationsfrequenz Hegt bei 3600 Hz.

In F i g. 8 bis 11 ist eine Ausführangsform zur Erzeugung von Emulsionen von Wasser ia Brennstoff dargestellt

509635/208

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

Der Flansch 57 gemäß F i g. 9 weist ebenfalls acht Ausnehmungen 58 auf, welche so angeordnet sind, wie die Ausnehmungen 52 im Flansch 51. Zwei vorspringende Zentrierzapfen 59 imd 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 ein und acht Einschnitte vorgesehen sein.

Der Durchmesser der Menü» an 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 F i g. 10 nicht dargestellte Schneide bzw. schräge Fläche aufweisen. Die Einschnitte 62 und 63 weisen dieselben Symmetrieachsen auf, wie die Ausnehmungen der Flansche 51 und 57. Die beiden Einschnitte 62 und 63 müssen nicht unbedingt nebeneinander Hegen.

Die Membran 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 hin 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 Decke¹ 72 fest gegeneinandergedrückt. Zwischen Flansch 51 und Deckel 72 ist in der Bohrung

69 ein Dichtring 73 angeordnet. Das Strömungsmitlei bzw. das StröHumgsrnittelgemisch fließt über einen Kanal 74 zu, welcher in die Bohrung 69 des Gehäuses 68 aber eine Verteilerringnut 75 mündet. Das Strömungsmittel bzw. die Emulsion geht aus den Paaren einander gegenüberliegender Ausnehmungen über die Kanäle 53 und aus der Vorrichtung über den Kanal

76 ab, weicher in einem Abschnitt mit Innengewinde

77 ausläuft.

Der Druckabfall kann unabhängig vom Durchsatz im wesentlichen konstant gehalten werden, und zwar durch entsprechende Auswahl der Membrancharakteristiken (Stärke bzw. Dicke, Anzahl und Weite 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 von der Leistung des Kessels unabhängig. Beispielsweise kann der Druckabfall zwischen 2 und 4 Bar liegen. Die Vibrationsfrsquenz 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 zugehörigen 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 mm von der Mitte des Flansches 51. Die Sacklöcher 54 und 55 sowie die Zapfen 59 und 60 weisen jeweils einen Durchmesser von 3 mm auf. Die Membran 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 Wassergehalt von 20 Volumprozent beschickt, und zwar mit einem Durchsatz von 80 l/h. Es ergibt sich eine Emulsion, mit welcher ein Brenner von 500 000 KilokalorienStunde gespeist werden kann.

Die Vibrationsfrequenz liegt bei 15 000 Hz.

In Fig. 12 und 13 ist die erfindungsgemäße Erzeugung einer Emulsion von Paraffin oder Wachs in Wasser veranschaulicht.

Gemäß Fig. 12 wird eine Membran 101 mit einer Unterbrechung 102 und einer Schneide oder schrägen Fläche 103 zwischen zwei Flansche 104 und 105 angeordnet, weiche jeweils eine Ausnehmung 106 bzw. 107 aufweisen. Das Gemisch aus Paraffin, Wasser und Emulgiermittel wird der Emulgiervorrichtung durch die Unterbrechung 102 hindurch zugeführt. Der Emulsionsstrahl wird vom Kanal 108 aufgenommen, welcher mit dem Inneren der Vorrichtung kommuniziert. Die Ausnehmungen 106 und 107 kommunizieren miteinander, und zwar über den der Schneide bzw. der schrägen Fläche 103 benachbarten Bereict der Unterbrechung 102.

Vorteilhafterweise werden die Emulsionskompo nenten, d. h. das Paraffin, das Wasser und das Emul giermittel, vor Einführung in die Emulgiervorrich tang vorgemischt. Dies kann auf einfache Weise da durch zustande gebracht werden, daß die Zuleitung« für das Paraffin, das Wasser und das Emulgierniitte in einen gemeinsamen Kaaal konvergieren, weiche zu der Vorrichtung führt.

Die Emulsionskomponenten sollen in die Vorrich tung unter Druck eingegeben werden. Dazu kann eil unter Druck stehendes, inertes Gas in einem Spei eher auf die jeweilige Komponente einwirken. Stai dessen kanu auch eine Pumpe in der Verbindung!

leitung zwischen dem Speicher rar jede Emulsions komponente und derjenigen Stelle vorgesehen seil an welcher die einzelnen Komponenten sich vei einigen.

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 Vorrichtungseingangs- und -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 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. Das Füllen 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 Temperatur auf etwa 95° C gehalten wird. Außerhalb der Kammer 131 liegt ein Speicher 132 zur Aufnahme der Emulsion.

Gemäß Fi g. 13 wird das Emulgiermittel dem Paraffin vor der Emulsionsherstellung zugegeben. Dies

ίο kann im Fall von nicht ionischen Emulgiermitteln, beispielsweise dem Kondensat eines Fettalkohols oder Alkylphenols und Äthylenoxyd oder Propylenoxyd, oder von einem Ester einer Fettsäure und eines Polyalkohole, oder einem von einer Fettsäure und einem Aminalkohol abgeleiteten Amid geschehen. Derartige Emulgiermittel können auch dem Wasser vor der Emulsionsherstellung zugesetzt werden, anstatt dem Paraffin.
Werden die Emulgiermittel in situ synthetisiert, wie beispielsweise bei anionischen Emulgiermitteln von Aminseifentyp der Fall, dann können die Emulgiermittelkomponenten dem Wasser und/oder dem Paraffin zugesetzt werden.

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläute-

a5 rung der Ausführungsform gemäß Fig. 12 und 13.

Beispiel V

Mit einer gemäß Fig. 13 angeordneten Emulgiervorrichtung gemäß Fig. 12, deren Membran 101 einen Durchmesser von 18 mm, eine Stärke von ^u/ioo mm und eine Unterbrechung 102 mit einer Breite von "Vioo mm sowie einer Tiefe von 3,5 mm aufweist, werden mehrere Versuche mit unterschiedlicher Emulsionszusammensetzung und unterschiedlicher Druckdifferenz Δ P durchgeführt, wobei die Temperatur des Wassers und des Paraffins 95° C beträgt.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Versuch

Emulsionszusammensetzung
Emulgiermittel (>)

(Gewichtsprozent)

Paraffin (²) (Gewichtsprozent)
Wasser (Gewichtsprozent) ...

Druckdifferenz Δ Ρ zwischen Vorrichtungsein- und -ausgang (Bar)

Emulsionskennwerte

Viskosität (20⁰C; ° Engler)..

Schüttelverhalten (*)

Zentrifugieren (^s)

Teilchendurchmesser (μ)

6,0
60,0
34,0

0(3)

pastig
0

6,0 59,0 35,0

20 stabil

2 bis unregelmäßig 6,0
59,0
35,0

6,9
stabil

0
Ibis 2

6,0
59,0
35,0

Ibis 3

6,0
59,0
35,0

21

stabil
<1
Ibis 2

C) Gemisch aus Sorbitan-Monostearat und Stearinsäureporyäthyienoxyd-äther.

(*) Schmelzpunkt: 52° C; Viskosität bei 100⁰C: 3,2 cst; Ölgehalt 2 Gewichtsprozent.

(*) Versuch ohne vibrierende Membran.

( ) Gemessen mit 130 ± 10 Hüben/min; Amplitude 8+1 cm; Versuchsdanen 1 h; Stabil· leine Emulsionszerstörung aod keine Verdickung bzw. Pastenbfldung.

P) Volumprozent Wasser, welches sich bei Beschleunigung von 240 · g während 0,5 h absondert.

O Klassische Emnlsionsherstellung durch Rühren eines Paraffin-Wasser-Emulgierniittel-Geniisches 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 Druckdiffe renz gleich oder größer als 2 Bar ist Die Emulsionen sind weniger viskos als die auf klassische Art und Weise hergestellte Emulsion T.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Membran-Unterbrechung (64, 65) bestehender Patentansprüche: Einschnitt (62, 63) der Membran (61) zugeordnet ist und die Einschnitte (62, 63) einer an einen

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingun- Eingangskanal (74) angeschlossenen Verieilergen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Herstellung 5 ringnut (75) gegenüberliegen.

von Emulsioaen, mit einer Membran, welche zwi- 9. Verwendung der Vorrichtung nach einem

sehen mindestens einem Paar gegenüberliegender der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung von

und miteinander kommunizierender Ausnehmun- Emulsionen von Paraffin oder Wachs m Wasser,

gen angeordnet ist, von denen eine einen Ausgang dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druck aufweist, dadurchgekennzeichnet,daßio des zugeführten Gemisches aus Wasser, Paraffin

die sich paarweise gegenüberliegenden Ausneh- oder Wachs sowie Emulgiermittel und dem Druck

inungen (7 und 8; 17 und 18; 29 und 30; 31 und der abgezogenen Emulsion eine Differenz von

32; 52 und 58; 106 und 107) beiderseits der mindestens 2 Bar aufrechterhalten wird.
Membran (1; 10; 20; 61; 101) in Flanschen (5

und 6; 15 und 16; 27 und 28; 51 und 57; 104 15