DE2846462A1

DE2846462A1 - Verfahren und vorrichtung zum emulgieren mit ultraschall

Info

Publication number: DE2846462A1
Application number: DE19782846462
Authority: DE
Inventors: Jun William B Tarpley
Original assignee: Energy and Mineral Research Co
Current assignee: Energy and Mineral Research Co
Priority date: 1977-10-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1979-04-26
Also published as: JPS5481554A; US4118797A; GB2006630A; FR2407017A1; CA1094425A

Description

PalertanwälU Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

4" Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

2846462 Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 Telex 5 29 513 wakai d

Datum: Unser Zeichen:

25. Oktober 197Ö 16 335 -

Unionspriorität Da tum: Land:
Aktenzeichen:

25- Oktober 1977 V.St.v. Amerika 84-5 177

Bezeichnung:

Verfahren und Vorrichtung zum Emulgieren mit Ultraschall

Anmelder:

Erfinder:

Energy and Minerals Research

517 Schoolhouse Road & U.S.

Nr. 1

Kennett Square, Pennsylvania

1934a /USA

William B. Tarpley, Jr.

992 N. Penn Drive West Chester, Pannsylvania 19380

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Emulgieren von Stoffen, und insbesondere ein Verfahren zum Emulgieren strömender, unvermischbarer Stoffe mit Schwingungsenergie, um in.einer Flüssigkeit Kavitation hervorzurufen.

Emulsionen sind stabile Dispersionen mikroskopisch kleiner Tröpfchen einer Flüssigkeit oder einer halbflüssigen Substanz in einer anderen Flüssigkeit oder einer anderen halbflüssigen Substanz, die miteinander nicht vermischbar sind. Suspendierte feste Teilchen können in Flüssigkeiten und/oder in halbflüssigen Substanzen vorhanden sein. In jüngster Zeit ist das Interesse an Emulgierungen stark gewachsen und bei Untersuchungen von Emulgierungen wurde festgestellt, dass öl, in dem Wasser oder Alkoho.l dispergiert ist, mit höherem Wirkungsgrad und einem geringeren Anteil an die luftverschmutzenden Bestandteilen verbrennt, als wenn reines flüssiges Heiz- oder Dieselöl oder Benzin verbrennt.

Es ist möglich, ein Gemisch aus Benzin und Alkohol in Brennkraftmaschinen zu verbrennen. Weiterhin ist es möglich, diese Mischungen in Öfen zur Energieerzeugung zu verbrennen. Alkohol und öl sind Jedoch nicht mischbar und es ist erforderlich, diese beiden Brennstoffe zu einer stabilen Emulsion zu emulgieren, um mit den vorhandenen Verbrennungseinheiten zufriedenstellend arbeiten zu können. Alkohol wird in; neuester Zeit als Energiequelle wieder entdeckt, da Alkohol in grossen Mengen durch industrielle Fermentierung von Abfallprodukten aus der Landwirtschaft und dgl. verfügbar ist.

Die Erzeugung von Emulsionen unter Verwendung "von Schalloder Ultraschallwellen ist an sich bekannt. Als Beispiel hierfür wird die 'US-PS Re 29 161 genannt.Die in dieser Patentschrift beschriebene Vorrichtung ist jedoch nicht

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für grosse Durchflussmengen geeignet. In dieser Patentschrift wird beispielsweise von einer Durchflussmenge in der Grössenordnung von etwa 80 Liter pro Stunde gesprochen. Bei den herkömmlichen Experimenten wurdenjedoch nicht Wirkungen und Effekte in Betracht gezogen und untersucht, die durch stehende Wellen in Ultraschallfeldern hervorgerufen werden. Stehende Wellen in Ultraschallfeldern können nämlich zu Agglomerationen von Tröpfchen führen, die bereits dispergiert worden sind und es ist erforderlich, zunächst eine grosse Grenzfläche zu erzeugen, und dann Ultraschall zu verwenden, um diese erzeugten Flächen in sehr viele kleine Tröpfchen zu zerteilen. Es besteht Bedarf an Emulgiervorrichtungen, die im Schall- oder Ultraschallbereich arbeiten, jedoch grosse Durchflussmengen von Substanzen oder Stoffen verarbeiten können, die in Form einer Aufschlämmung vorliegen, und ohne dass die Substanzen oder Stoffe vorher vermischt werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen für die Emulgierung von Substanzen und Stoffen zu schaffen bzw. anzugeben, mit denen ein grosser Durchsatz möglich ist, ohne dass ein Vormischvorgang, hohe Drücke oder mechanische Mischvorgänge mit hohem Druck erforderlich sind. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen Kohle und andere Brennstoffe emulgiert werden können.

Das in Anspruch 1 angegebene Verfahren löst die gestellte Aufgabe.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Mit der in Anspruch 9 angegebenen Vorrichtung wird die gestellte Aufgabe ebenfalls gelöst.

Die zu emulgierenden Substanzen oder Stoffe werden durch

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eine Kammer geschickt und durch in den Substanzen oder Stoffen herbeigeführte Kavitation emulgiert, wobei die Substanzen oder Stoffe, die durch die Kammer geschickt werden, mit einem in Resonanz schwingenden, Schwingungen übertragenden Glied in Berührung kommen.

Das Schwingungen übertragende Glied ruft Kavitation in den Substanzen und Stoffen hervor. Dieses Glied ist in einer Kammer derart angeordnet, dass keine inaktiven Schwingungsenergiezonen vorhanden sind, durch die die Substanzen oder Stoffe fliessen bzw. strömen können. Dieses Glied und seine Schwingungsenergiequelle sind mit einer Trägerunterlage ausserhalb der Kammer über eine kraftunempfindliche Halterung verbunden, die Schwingungsenergieverluste, welche durch Übertragung von Schwingungsenergie auf die Trägerunterlage entstehen können, gering hält.

Erfindungsgemäss werden Flüssigkeiten, die normalerweise nicht mischbar sind und emulgiert werden sollen, durch eine eine Schwingungsquelle aufweisende Kammer gleichzeitig geleitet. Eine dieser Flüssigkeiten kann suspendierte feste Teilchen enthalten. Wenn Teilchen vorhanden sind, werden diese zerkleinert und in den Flüssigkeiten wird ein Kaviationsvorgang in der Kammer durch Kontakt mit dem in Resonanz schwingenden, Schwingungen übertragenden Glied herbeigeführt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäss der

vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform

der erfindungsgemassen Vorrichtung, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäss einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. ή- einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäss einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig· 5 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäss einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

In den Zeichnungen sind die gleichen Bauteile oder Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene Vorrichtung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Vorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12, das vorzugsweise aus mehreren miteinander verschraubten Bauteilen besteht, wobei jedoch die Trennlinien dieser Bauteile nicht dargestellt sind. Das Gehäuse 12 besteht aus einem geeigneten korrosionsfesten Material, beispielsweise aus Kunststoff, Keramik und/oder Metall, wie etwa Edelstahl. Das Gehäuse 12 weist einen Einlasskanal 14' auf, dessen Breite wesentlich grosser als seine Höhe ist, und der zwischen zwei entsprechend geformten Einlasskanälen 14 liegt. Diese Einlasskanäle und ein Auslasskanal 16 stehen über eine langgestreckte Kammer 18 im Gehäuse 12 miteinander in Verbindung. Eine langgestreckte Platte oder Scheibe 20, die in Form von Biegung sschwingungen schwingt bzw. in Resonanz mitschwingt und an einer scharfen Randkante einen Schwingungsbauch aufweist, ist in der Kammer 18,von den die Kammer 18 bildenden Wänden beabstandet, nahe der Einlasskanäle angebracht. Die Scheibe 20 ist vorzugsweise im wesentlichen genau so lang wie die Kammer 18. Bei einem Schwingungsbauch ist der Mittelpunkt der Scheibe 20 metallurgisch beispielsweise durch Verschweissen mit einem Ende eines Vibrationsübertragenden Gliedes 22 mit guter Impedanzanpassung verbunden. Durch das Vorliegen eines Schwingungsbauches am Mittelpunkt und am Rand der Scheibe 20 wird die Vibrations- bzw. Schwingungsenergie, die auf die zu emulgierenden Stoffe übertragen werden sollen, vergrössert bzw. verstärkt. Das Glied 22 besteht aus Metall, schwingt in Längsrichtung bzw. in Longitudinalschwingungen in Resonanz und weist vorzugsweise eine zur Kammer 18 hin

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gerichtete konische oder kegelförmige Oberfläche auf, wie dies aus Fig. 1 zu ersehen ist. Das von der Scheibe 20 abgewandte Ende des Gliedes 22 ist mit guter Impedanzanpassung, beispielsweise durch Schweissen oder Löten, fest mit einem Schwingungswandler 24 verbunden.

Der Schwingungswandler 24 kann aus einem laminierten Kern aus Nickel oder einem anderen magnetostriktiven Material mit einer darin ausgebildeten rechteckigen öffnung oder Ausnehmung bestehen. Auf einer Seite der Ausnehmung ist durch dieselbe eine Polarisierungsspule 28 und auf der gegenüberliegenden Seite der Öffnung ist durch dieselbe eine Erreger spule 26 gev/ickelt. Bei Änderung der Magnetfeldstärke der Erregerspule 26 treten gleichzeitig Änderungen in den Abmessungen des Schwingungswandlers unter der Voraussetzung auf, dass durch die Polarisierungsspule 28 Gleichstrom mit einer geeigneten Stromstärke fliesst, und dass die Frequenz der zuvor genannten Änderungen gleich der Frequenz des Wechselstromes ist, der durch die Spule 26 fliesst. Anstelle von magnetostriktiven Wandlern können auch andere Schwingungswandler, beispielsweise elektrostriktive keramische Plättchen verwendet werden, die auf dem Markt angeboten werden.

Das Bauteil 24 ist vorzugsweise mit einer kraftunempfindlichen Halterung 30 versehen. Die Halterung 30 erleichtert die Befestigung des Bauteils 24 und seiner Schwingungsquelle am Gehäuse '12, wobei nur geringe oder überhaupt keine Schwingungsverluste im Gehäuse 12 auftreten.

Eine kraftunempfindliche Halterung ist an sich bekannt, wie dies beispielsweise in der US-PS 2 891 178 beschrieben ist. Eine kraftunempfindliche Halterung besteht aus einem Resonanz-Bauteil mit einer Länge, die gleich einem geradzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge des Materials, aus dem die Halterung hergestellt ist, bei einer Arbeitsfrequenz der Quelle ist, an der die Halterung befestigt ist. Das eine

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Ende ist an einem Schwingungsbauch fest mit dem Glied 22 verbunden, und das andere Ende der Halterung 30 liegt frei. Bei einem einer Viertelwellenlänge der Arbeitsfrequenz entsprechenden ganzzahligen Vielfachen weist die Halterung einen Flansch 32 auf, der radial nach aussen absteht. Der Flansch 32 wird vom Gehäuse 12 gehaltert und mit einem Ring 34- eingeklemmt, der mit dem Gehäuse 12 verschraubt werden kann und eine Abdichtung bildet.

Mehrere unterschiedliche strömende Stoffe, wie beispielsweise Heiz- oder Dieselöl und Wasser; eine Aufschlämmung oder ein Brei aus Kohle, Wasser und Brenn- bzw. Dieselöl; Nahrungsmittel, wie Mayonnaise;Alkohol und ein flüssiger Brennstoff, wie beispielsweise Benzin oder Heiz- bzw. Dieselöl; kosmetische Stoffe; in der Landwirtschaft verwendete oder erzeugte Produkte; Farben, Polituren, Lacke, Glättungsmittel, oder Poliermittel; pharmazeutische Produkte usw., können etnulgiert werden. Als Beispiel für die zu emulgierenden Stoffe wird nachfolgend auf eine Aufschlämmung in Wasser von zerstäubten oder pulverisierten festen Teilchen eines Brennstoffs, beispielsweise Kohle oder Brennrohr bzw. Bagasse oder eine Komponente, die in einen flüssigen Brennstoff suspendiert werden soll, der die andere Komponente darstellt, Bezug genommen. Eine Flüssigkeit, beispielsweise Heiz- oder Dieselöl, wird durch den Einlasskanal 14' in die Kammer 18 gepumpt. Gleichzeitig wird eine Aufschlämmung in einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser und darin enthaltene zerstäubte oder pulverisierte Kohleteilchen durch den Einlasskanal 14 in die Kammer 18 gepumpt. Die Aufschlämmung und das Heiz- bzw. Dieselöl sind nicht vorgemischt. Wenn die Aufschlämmung und das Heizöl durch die Kammer 18 hindurchgeht, erzeugt die Schwingung der Scheibe 20 Hohlräume, Kavitationen, Grenzflächenbrüche und Mikroströmungen in der Aufschlämmung und dem Heizöl. Darüberhinaus kann die Kohle weiter pulverisiert bzw. zerkleinert werden. Bekanntermassen erzeugt Ultraschall-Kavitation Bläschen an den Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzflächen und an den Kohle-Flüssigkeits-

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Grenzflächen, die platzen bzw. implodieren. Die Doppelwirkung des mechanischen Kontaktes mit der Scheibe 20 und der Kavitation in der Aufschlämmung zerkleinert die Kohle und dispergiert Wassertröpfchen und andere Flüssigkeitströpfchen, die Kohleteilchen im Heizöl suspendiert enthalten.

Die erforderliche Schwingungsleistung muss grosser als die Schwingungsleistung sein, die zur Herbeiführung von Kavitation in den Stoffen erforderlich ist, und sie hängt von der verwendeten Flüssigkeit, der Schwingungsfrequenz und der Temperatur der Flüssigkeit ab. Die Schwellenleistung, die zur Herbeiführung von Kaviation in Wasser bei Zimmertemperatur erforderlich ist, liegt zwischen 0,2 und 2 Watt/cm bei einer Schwingungsfrequenz zwischen 1000 und 100 000 Hz. Die Kaviation scheuert die Oberfläche der Kohle und bricht Oberflächenschichten von der Kohle ab, und das Aufprallen oder Aufschlagen der Bläschen führt zu einer Zertrümmerung oder Zerteilung der Oberfläche der Kohle und vergrössern die Diffusionsrate, mit der die Flüssigkeit in die Kohle ein-oder aus der Kohle austritt. Eine solche Zertrümmerung und Diffusion wird dadurch erleichtert, dass Kohle sehr porös ist. Ein solches Schrubben und Zertrümmern führt zu einer schnelleren Emu? sierung der verwendeten Stoffe.

Die.Flüssigkeit, die dazu verwendet wird, die Aufschlämmung bzw. den Brei aus Kohle zu bilden, ist vorzugsweise eine wässrige Flüssigkeit, die ein Durchdringungsmittel bzw. einen Penetrationsverbesserer enthält, um das Zerbrechen, Auseinanderbrechen und Zerteilen der Kohle herbeizuführen. Als Durchdringungsmittel (penetrants) können Ammoniak und Methanol, Tetralin, o-Cyclohexylphenol, Äthanolamin, Pyridin, Acrylonitril, flüssiges Schwefeldioxid und/oder oberflächenaktive Mittel verwendet werden. Diese Flüssigkeiten dringen in die Kohle ein und erleichtern das Zaibr achen oder Zerteilen der Kohle und können als Versprödungsmittel be-" zeichnet werden. Die Versprödungsmittel machen die Kohle für Wechselwirkungen empfindlicher bzw. geeigneter.

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Erforderlichenfalls kann die Aufschlämmung oberflächenaktive Mittel, Schleif- oder Abrieb-Hilfsmittel oder Trenn- Hilfsmittel, wie Gabosil, Natriumsilicoaluminat und dgl. enthalten, die das Reagglomerieren der Kohleteilchen verhindern. Oberflächenaktive Mittel, wie Sorbitanoletat und Mischungen daraus mit Polyoxyäthylensorbitanoleat können weiterhin zugesetzt werden, um die Emulsierung zu erleichtern und die Stabilität der gebildeten Emulsion zu verbessern. Auf Grund der kontinuierlichen Durchströmung der Stoffe durch die Kammer 18 können hohe Produktionsraten erreicht werden.

Wie eine wässrige Kohleaufschlämmung oder ein wässriger Kohlebrei gebildet wird, ist an sich bekannt, da Kohle bereits früher in Form eines Breis bzw. einer Aufschlämmung transportiert wurde. Eine geeignete Aufschlämmung kann dadurch hergestellt werden, dass die nachfolgend angegebenen Komponenten oder Teile in den. angegebenen Gewichtsprozentsatz gemischt werden: Kohle in einem Gewichtsprozentsatz von 1 % bis 70 % mit einer Pulverkörnchengrösse von bzw. bis zu 0,63 cm; der übrige Gewichtsprozentsatz ist die Flüssigkeit.

Der Schwingungswandler 24 arbeitet vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 1000 bis 20 000 Hz. Vorzugsweise sollte die Energiequelle im Ultraschallbereich arbeiten, da die Schwingungsfrequenz über dem Hörbereich liegt, der normalerweise etwa bis zu 14 000 Hz reicht.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die gesamte Vorrichtung mit dem Bezugszeichen 38 versehen ist. Die Vorrichtung 38 umfasst ein Gehäuse 40 mit koaxialen Einlasskanälen 42, 42' und einem Auslasskanal 44, die jeweils mit einer Kammer 46 in Verbindung stehen. Die Kammer 46 weist vorzugsweise eine zylindrische Form auf. Ein erstesund ein zweites Schwingungsübertragungsglied 48 und 50 ragen in die Kammer 46 mit ihren freien Enden ein, an denen ein Schwingungsbauch liegt. Sie

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Glieder 48 und 50 schwingen in LongitudinalSchwingungen und entsprechen sonst dem Glied 22, jedoch mit der Ausnahme, dass sie nicht an ihren freien Enden, die die Schwingungsbäuche darstellen, konisch bzw. kegelförmig ausgebildet sind. Die Glieder 48 , 50 sind voneinander durch einen Spalt 64 beabstandet, der zwischen 0,32 und 2,54 cm breit sein kann.

Das Glied 48 ist mit einer Schwingungsquelle 52 versehen, die der in Fig. 1 dargestellten Quelle entspricht und eine kraftunempfindliche Halterung 56 entsprechend der Halterung 30 aufweist. Das Glied 50 besitzt eine entsprechende Schwingungsquelle 54 und eine kraftunempfindliche Halterung 58. Die Glieder 48 und 50 schwingen vorzugsweise mit einer Phasenverschiebung von 180°, so dass das Feld im Spalt 64 an der Stelle des Kavitationsvorgangs abwechselnd zusammengedrückt und expandiert wird. Zwischen dem Gehäuse 40 und dem Glied 48 ist eine Abdichtung 60 und zwischen dem Gehäuse 40 und dem Glied 50 ist eine entsprechende Abdichtung 62 vorgesehen. Die Abdichtungen können O-Ringe aus polymerem Kunststoffmaterial sein. Gewünschtenfalls können die HaI-terungen56, 58 auch mit dem Gehäuse 40 abgedichtet sein, so dass dadurch die Abdichtungen 60 und 62 nicht benötigt werden. Das Gehäuse 40 ist vorzugsweise aus dem bereits zuvor beschriebenen Material hergestellt. Die Vorrichtung arbeitet in derselben Weise, wie sie bereits im Zusammenhang mit.der Vorrichtung 10 beschrieben wurde.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsforra der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 68 versehen. Diese Vorrichtung 68 entspricht mit Ausnahme der nachfolgend angegebenen Merkmale der Vorrichtung 10. Bei der Vorrichtung 68 ist das Gehäuse 70 mit koaxialen Einlasskanälen 72, 72' und einem Auslasskanal 74 versehen, die jeweils mit der Kammer 76 in Verbindung stehen. Da-s Schwingungsübertragungsglied 78 endet an einer freien Endfläche, an der ein Schwingungsbauch auftritt, und die etwas von der Ausströmstelle, an der die Aufschlämmung

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aus dem Kanal 72 austritt, beabstandet ist, sich jedoch sehr nahe dieser Stelle befindet.

Fig. 4 zeigt eine weitere Aus führung sf or m der vorliegenden Erfindung, bei der die Vorrichtung insgesamt mit dem Bezugszeichen 80 versehen ist. Die Vorrichtung 80 weist ein Gehäuse 82, das in Radialschwingung schwingt bzw. in der Radialschwingung in Resonanz steht, sowie eine darin ausgebildete Kammer 84 auf. In der Kammer 84 ist eine Welle 88 mit einer schraubenförmigen Schnecke ausgebildet, die einen Makro-Mischvorgang ermöglicht. In das Gehäuse 82 werden eine Aufschlämmung und Heiz- bzw. Dieselöl über getrennte, konzentrische Leitungen 85, 85' einströmen gelassen.

Das Gehäuse 82 weist mehrere Schwingungsquellen auf, die radial nach aussen abstehen, und so abgestimmt sind, dass das Gehäuse 82 in radiale Schwingungen versetzt wird. Jede Quelle besitzt ein Schwingungsübertragungsglied 90, dessen eines Ende mit dem Gehäuse 82 in guter Impedanzanpassung und dessen anderes Ende mit einem Schwingungswandler 92 verbunden ist. Jedes Glied 90 ist mit einer kraftunempfindlichen Halterung 94 ausgerüstet. Jede der Halterungen 94 ist an einem nicht dargestellten festen Rahmen befestigt. Die zu emulgierenden Stoffe werden durch die koaxialen Leitungen 85» 85' eingeführt und fliessen durch die Kammer 84 nach unten. Diese Stoffe werden dabei durch die Schraubenschnecke auf der Welle 88 mechanischen Kräften ausgesetzt. In den Stoffen wird Kavitation durch die Resonanzschwingungen des Gehäuses 82 hervorgerufen. Die Welle 88 verhindert, dass sich in der Mitte der Kammer 84 eine inaktive Schwingungszone bildet. Die Welle 88 kann stationär sein, sie kann sich jedoch auch langsam um ihre Längsachse drehen, wozu im letzteren Fall ein nicht dargestellter Motor verwendet wird. Erforderlichenfalls kann die Welle 88 auch in radialen Schwingungen schwingen bzw. Resonanz zeigen.

In Fig. 5 ist eine Vorrichtung 100 gemäss einer weiteren

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Ausführungsform derErfindung dargestellt. Diese Vorrichtung 100 ist mit Ausnahme der nachfolgend angegebenen Merkmale mit der Vorrichtung 10 identisch. Die Vorrichtung 100 besitzt ein Gehäuse 102, das vorzugsweise aus mehreren miteinander verschraubten Bauteilen besteht, wobei die Trennlinien dieser Bauteile in.der Zeichnung nicht dargestellt sind. Das Gehäuse 102 besteht aus einem geeigneten, korrosionsfesten Material, beispielsweise Kunststoff, Keramik oder Metall, etwa Edelstahl. Das Gehäuse 102 weist koaxiale Kanäle 104, 104' und einen Auslasskanal 106 auf, die mit einer kreisförmigen Kammer 108 in Verbindung stehen. Eine kreisförmige Scheibe 110 schwingt in Form von Biegungsschwingungen in Resonanz und weist an einer scharfen Randkante einen Schwingungsbauch" auf. Diese kreisförmige Scheibe 110 ist in der Kammer 108 von den die Kammer 108 bildenden Wänden beabstandet angeordnet.

Der Durchmesser der Scheibe 110 ist vorzugsweise im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kammer 108. An einem Schwingungsbauch ist der Mittelpunkt der Scheibe 110 metallurgisch, beispielsweise durch Schweissen, mit einem Ende eines Vibrationsübertragungsglieds 112 in guter Impedanzanpassung verbunden. Da ein Schwingungsbauch in der Mitte und am Rand der Platte 110 auftritt, wird die den Stoffen übertragene Schwingungsenergie vergrössert bzw. verstärkt. Das" Glied 112 besteht aus Metall, schwingt vorzugsweise in Längsrichtung und ist vorzugsweise in der dargestellten Weise konisch bzw. kegelförmig ausgebildet. Die Kammer steht mit der Kammer 108 über die Auslassöffnung 106 in Verbindung. Das Glied 112 erstreckt sich durch die Kammer, ist hinsichtlich der Kammer koaxial angeordnet und weist einen Schwingungsbauch auf, der zur Aufschlämmung in der Kammer 114 hin weist. Die zu emulgierenden Stoffe fliessen durch die Einlasskanäle 104, 104', durch die Kammer 108, um die Scheibe 110 in der Kammer 114 herum und dann durch den Auslasskanal 106 nach aussen.

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Venn eine Ultraschallwelle in ein Medium übertragen wird, kann die Welle an einer Wand, einer Grenzfläche oder dgl. reflektiert werden. Die reflektierte Welle kann sich mit den eingestrahlten Wellen kombinieren und stehende Wellen bilden. Stehende Wellen sollen jedoch in den zu emulgierenden Stoffen vermieden· werden, da stehende Wellen die Effektivität und Wirksamkeit verringern, EnergieVerluste erhöhen, weil die Ultraschal'lschwingungen gedämpft werden, und eine Wxederzusammenkohlung (Recoales'csnos) der emulgierten Stoffe bewirken.

Es wurden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellt, um die Ausbildung einer stehenden Welle in dem zu emulgierenden Stoff zu verhindern oder klein zu halten. In Fig. 1 werden stehende Wellen vermieden, da die Scheibe 20 in Biegungsschwindüngen schwingt, so dass die reflektierten Wellen zick-zack-förmig verlaufen und sich nicht mit den erzeugten Primärschwingungen zu stehenden Wellen kombinieren können. In Fig. 2 wird im wesentlichen die genannte Kammer durch die aktive Zone an den Endflächen der Glieder 46, 50 gebildet, so dass die Ausbildung von stehenden Wellen unterdrückt wird. Die bauliche Anordnung bei den anderen Ausführungsformen weist dieselbe Wirkung auf. Lediglich bei der Vorrichtung 68 können stehende Wellen in geringem U mfang und ohne Beeinflussung¹ aaf die Wirkungsweise an dem äussersten oberen Ende der Kammer 76 nahe der kraftunempfindlichen Halterung entstehen.

Jede der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist baulich so ausgebildet, dass die zu emulgierenden Stoffe durch die^ aktive Schwingungszone hindurch müssen. Bei jeder Ausführungsform sind die Stoffe einem grossen Oberflächenbereich des Schwinggliedes im Vergleich zu dem Kammerbereich ausgesetzt, durch den die Stoffe strömen bzw. fliessen können. Beispielsweise sind die freien Flächen der Glieder 22 und wesentlich grosser als die Querschnitte dieser Glieder und auch wesentlich grosser als der Querschnitt der Kammer, durch den die Stoffe strömen können. Bei Jeder Ausführungsform

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sind auch aufeinanderfolgende oder fortschreitende Schwingungszonen bzw. Zonen mit immer höherer Schwingu^gsenergie vorhanden, mit denen die Stoffe in Kontakt kommen. Bei den in den Fig. 1 und 3 bis 5> dargestellten Ausführungsformen ergeben sich durch die Änderung der Strömungsrichtung Turbulenzen, die die durch Kavitation verursachten Turbulenzen verstärken. Das Schwingungsübertragungsglied kann in verschiedenen Arten, beispielsweise in Form von longitudinalen, radialen, peristaltisehen oder torsionalen Schwingungen in Resonanz schwingen.

Die vorliegende Erfindung kann auch durch andere Ausführungsformen verwirklicht werden, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Emulgieren strömender, unvermischbarer Stoffe mit Schwingungsenergie, um in einer Flüssigkeit Kavitation hervorzurufen, gekennzeichnet durch gleichzeitiges Durchströmenlassen der zu emulgierenden Stoffe durch eine Kammer, Emulgieren der Stoffe durch Hervorrufen von Kavitation in den Stoffen, wenn sie durch die Kammer strömen, indem die Stoffe mit einer aktiven Zone wenigstens eines in Resonanz schwingenden SchwingungsübertragungsgliedPin Berührung gebracht werden, Anordnen dieses Gliedes in der Kammer in der Weise, dass keine nicht aktiven Schwingungsenergie-Zonen, durch die die Stoffe strömen können, vorhanden sind, und dass die Stoffe in der Nähe der aktiven Zone in die Kammer einströmen, Verhindern von stehenden Wellen in wenigstens dem Hauptbereich der durch die Kammer strömenden Stoffe und Haltern des Gliedes und einer mit dem Glied in Verbindung stehenden Schwingungsquelle mittels einer Halterung, die Schwingung senergie- Verluste durch Übergang auf die Unterlage klein hält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiger Brennstoff als einer der zu emulgierenden Stoffe verwendet wird.
3· Verfahren nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß eine Aufschlämmung, die suspendierte Kohleteilchen enthält, als einer der zu emulgierenden Stoffe verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, dass ein in Resonanz schwingendes Schwingung sübertragungsglied mit wenigstens einem Schwingungs-

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ORIGINAL INSPECTED

bauch in der aktiven Zone, das in der Kammer freiliegt und mit longitudinalen, radialen, torsionalen, perist altischen und/oder Biegungsschwingungen in Resonanz schwingt» verwendet wird.
5- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsübertragungsglied eine Scheibe ist, die in Form von Biegungsschwingungen in Resonanz schwingt, und dass sich ein Sohwingungsbauch am Rand der Scheibe befindet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, dass das in Resonanz schwingende Schwin-EungnübertraRungnßlied eine in der Kammer freiliegende Oberfläche hat, die grosser als die Querschnittsfläche der Kammer ist, durch die die Stoffe flie ssen können.
7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) eine Aufschlämmung mit Kohleteilchen gebildet und

(b) die Aufschlämmung und eine zu emulgierende Flüssigkeit durch getrennte Leitungen gepumpt wird, und dass die Aufschlämmung und die Flüssigkeit gleichzeitig in die Kammer strömen gelassen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer Turbulenzen hervorgerufen werden, und dass die Turbulenzen wenigstens teilweise auf Grund einer Richtungsänderung der Strömung der Aufschlämmung und der Flüssigkeit hervorgerufen werden, wenn sie durch die Kammer strömen.
9· Vorrichtung zum Emulgieren von Stoffen zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsübertragungsglied (22, 48, 50, 78, 82, 112) mit der Trägerunterlage und der Schwingungsquelle ausserhalb des Gehäuses (12, 40, 70, 102) verbunden ist.

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