DE2953837C1

DE2953837C1 - Pulsation apparatus for the continuous production of an emulsion or a suspension

Info

Publication number: DE2953837C1
Application number: DE2953837A
Authority: DE
Inventors: Mutalibov Abdusal Abdugalievic; Murasov Oleg Dmitrievic; Rachmatulin Chalil Achmetovic; Svartsman Leonid Moiseevic
Original assignee: TASKENTSKIJ AVTOMOBIL NO DOROZ
Current assignee: TASKENTSKIJ AVTOMOBIL NO DOROZ
Priority date: 1979-09-19
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1987-02-26
Also published as: DE2953837A1; GB2070951B; GB2070951A; JPS6231606B2; WO1981000815A1; JPS56501114A

Description

Die Erfindung betrifft einen Pulsationsapparat zu kontinuierlichen Her stellung einer Emulsion oder einer Suspension der im Oberbegriff des Patent anspruchs angegebenen Gattung.The invention relates to a pulsation apparatus for continuous production provision of an emulsion or a suspension of the in the preamble of the patent demanding specified genus.

Aus der US-PS 39 98 433 ist eine Vorrichtung zur Her stellung von pasten- bzw. teigförmigen Gemischen aus pulverförmigen Materialien und Flüssigkeiten bekannt, bei dem eine vorbestimmte Menge an Flüssigkeit konti nuierlich in das pulverförmige Material eingebracht und anschließend mit diesem vermischt und verknetet wird. Im Deckel eines Flüssigkeitstanks ist vertikal ein Eintragsrohr für das pulverförmige Material mon tiert, das in einen sich nach unten zur Mischkammer hin konisch verjüngenden Trichter ausmündet. Dieser im Flüssigkeitstank 5 gleichachsig zum Eintragsrohr mon tierte Trichter bildet einen Überlauf für die im Tank enthaltene Flüssigkeit, die in vorgegebener Menge in Form eines dünnen Filmes an den Innenwänden des Trich ters abläuft. In der unterhalb des Trichters angeord neten Misch- und Knetkammer befindet sich ein Scheiben läufer mit stiftförmigen Zähnen an seiner Oberseite, der bei seiner Verdrehung mit auf Lücke gesetzten stiftförmigen Zähnen an der Unterseite der festen Trennwand zwischen dem Flüssigkeitstank und der Misch- und Knetkammer zusammenwirkt. Aufgrund der bestimmungsgemäßen Arbeitsweise dieser Vorrichtung lassen sich hochdisperse flüssige Gemische aus Emul sionen und/oder Suspensionen nicht herstellen.From US-PS 39 98 433 a device for the manufacture of pasty or pasty mixtures of powdery materials and liquids is known, in which a predetermined amount of liquid is continuously introduced into the powdery material and then mixed and kneaded therewith . In the lid of a liquid tank, an inlet pipe for the powdery material is installed vertically, which opens into a funnel that tapers conically downwards towards the mixing chamber. This funnel mounted in the liquid tank 5 coaxially to the inlet pipe forms an overflow for the liquid contained in the tank, which runs in a predetermined amount in the form of a thin film on the inner walls of the funnel. In the below the funnel angeord Neten mixing and kneading chamber is a disc rotor with pin-shaped teeth on its top, which interacts with its twisted pin-set teeth on the underside of the solid partition between the liquid tank and the mixing and kneading chamber. Due to the intended operation of this device, highly disperse liquid mixtures of emulsions and / or suspensions cannot be produced.

Aus der US-PS 28 82 149 ist ein Apparat zum Mischen, Dispergieren und/oder Homogenisieren von Flüssigkeits gemischen bekannt, in dem in drei übereinandergeschal teten Behandlungsstationen je ein Stator-Rotor-System angeordnet ist. Die scheibenförmigen Statoren tragen an ihrer Unterseite in konzentrischen Kreisen ange ordnete Zähne und begrenzen mit ihrem Außenumfang zusammen mit der Innenwand des zylindrischen Gehäuses je einen vertikalen Ringkanal. Die scheibenförmigen Rotoren sind an einer gemeinsamen vertikalen Antriebs welle befestigt und tragen an ihrer Oberfläche eben falls Zähne, die zwischen die Zahnreihen der Statoren eingreifen. Die zu behandelnde Flüssigkeit wird tangen tial in eine Vorkammer eingeführt und fließt über einen zentralen trichterförmigen Stutzen in den Wir kungsbereich des ersten Stator-Rotor-Systems. Durch die Drehbewegung des mit Zähnen besetzten Scheiben rotors werden nach radial außen gerichtete Teilströ mungen erzeugt, wobei die sich unter Ausbildung von relativ schmalen Spalten aneiander vorbei bewegenden Zähne starke Turbulenzen mit hochfrequenten Änderungen des Strömungswiderstandes erzeugen. In dem zwischen dem Außenumfang des Stators und der Gehäusewand ge bildeten vertikalen Strömungskanal bilden sich inten sive Ringströmungen des Flüssigkeitsgemisches, die zusammen mit den Wirkungen der Zahnreihen eine inten sive Vermischung deren Einzelkomponenten herbeiführen. From US-PS 28 82 149 is an apparatus for mixing, Dispersing and / or homogenizing liquid known mixes in which one on top of the other treatment stations each had a stator-rotor system is arranged. Wear the disc-shaped stators at the bottom in concentric circles tidy teeth and limit with their outer circumference together with the inner wall of the cylindrical housing one vertical ring channel each. The disc-shaped Rotors are on a common vertical drive shaft attached and even carry on their surface if teeth that are between the rows of teeth of the stators intervention. The liquid to be treated will tang tially introduced into an antechamber and overflows a central funnel-shaped nozzle in the we range of the first stator-rotor system. By the rotational movement of the toothed discs rotors are partial flows directed radially outwards mungen generated, with the formation of relatively narrow columns moving past each other Strong turbulence teeth with high-frequency changes of the flow resistance. In the between the outer circumference of the stator and the housing wall ge formed vertical flow channels form in the interior sive ring flows of the liquid mixture, the along with the effects of the rows of teeth bring about their individual components.

Aus dieser ersten Stufe wird das teilbehandelte Flüssigkeitsgemisch mittels trichterförmiger Leit elemente dem Stator-Rotor-System der nächstfolgenden Stufe zugeführt, in welcher sich der Vorgang wieder holt. Das Abführen der Flüssigkeit aus dem Apparat geschieht durch die Wirkung eines am unteren Ende der durchgehenden Antriebswelle sitzenden Schaufel rades über einen horizontal und tangential ange schlossenen Auslaßstutzen. Aufgrund der sich in jeder Stufe ausgebildeten äußeren vertikalen Ringströme ist dieser Apparat zur Herstellung von feindispersen Emulsionen und/oder Suspensionen nur bedingt geeignet. Darüber hinaus sind der Herstellungsaufwand und der Energieverbrauch beträchtlich.From this first stage, the part is treated Liquid mixture using a funnel-shaped guide elements of the next stator-rotor system Stage fed, in which the process again get. Drainage of liquid from the device happens through the action of one at the bottom the continuous drive shaft seated blade wheel over a horizontally and tangentially closed outlet connection. Because of that in everyone Stage is formed outer vertical ring currents this apparatus for the production of finely dispersed Emulsions and / or suspensions are only suitable to a limited extent. In addition, the manufacturing effort and the Energy consumption considerable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pul sationsapparat zu schaffen, mit dem der Dispergiergrad eines flüssigen Mehrkomponentengemisches erheblich ge steigert werden kann.The invention has for its object a Pul creating apparatus with which the degree of dispersion a liquid multicomponent mixture considerably can be increased.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan spruchs gelöst. Die erfindungsgemäße Ausführung des Verbindungskanals zwischen der Vormischkammer und der Mischkammer führt zu beträchtlichen Änderungen der Geschwindigkeiten und Drücke im strömenden Gemisch, über die gesamte Länge der Vormisch- und der Misch kammer sowie zu einer intensivierten Ausbildung von Gasblasen der normalerweise in jedem flüssigen Medium enthaltenen Gase aufgrund der sich beim Austritt des Flüssigkeitsgemisches aus dem unteren verengten Ende des Verbindungskanals ergebenden Druckverhältnisse.This task is accomplished through the features of the patent solved. The execution of the invention Connection channel between the premixing chamber and the Mixing chamber leads to considerable changes in the Velocities and pressures in the flowing mixture, over the entire length of the pre-mix and the mix chamber as well as for an intensified training of Gas bubbles normally in any liquid medium contained gases due to the emergence of the Liquid mixture from the lower narrowed end of the connecting channel resulting pressure conditions.

Beim Durchlauf der Flüssigkeit zwischen den Zähnen am Rotor und am Stator ergeben sich periodische Strömungsunterbrechungen und es entstehen hochfre quente Druckwellen. In dem als Konfusor ausgebildeten Kanal werden aufgrund der sich ändernden Druckver hältnisse freigesetzten Gasblasen unter der Wirkung dieser Druckwellen zerrissen. Diese Erscheinungen können als Mikroexplosionen bezeichnet werden, durch deren freigesetzte Energie die Dispergierung des Ge misches erheblich gesteigert wird. Der erfindungsge mäße Pulsationsapparat ist billig in der Herstellung, nimmt nur geringe Standflächen ein, ist betriebssicher und einfach zu bedienen.When the fluid passes between the teeth on The rotor and the stator are periodic Flow interruptions and there are highly fre quent pressure waves. In the trained as a confuser Channel are due to the changing Druckver released gas bubbles under the effect of these pressure waves torn apart. These appearances can be referred to as micro explosions whose released energy is the dispersion of the Ge mixing is significantly increased. The fiction moderate pulsation apparatus is cheap to manufacture, takes up little space, is reliable and easy to use.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der ein Pulsationsapparat im Längsschnitt dargestellt ist.The invention is exemplified below Explained reference to the drawing in which a Pulsation apparatus is shown in longitudinal section.

Der dargestellte Pulsationsapparat besitzt ein Gehäuse 1 von im wesentlichen zylindrischer Form und senkrechter Längsachse 0-0. Im oberen Teil des Gehäuses 1 ist eine Vormischkammer 2 vorhanden, die durch die Wände des Gehäuses 1 gebildet ist und eine im wesentlichen zy lindrische Form hat. Die Vormischkammer 2 weist im oberen Teil der Seitenwand eine Einlauföffnung 3 für eine einströmendes flüssiges Gemisch auf, das eine Emulsion und/oder eine Suspension ist.The pulsation apparatus shown has a housing 1 of essentially cylindrical shape and a vertical longitudinal axis 0-0. In the upper part of the housing 1 there is a premixing chamber 2 , which is formed by the walls of the housing 1 and has a substantially cylindrical shape. The premixing chamber 2 has an inlet opening 3 in the upper part of the side wall for an inflowing liquid mixture which is an emulsion and / or a suspension.

Im mittleren Gehäuseteil befindet sich eine Mischkammer 4, die mit der Vormischkammer 2 über einen zentralen Kanal 5 in Verbindung steht und gleichachsig zur Vor mischkammer 2 in der Gehäuse-Längsachse 0-0 angeordnet ist. In der im wesentlichen zylindrischen Mischkammer 4 befinden sich ein Rotor 6 und ein Stator 7, die pul sierende Druckänderungen im strömenden Flüssigkeits gemisch erzeugen. Der Rotor 6 ist als Scheibe ausge bildet und an einer zentralen Welle 8 starr befestigt, die durch die Vormischkammer 2 und die Mischkammer 4 geführt ist und von einem auf dem oberen Deckel 1 a des Gehäuses 1 installierten Elektromotor 9 ange trieben wird. Als Stator 7 dient die untere Querwand der Mischkammer 4, auf deren Oberseite trapezförmige Zähne 10 symmetrisch zur Gehäuse-Längsachse 0-0 in gleichmäßig beabstandeten konzentrischen Kreisen aus gebildet sind. Die obere Fläche des Rotors 6 ist eben und an seiner unteren den Zähnen 10 zugekehrten Fläche sind Zähne 11 vorgesehen, deren Form und Abmessungen den Zähnen 10 analog sind. Die Radien der konzentri schen Kreise der Zähne 11 sind von den Radien der kon zentrischen Kreise der Zähne 10 verschieden.In the middle part of the housing there is a mixing chamber 4 , which is connected to the pre-mixing chamber 2 via a central channel 5 and is arranged coaxially with the pre-mixing chamber 2 in the longitudinal axis 0-0 of the housing. In the substantially cylindrical mixing chamber 4 there are a rotor 6 and a stator 7 , the pul generating pressure changes in the flowing liquid mixture. The rotor 6 is a disk and forms being rigidly attached to a central shaft 8, which through the pre-mixing chamber 2 and the mixing chamber 4 is guided and from one to the upper cover 1a of the housing 1 installed electric motor 9 is driven is. The lower transverse wall of the mixing chamber 4 serves as the stator 7 , on the upper side of which trapezoidal teeth 10 are formed symmetrically to the longitudinal axis 0-0 of the housing in uniformly spaced concentric circles. The upper surface of the rotor 6 is flat and teeth 11 are provided on its lower surface facing the teeth 10 , the shape and dimensions of which are analogous to the teeth 10 . The radii of the concentric circles of the teeth 11 are different from the radii of the con centric circles of the teeth 10 .

Die Zähne 11 des Rotors 6 bewegen sich bei Drehung der Welle 8 nahe an den Zähnen 10 der Querwand 7 vorbei, wodurch beim Durchlauf des flüssigen Gemischs pulsierende Widerstandsänderungen erzeugt werden, welche die Turbu lenz intensivieren und zur Erhöhung des Dispergier grades der Emulsion und/oder Suspension beitragen.The teeth 11 of the rotor 6 move when the shaft 8 rotates close to the teeth 10 of the transverse wall 7 , whereby pulsating changes in resistance are generated during the passage of the liquid mixture, which intensify the turbulence and to increase the degree of dispersion of the emulsion and / or Contribute suspension.

In der unteren Querwand 7 ist eine zentrale Auslaß öffnung 12 ausgebildet.In the lower transverse wall 7 , a central outlet opening 12 is formed.

An der Welle 8 sind in der Vormsichkammer 2 Schaufeln 13 starr befestigt, die zur Gehäuse-Längsachse 0-0 symmetrisch angeordnet sind und eine gekrümmte Profil sehne besitzen, deren Ausbauchung in der zum Drehsinn entgegengesetzten Richtung weist. Die Schaufeln 13 fördern das Flüssigkeitsgemisch von der Einlauföffnung 3 über die Vormischkammer 2 in die Mischkammer 4. In der Mischkammer 4 sind an der Welle 8 Schaufeln 14 starr befestigt, deren Bestimmung, Form und Anordnung denen der Schaufeln 13 ähnlich sind. On the shaft 8 in the Vormsichkammer 2 blades 13 are rigidly attached, which are arranged symmetrically to the longitudinal axis 0-0 and tendons have a curved profile, the bulge points in the opposite direction to the direction of rotation. The blades 13 convey the liquid mixture from the inlet opening 3 via the premixing chamber 2 into the mixing chamber 4 . In the mixing chamber 4 8 blades 14 are rigidly attached to the shaft, their determination, shape and arrangement are similar to those of the blades 13 .

Der die Mischkammer 4 mit der Vormischkammer 2 verbindende Kanal 5 ist in Form eines Konfusors aus gebildet, welcher sich in Richtung zur Mischkammer 4 verengt. Der Kanal ist durch einen ringförmigen Vor sprung 1 b begrenzt, der sich im mittleren Teil des Ge häuses 1 befindet und an der Innenwand des Gehäuses 1 ausgeführt ist. Diese Ausführung des Kanals 5 in Form eines Konfusors ergibt starke Druckänderungen des Stromes beim Durchlauf aus der Vormischkammer 2 in die Mischkammer 4, was die Vermischung und Dispergie rung des flüssigen Gemisches intensiviert.The channel 5 connecting the mixing chamber 4 to the premixing chamber 2 is formed in the form of a confuser which narrows in the direction of the mixing chamber 4 . The channel is defined by an annular Before jump 1b limited, which is located in the middle part of the Ge häuses 1 and is executed on the inner wall of the housing. 1 This design of the channel 5 in the form of a confuser results in strong changes in pressure of the current as it flows from the premixing chamber 2 into the mixing chamber 4 , which intensifies the mixing and dispersion of the liquid mixture.

Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist eine Kammer 15 zur zusätzlichen Vermischung gleichachsig zu den Kammern 2, 4 angeordnet. Auf der Welle 8 sind in der Kammer 15 zwei Reihen von elastischen Schaufeln 16, 17 starr be festigt. An den Seitenwänden der Kammer 15 sind eben falls elastische Schaufeln 18 befestigt, die zwischen die beiden Schaufelreihen 16, 17 hineinragen. Die Schaufeln 16, 17, 18 sind zur zusätzlichen Verdrehung und zum Erhalt eines zusätzlichen Dispergiereffektes bestimmt.In the lower part of the housing 1 , a chamber 15 is arranged coaxially with the chambers 2, 4 for additional mixing. On the shaft 8 two rows of elastic blades 16, 17 are rigidly fixed in the chamber 15 be. On the side walls of the chamber 15 just elastic blades 18 are attached, which protrude between the two rows of blades 16, 17 . The blades 16, 17, 18 are intended for additional rotation and for obtaining an additional dispersing effect.

Am Boden der Kammer 15 ist ein Sicherheitsventil 19 vorgesehen, das zur allmählichen Verminderung des Überdruckes des sich bei der Dispergierung des Ge misches entwickelnden Gases bestimmt ist. Ferner ist im Boden der Kammer 15 eine Öffnung 20 als Auslaß für das fertige Gemisch ausgebildet.At the bottom of the chamber 15 , a safety valve 19 is provided, which is intended for the gradual reduction of the excess pressure of the gas developing during the dispersion of the Ge mixture. Furthermore, an opening 20 is formed in the bottom of the chamber 15 as an outlet for the finished mixture.

Der gemäß der Erfindung ausgeführte Pulsations apparat arbeitet in folgender Weise: The pulsation carried out according to the invention apparatus works in the following way:

Beim Einschalten des Elektromotors wird die Welle 8 in Drehung versetzt. Das Flüssigkeitsgemisch in Form einer Emulsion und/oder einer Suspension gelangt durch die Einlauföffnung 3 in die Vormischkammer 2 und fließt unter der Wirkung des von den Schaufeln 13 in der Vormischkammer 2 und den Schaufeln 14 in der Mischkammer 4 erzeugten Förderdrucks durch den Kanal 5 zwischen der Vormischkammer 2 und der Mischkammer 4.When the electric motor is switched on, the shaft 8 is set in rotation. The liquid mixture in the form of an emulsion and / or a suspension passes through the inlet opening 3 into the premixing chamber 2 and flows under the action of the delivery pressure generated by the blades 13 in the premixing chamber 2 and the blades 14 in the mixing chamber 4 through the channel 5 between the Premixing chamber 2 and the mixing chamber 4 .

Während der Rotation des Rotors werden im Flüssigkeits gemisch beim Durchströmen des konfusorförmigen Kanals 5 unter der Wirkung von entstehenden Wellen Blasen des normalerweise im Gemisch anwesenden Gases erzeugt. An diese Gasbläschen lagern sich Flüssigkeitsteilchen der verschiedenen Komponenten an. Durch die vom Stator- Rotor-System erzeugten Druckpulsationen werden diese Gasbläschen zusammen mit den anhaftenden Partikeln der Gemischkomponenten zerrissen, wodurch sich der ange strebt hohe Dispergiereffekt ergibt. Im Konfusor erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit, was zu einer sprung haften Absenkung des hydrostatischen Druckes und zu einer intensivierten Bildung der Gasblasen in der Flüssigkeit führt.During the rotation of the rotor, bubbles of the gas normally present in the mixture are generated in the liquid mixture as it flows through the confuser-shaped channel 5 under the action of emerging waves. Liquid particles of the various components attach to these gas bubbles. Due to the pressure pulsations generated by the stator-rotor system, these gas bubbles are torn together with the adhering particles of the mixture components, which results in the desired high dispersion effect. The flow velocity increases in the confuser, which leads to a sudden drop in the hydrostatic pressure and to an intensified formation of the gas bubbles in the liquid.

Bei umlaufendem Rotor 6 passiert das Gemisch periodisch die sich ändernden Zwischenräume zwischen den Rotor- Zähnen 11 und den Stator-Zähnen 10. Hierbei finden periodische Unterbrechungen des Gemischstromes statt, was die Entstehung von turbulenten Flüssigkeitspul sationen in Form eines Wellenfeldes hervorruft. Nach Durchströmen der Mischkammer 4 wird das Gemisch in der Kammer 15 einer zusätzlichen Vibrationseinwirkung unterworfen, und zwar sowohl einer niederfrequenten Einwirkung infolge der Drehung der Schaufeln 16 und 17, als auch einer hochfrequenten Einwirkung durch den Einfluß der umlaufenden Welle 8 auf den Gemisch strom. Das fertige hochdispergierte flüssige Gemisch fließt durch die Auslauföffnung 20 in einen nicht dar gestellten Spezialbehälter ab.With the rotor 6 rotating, the mixture periodically passes through the changing spaces between the rotor teeth 11 and the stator teeth 10 . Here, periodic interruptions of the mixture flow take place, which causes the formation of turbulent liquid pulsations in the form of a wave field. After flowing through the mixing chamber 4 , the mixture in the chamber 15 is subjected to an additional vibration, both a low-frequency action due to the rotation of the blades 16 and 17 , and a high-frequency action due to the influence of the rotating shaft 8 on the mixture current. The finished highly dispersed liquid mixture flows through the outlet opening 20 into a special container, not shown.

Mit dem Pulsationsapparat können flüssige Gemische aus schwer mischbaren Komponenten, z. B. Benzin und Wasser, Dieselöl und Wasser, mit einem hinreichend hohen Dispergierungsgrad zur Speisung von z. B. Brenn kraftmaschinen mit einer hohen Haltbarkeit von 7 bis 20 h erzeugt werden. Dies gewährleistet eine sprung hafte Verminderung der Toxizität von Auspuffgasen, eine beträchtliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von bis zu 10% und Leistungssteigerungen der Maschinen.With the pulsation device, liquid mixtures from components that are difficult to mix, e.g. B. gasoline and Water, diesel and water, with a sufficient high degree of dispersion for feeding z. B. Brenn engines with a high durability of 7 to 20 hours are generated. This ensures a jump Exhaust gas toxicity reduction, a considerable improvement in the economy of up to 10% and performance increases of the machines.

Pulsationsapparate gemäß der Erfindung können effektiv in Wärmekraftanlagen zur Herstellung von hochdispergierten Flüssig-Brennstoffen verwendet werden. Weitere Anwendungsgebiete sind die Bauindustrie zur Produktion von Baustoffen, die chemische Industrie zur Herstellung von z. B. Klebe- und Imprägniermitteln für Gewebe, die Lebensmittelindustrie, die pharmazeuti sche Industrie und die Möbelindustrie zur Herstellung von Dekorationsüberzügen.Pulsation apparatus according to the invention can effective in the production of thermal power plants highly dispersed liquid fuels used will. The construction industry is another area of application for the production of building materials, the chemical industry for the production of z. B. adhesives and impregnating agents for tissue, the food industry, the pharmaceutical and the furniture industry for manufacturing of decorative covers.

Claims

Pulsation apparatus for the continuous production of an emulsion or a suspension with a rotationally symmetrical housing, with a premixing chamber having an inlet opening and a mixing chamber having an outlet opening in the housing, with a channel arranged centrally in a partition between the premixing chamber and the mixing chamber and with one Rotor and a stator in the mixing chamber for generating pulsating resistance changes in the mixture, characterized in that the channel ( 5 ) is designed in the form of a constrictor which narrows towards the mixing chamber ( 4 ) and which is guided by a central part of the housing ( 1 ) is formed on the inner wall of the annular projection ( 1 b) , the speed of the mixture flowing through the channel being chosen so high that gas bubbles form when the mixture emerges from the channel, and that in the premixing chamber ( 2 ) a rotary driven paddle wheel ( 13 ) to promote the Mixture and is arranged to generate a turbulent flow in the mixture.