DE2704282C2

DE2704282C2 - Verfahren zum Homogenisieren einer Mischung mindestens zweier Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2704282C2
Application number: DE2704282A
Authority: DE
Inventors: Jacques Paris Sterlini
Original assignee: ELECTRO-MECANIQUE PARIS FR Cie
Current assignee: ELECTRO-MECANIQUE PARIS FR Cie
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-02-02
Publication date: 1982-08-12
Also published as: GB1558147A; IT1124747B; FR2339430A1; FR2339430B1; BE850957A; CH595874A5; DE2704282A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine homogene Mischung von Flüssigkeiten kann z. B. benötigt werden, um zwischen den Flüssigkeiten eine chemische Reaktion zu bewirken oder eine homogene Mischung von Flüssigkeiten mit vorbestimmten Verhältnissen mit einer dritten Substanz zur Reaktion zu bringen. Ein anderer Zweck besteht darin, zwei nichtmischbare Flüssigkeiten sehr innig miteinander in Berührung zu bringen, um eine Flüssigkeit-Flüssigkeit-Dispersion herzustellen, sei es daß man eine solche Emulsion als solche verwenden will (z. B. bei einer Verbrennung einer Wasser-Brennstoff-Mischung), sei es daß man einen gelösten Stoff aus der einen Phase der Emulsion extrahieren will.

Es ist bekannt, Flüssigkeitsmischungen durch Umgießen, Schütteln, Rühren (was im Falle von Metallbädern auch elektromagnetisch geschehen kann) oder durch Einführen von Gas zu mischen.

Aus der DE-OS 21 51 206 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermischen von Flüssigkeiten bekannt, bei denen Emulsionen oder homogene Mischungen dadurch hergestellt werden, daß ein oder mehrere Flüssigkeitsstrahlen des Dispergiermittels mit hoher Geschwindigkeit durch Düsen in einen mit flüssigem Medium gefüllten Impulsaustauschraum eingeführt werden. ·

Aus der DE-OS 21 07 960 und der DE-OS 24 10 570 sind Verfahren zum Vermischen von Gasen und Flüssigkeiten bekannt, bei denen mit Flüssigkeit gespeiste Strahldüsen verwendet werden, die einen Flüssigkeitsstrahl liefern, der das Gas in ein Mischrohr mitreißt. Anschließend wird die Flüssigkeits-Gas-Dispersion in einem Diffusor verdichtet

Die bekannten Verfahren haben alle den einen oder den anderen Nachteil. Entweder ist die zur Erzielung einer homogenen Mischung erforderliche Zeit sehr lang oder es werden komplizierte und voluminöse Apparaturen benötigt oder man muß auf Vorrichtungen zugreifen, die kostspielig sind und viel Energie verbrauchen, wie z. B. Ultraschallapparaturen, insbesondere wenn eine sehr feine Emulsion von zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten erzeugt werden soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einer Flüssigkeits-Gas-Dispersion arbeitendes Verfahren zum Homogenisieren einer Mischung mindestens zweier Flüssigkeiten anzugeben, das mit geringem Aufwand besonders homogene Dispersionen liefert

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dispersion durch Beschleunigen entspannt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also in an sich bekannter Weise mit einer FIüssigkeit-Gas-Dispersion gearbeitet Unter einer Flüssigkeit-Gas-Di spersion soll hier ein System aus zwei Phasen bezeichnet werden, in dem die Flüssigkeit die kontinuierliche Phase und Gas die disperse Phase in Form von homogenen dispergierten und äußerst feinen Bläschen (in der Größenordnung von 0,1 mm) bilden, wobei das System als Ganzes sich vom mechanischen Standpunkt aus betrachtet wie ein kontinuierliches Medium oder Kontinuum verhält Die flüssige Phase kann ihrerseits homogen oder nichthomogen sein, letzteres im Falle daß sie aus zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten besteht Ein solches System ist nur in einer Strömung großer Geschwindigkeitbeständig. Es sind auch bereits die verschiedensten Verwen dungsmöglichkeiten für solche Emulsionen bekannt z. B. als Arbeitsmittel in Maschinen wie einem magnetohydrodynamischen Generator, einem Schiffsstrahlwerk mit zwei Phasen, einem isothermen Gaskompi essor oder als Austauschmittel zwischen Phasen (Austausch von Wärme oder Masse) durch inniges In-Berührung-Bringen von gasförmigen und flüssigen Komponenten.

Im Verlauf von Grundlagenforschungen bezüglich der Physik solcher Strömungen wurde in solchen strömenden Medien ein äußerst hohes Maß an Turbulenz festgestellt. Diese anormal große Turbulenz im mikroskopischen Maßstab ermöglicht einen sehr intensiven Stoffaustausch, in dieser Hinsicht kann die Strömung einer Flüssigkeits-Gas-Dispersion als eine Rühreinrichtung für die die Dispersion bildende Flüssigkeit betrachtet werden. Diese Eigenschaft wird bei der vorliegenden Erfindung ausgenutzt. Es wurde üerraschsnderweise festgestellt daß, wenn man eine Dispersion aus zwei mischbaren oder nichtmischbaren Flüssigkeiten und einem Gas bildet eine innige und homogene Mischung oder Emulsion der beiden Flüssigkeiten untereinander äußerst schnell erzielt wird. Man kann dieses Ergebnis auch in den Fällen feststellen, wenn die gasförmige Phase sofort nach Bildung der

Emulsion entfernt wird.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden zur Herstellung einer Mischung zwischen mehreren Flüssigkeiten die zu mischenden Flüssigkeiten getrennt oder in Form einer groben Mischung gleichzeitig mit einem Gas in eine Dispergiereinrichtung eingeführt Die so aus dem

Gas und den Flüssigkeiten gebildete Dispersion wird in

einer Düse, aus der sie mit großer Geschwindigkeit austritt entspannt

Die so gebildete Flüssigkeits-Gas-Dispersion kann so,

wie sie ist, verwendet werden. Andererseits kann das

Gas auch, wenn erforderlich, von den Flüssigkeiten

getrennt werden, und nur die sich ergebende flüssige

Phase verwendet werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es,

sehr schnell eine sehr homogene Mischung zu erzielen, an der quasi die Gesamtheit der flüssigen Phase beteiligt ist. Darüber hinaus eignet sich das Verfahren seiner Natur nach besonders gut zum Einsatz bei kontinuierli-

chen Arbeitsverfahren wie z. B. chemischen Reaktionen.

In dem speziellen Fall von nichtmischbaren Flüssigkeiten ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil aus der Tatsache, daß die erhaltene Flüssigkeit-Flüssigkeit-Emulsion um so feiner ist, je größer die Eatspannung ist, so daß man den Feinheitsgrad nach Wunsch durch geeignete Bemessung der Entspannung bestimmen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch angewendet werden, wenn eine chemische Reaktion zwischen den beiden Flüssigkeiten und einem Gas herbeigeführt werden soll.

Bei den klassischen mechanischem Rührverfahren wird zwar, wenn die Oberfläche der Flüssigkeit stark in Bewegung ist, etwas Schaum (Flüssigkeits-Gas-Dispersion) gebildet, aber dieser umfaßt nur einen sehr geringen Prozentsatz der Flüssigkeitsmenge. Wenn das Rühren in bekannter Weise durch Einblasen von Gas bewirkt wird, bilden sich etwas größere Mengen Flüssigkeits-Gas-Dispersion, aber normalerweise ergibt sich keine Dispersion, an der die Gesamtheit der Masse beteiligt ist Zweifellos aus diesem Grunde sind die besonders vorteilhaften Eigenschaften der Flüssigkeits-Gas-Dispersionen nicht erkannt worden. Diese Eigenschaften können nur auftreten, wenn der größte Teil der Masse an der Dispersion beteiligt wird; wenn nämlich ein erheblicher Prozentsatz des Systems nicht an dem Phänomen teilnimmt, bleibt die Gesamtheit inhomogen bis dieser Prozentsatz spontan oder durch klassische Techniken homogen wird.

Vorzugsweise führt man ungefähr gleichzeitig die in Berührung zu bringenden flüssigen Phasen und das Gas mit relativ großer Geschwindigkeit ein und leitet sie gemeinsam in eine Düse, in welcher ihre Geschwindigkeit weiter ansteigt und ihr Druck sich verringert, wodurch die Dispersion und Emulsion in der vollständigsten und schnellsten Art und Weise hergestellt wird.

In der einzigen Figur ist schematisch eine Apparatur zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens beispielhaft dargestellt. Diese Apparatur enthält zwei konzentrische Leitungen 1 und 2, durch welche die beiden zu mischenden Flüssigkeiten zugeführt werden und an die sich ein Leitungsabschnitt 3 anschließt, eine einmündende Leitung 4, durch die Gas zugeführt wird, einen Leitungsabschnitt 5, in dem sich eine grobe Flüssigkeit-Gas-Dispersion bildet, eine Entspannungsdüse 6, in der sich die Fiüssigkeits-Gas-Dispersion entspannt und die Emulsion der beiden Flüssigkeiten in der sich ergebenden flüssigen Phase verfeinert wird, und einen mit freier Flüssigkeitsoberfläche arbeitenden Zentrifugalseparator 8, in den die Dispersion bei 7 eintritt und aus dem die Luft im Zentrum bei 9 und die Emulsion der beiden Flüssigkeiten am Umfang bei 10 austreten.

Es sei darauf hingewiesen, daß auf einen Separator verzichtet werden kann, wenn die Dispersion aus den beiden Flüssigkeiten und dem Gas. die bei 7 aus der Entspannungsdüse 6 austritt, bei der betreffenden Anwendung direkt verwendet werden kann.

Beispiel

Zur Herstellung einer Wasser-Brennstoff-Mischung für einen Kesselbrenner wurde eine Vorrichtung der dargestellten Art, jedoch ohne den Separator 8 verwendet und die Dispersion vom Auslaß 7 der Düse direkt dem Brenner zugeführt

Es wurde mit folgenden Durchsätzen für den Brennstoff, das Wasser und das aus Luft bestehende Gas verwendet:

Brennstoff: 400 l/h
Wasser: 80 l/h
Luft: 720 l/h

Der Druck der drei Medien betrug am Eingang des Leitungsabschnitts 5 ungefähr 1 Bar. Der Eingangs- und Ausgangsquerschnitt der Düse 6 betrugen ungefähr 0,5 cm² bzw. 0,15 cm².

Mit der vorliegenden Apparatur wurde eine gleichmäßig brennende Flamme und ein merklich besserer Verbrennungswirkungsgrad erzielt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Homogenisieren einer Mischung mindestens zweier Flüssigkeiten, bei welchem eine Dispersion aus den Flüssigkeiten und einem Gas hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion durch Beschleunigen entspannt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Mischkammer, die Zuleitungen für mindestens zwei Flüssigkeiten und ein Gas aufweist, und mit einem sich an die Mischkammer anschließenden Leitungsabschnitt, der von der in der Mischkammer gebildeten Dispersion aus den Flüssigkeiten und dem Gas durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt als Entspannungsdüse (6; ausgebildet ist