DE3135568A1

DE3135568A1 - Vorrichtung zur herstellung von dispersionen

Info

Publication number: DE3135568A1
Application number: DE19813135568
Authority: DE
Inventors: Mitsutoshi Tottori Matsuoka
Original assignee: Individual
Current assignee: Matsuoka Mitsutoshi Tottori Jp Arakawa Takeshi
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1981-09-08
Publication date: 1982-08-19
Also published as: CA1189063A; KR870000102B1; GB2084038A; IT1146708B; GB2084038B; US4401606A; IT8168188A0; DE3135568C2; KR830007128A; FR2489707A1; FR2489707B1

Description

1137, Oaza-Higashitsubo, Nawa-cho, Saiha-gun,

Tottori, Japan Vorrichtung zur Herstellung von Dispersionen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Dispersionen, beispielsweise Emulsionen oder Suspensionen, insbesondere von Heizöldispersionen.

Bei den bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Dispersionen wird eine Flüssigkeit mittels Ultraschallwellen oder rotierenden Schaufelräder dispergiert. Obwohl die bekannten Vorrichtungen in der Lage sind, stabile milchähnliche Dispersionen mit darin dispergierten hochfeinen Tröpfchen oder Partikeln herzustellen, können mit diesen Vorrichtungen Dispersionen nur in kleinen Mengen bereitgestellt werden. Wenn desweiteren versucht wird, Dispersionen in großen Mengen herzustellen, so enthalten die Dispersionen relativ große Teilchen. Dies hat beispielsweise im Falle von Heizöl das weitere Problem zur Folge, daß die Dispersion einen schlechten Verbrennungswirkungsgrad hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden, ins besondere die kontinuierliche Herstellung relativ großer Mengen stabiler Dispersionen zu ermöglichen. 5.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die durch ein zylinderförmiges, geschlossenes Gehäuse mit zumindest einem Flüssigkeitseinlaß und einem Dispersionsauslaß sowie mit einer darin koaxial angeordneten, motorisch angetriebenen Drehachse gekennzeichnet ist, die· mit nach außen vorstehenden Hartdrähten versehen ist. Werden diese Hartdrähte mit hoher Geschwindigkeit innerhalb einer in dem Gehäuse befindlichen Flüssigkeit gedreht, so wird die Flüssigkeit sehr fein in winzige Teilchen zerteilt, so daß eine stabile Dispersion kontinuierlich in relativ großer Mengehergestellt werden kann..Sofern als Flüssigkeit Schweröl oder andere Brennstofföle verwendet werden, so hat die Dispersion einen wesentlich verbesserten Verbrennungswirkungsgrad. Zusätzliche Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen indereinfachen, leicht und billig herzustellenden Konstruktion, die zudem wegen ihrer Kompaktheit nur geringen Platzbedarf hat und leicht zu handhaben ist, ohne daß hierfür Spezialfertigkeiten erforderlich sind.

Die Hartdrähte bestehen zweckmäßigerweise aus Stahl. Sie stehen vorzugsweise radial nach außen vor, wobei ihre Anordnung auf der Drehachse möglichst eine Schraubenform bilden soll.

Um einen kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen, sollten der Flüssigkeitseinlaß und der Dispersionsauslaß an den entgegengesetzten Enden des Gehäu-

ses angeordnet sein. Daneben kann auch ein weiterer Flüssigkeitseinlaß vorgesehen sein.

Zweckmäßig ist desweiteren, an einem Ende des Gehäuses ein Zuführrohr für ein Sauerstoff enthaltendes Gas, beispielsweise Luft, vorzusehen.

Das Gehäuse sollte in einer Ausführungsform einen Durchmesser von loo bis 2oo mm, die Hartdrähte einen Durchmesser von o,5 bis 1,2 mm und eine Länge von 2o bis 35 mm haben, wobei der Abstand zwischen den äußeren Enden der Hartdrähte und der Innenwandung des Gehäuses 1 bis 5 mm betragen soll.

In einer anderen Ausführungsform soll das Gehäuse einen Durchmesser von 15o bis 2oo und die Hartdrähte einen Durchmesser von o,5 bis l,o mm und eine Länge von 27 bis 33 mm haben, wobei der Abstand zwischen den äußeren Enden der Hartdrähte und der Innenwandung des Gehäuses 1 bis 3 mm betragen soll.

Als günstig hat sich eine Drehzahl der Drehachse zwischen 16oo bis 36oo U/min und eine Geschwindigkeit der Hartdrähte von 2o bis 5o m/sec erwiesen.

Die Erfindung sieht ferner die vorzugsweise Anwendung der vorbeschriebenen Vorrichtung für die Bildung von Dispersionen aus Brennstoffen, beispielswei.se Schweröl, Kerosin, Gasöl, Altöl, Tier- und Pflanzenöl vor, wobei der Brennstoff über den Flüssigkeitseinlaß eingefüllt wird. Die Anwendung läßt sich dadurch verbessern, daß Wasser durch einen weiteren Flüssigkeitseinlaß zugegeben wird. Schließlieh sieht die Erfindung die Anwendung der vorbeschriebenen Vorrichtung für Flüssigkeitsdispersionen

vor, bei denen einer im Gehäuse enthaltenen Flüssigkeit Luft oder ein anderes Sauerstoff enthaltendes Gas über eine Zuführleitung in einer Menge von 1 bis 5 VoI.% zugeführt wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung von

Dispersionen in der Seitenansicht mit teilweisem Vertikalschnitt;

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Figur 1 entlang der dortigen Linie II-II in einem

Vertikalschnitt und

Fig. 3

und 4 weitere Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Herstellung von Dispersionen

in Seitenansichten mit teilweisen Vertikalschnitten.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 1 zur Herstellung von Dispersionen weist ein geschlossenes Gehäuse 2 in Form eines mit geschlossenen Enden versehenen liegenden Hohlzylinders auf, der auf einem Grundgestell Io horizontal getragen wird. In dem Gehäuse 2 ist eine Drehachse 3 angeordnet, die eine Vielzahl von radial nach außen vorstehenden Hartdrähten 9 aufweist. Diese bestehen aus Stahl und sind auf der Außenfläche der Drehachse 3 eine Schraubenform bildend angeordnet.

Die Drehachse 3 weist an beiden Enden Wellenstümpfe 4 auf, die über Lager 11 in der Mitte der ge-

genüberliegenden Seitenwände des Gehäuses 2 gelagert sind. Das Gehäuse 2 hat beispielsweise einen Durchmesser von 15o mm, während der Rotor 3 einen von 8o mm hat. Die Hartdrähte 9 haben einen Durchmesser von o,8 mm und sind 33 mm lang. Der Abstand ihrer Enden zu der Innenwandung des Gehäuses 2 beträgt 2 mm.

An der in dieser Ansicht linken Seitenwandung des Gehäuses 2 sind ein Einlaßrohr 5 für das Dispersionsmittel und ein Einlaßrohr 7 für das Dispergens angebracht, während mit der gegenüberliegenden Seitenwandung ein Auslaßrohr 6 für die Dispersion verbunden ist. Beispiele für brauchbare Dispersionsmittel sind Brennstofföle, beispielsweise Schweröl, Kerosin, Gasöl, Tier- und Pflanzenöle, Altöl usw. Beispiele für ein Dispergens sind Wasser etc. Außerhalb des Gehäuses 2 ist ein Elektromotor 8 auf dem Grundgestell Io montiert, dessen Antriebswelle mit dem dortigen Wellenstumpf- 4 verbunden ist.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird beispielsweise Schweröl als Dispersionsmittel über das Einlaßrohr 5 in das Gehäuse 2 eingefüllt, während als Dispergens beispielsweise Wasser über das Einlaßrohr 7 in einem Anteil von Io bis 3o %, bezogen auf das Schweröl, zugegeben wird. Wenn die Drehachse 3 im Gehäuse 2 mit einer Drehzahl von . 16oo bis 36oo U/min angetrieben wird, bewegen sich die Hartdrähte, die zur Verringerung des Widerstandes in der Flüssigkeit schlank ausgebildet sind, mit einer Geschwindigkeit von 2o bis 5o m/sec, wobei sie eine Hochgeschwindigkeitsscherflache bilden und eine Kavitation im Bereich ihrer Rückseiten, bezogen auf ihre Bewegungsrichtung verursachen. Auf diese Weise

wird das Wasser in hochfeine Teilchen in der Grössenordnung von Mikrons zerteilt. Auch das Schweröl wird in feine Teilchen oder Tröpfchen und auch in noch kleinere Molekel zerteilt, wobei sich eine stabile, milchartige Dispersion ergibt. Diese Dispersion wird fortschreitend zur Auslaßseite des Gehäuses 2 aufgrund der Rotation der aus Stahl bestehenden und in einer Schraubenform angeordneten Hartdrähte 9 befördert und entweicht dort dem Gehäuse 2 über das Auslaßrohr 6.

Die auf diese Weise erhaltene Dispersion ist ein milchartiges Brennstofföl, in dem das Schweröl einen wesentlich verbesserten Verbrennungswirkungsgrad hat. Dies beruht auf den hochfeinen Wasserteilchen, die Explosivkräfte entwickeln. Der Verbrauch an Schweröl verringert sich hierdurch um 1 bis 3 % und hat desweiteren eine 2o bis 7o %-tige Reduzierung von Verunreinigungen wie Ruß, Staub und Stickstoffoxiden zur Folge, die in den Abgasen enthalten sind.

Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform für die Herstellung einer milchartigen Dispersion eines Brennstofföls aus Schweröl als Dispersionsmittel und Wasser als Dispergens ausgelegt ist, kann in ähnlicher Weise eine Brennstoffoldispersion beispielsweise aus 7o % Schweröl und 3o % ungereinigtem Altöl hergestellt werden. Das Altöl ist dann wiederverwendbar, um Energie einzusparen.

Der Durchmesser des Gehäuses 2 ist dann loo bis 25o mm, vorzugsweise 15o bis 2oo mm. Die Hartdrähte y hat^n einen Duichmesüci von o,5 ois 1,2 mm, vorzugsweise o,5 bis l,o mm und eine Länge von 2o bis 35 nun, vorzugsweise 27 bis 33 mm.

Die äußeren Enden der Hartdrähte 9 sind dann von der Innenwandung des Gehäuses 2 1 bis 5 mm,Vorzugs-

weise 1 bis 3 mm entfernt.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer Dispersion. Bei dieser Ausführungsform ist an dem Gehäuse 2 des ersten Ausführungsbeispieles ein Lufteinlaßrohr 12 befestigt, und zwar an der in dieser Ansicht linken Seitenwandung. Dieses Lufteinlaßrohr 12 ist mit einem Absperrventil 13 ausgestattet. Am einen Ende des Mantels des Gehäuses 2 ist ein Einlaßrohr 5 für Schweröl oder ein ähnliches Dispersionsmittel angeordnet. Im Mittelteil des Mantels des Gehäuses 2 befindet sich ein Einlaßrohr 7 für Wasser oder ein anderes Dispergens.

Wenn Sauerstoff enthaltendes Gas, beispielsweise Luft, in das Gehäuse 2 in einer Menge von 1 bis Vol.%, bezogen auf die Flüssigkeit, eingeführt wird, 'wird die Belastung des Elektromotors stark verringert. Der benötigte Strom beträgt dann bei einem Elektromotor 8 von 3,7 KW ungefähr 18 A, während ohne Zufuhr von Luft der benötigte Strom 22 bis 3o A erreicht, woraus sich eine starke Reduzierung der Belastung ergibt.

Figur 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer Dispersion, bei der das schon in den Figuren 1 und 2 gezeigte Gehäuse 2 verwendet wird. Es weist ein Einlaßrohr auf, das aus einem Endabschnitt des Mantels des Gehäuses 2 herausragt und für die Zufuhr von Schweröl oder einer ähnlichen Flüssigkeit gedacht und nicht für die Zuführung einer anderen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, eingerichtet ist. Dieses Ausführungsbeispiel wird zur Reformierung von Brennstoffölen verwendet, beispielsweise Schweröl, Altöl, Tier- und Pflanzenöl etc., die

ein relativ hohes Molekulargewicht haben.

Wenn über das Einlaßrohr 5 Schweröl oder ein anderes Brennstofföl in das Gehäuse 2 eingefüllt worden ist und dann die Drehachse 3 mit den Hartdrähten 9 mit hoher Drehzahl angetrieben wird, so bewegen sich die Hartdrähte 9 in dem Öl mit einer Geschwindigkeit von 2o bis 5o m/sec. Hierdurch treten Kavitationserscheinungen in dem Öl auf, und zwar im Bereich der Rückseiten der Hartdrähte 9 in Bezug auf die Bewegungsrichtung. Der daraus resultierende hohe Druck und die Hitze brechen die Komponenten des Brennstofföles in kleine Molekel und hochfeine Teilchen auf bzw. dispergieren sie, während die Temperatur des Öls sich um 2o bis 4o ⁰C erhöht. Aus diesem Grunde wird das Brennstofföl weniger viskos und geeigneter für die Zerstäubung in der Brennstoffkammer eines Kesssels und zur Vermischung mit Luft. Das Öl wird auf diese Weise wieder mit hoher Wirksamkeit zünd- und verbrennungswillig.

Wenn beispielsweise Schweröl (Kesselöl) mit der Vorrichtung 1 nach dieser Erfindung mit hoher Drehzahl behandelt und dann in die Verbrennungskammer eines Kessels geleitet wird, so verbrennt das Öl mit hoher Wirksamkeit, wobei eine Verbesserung von 6,1 % des Kesselwirkungsgrades und eine Verminderung von 7,1 % des Brennstoffölverbrauches erzielt wird. Aufgrund dessen hat das Schweröl die Fähigkeit erhalten, fast vollständig ohne Erzeugung von Kohlenstoffmonoxid und mit reduzierten Stickstoffoxid-Emissionen zu verbrennen, um Verschmutzungen zu vermeiden. Aufgrund der verbesserten Verbrennungswirksamkeit ist das Brennstofföl, wenn es mit der Vorrichtung 1 nach

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der vorliegenden Erfindung behandelt worden ist, direkt verwendbar, ohne daß eine Vorheizung, die ansonsten erforderlich wäre, notwendig ist.

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Leerseite

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung von Dispersionen, beispielsweise Emulsionen oder Suspensionen, insbesondere von Brennstofföldispersionen, gekennzeichnet durch ein zylinderförmiges, geschlossenes Gehäuse (2) mit zumindest einem Flüssigkeitseinlaß (5, 7) und einem Dispersionsauslaß (6) sowie mit einer darin koaxial angeordneten, motorisch angetriebenen Drehachse (3), die mit nach außen vorstehenden Hartdrähten (9) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartdrähte (9) aus Stahl bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartdrähte (9) radial nach außen vorstehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geknennzeichnet, daß die Hartdrähte (9) in ihrer Anordnung eine Schraubenform bilden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitseinlaß (5, 7) und der Dispersionsauslaß (6) an den entgegengesetzten Enden des Gehäuses

(2) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Flüssigkeitseinlaß (7) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Gehäuses (2) mit einem Zuführrohr (12) für ein Sauerstoff enthaltendes Gas, beispielsweise Luft, verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) einen Durchmesser von loo bis 2oo mm und daß die Hartdrähte (9) einen Durchmesser von o,5 bis 1,2 nun und eine Länge von 2o bis 35 mm haben und daß der Abstand zwischen den äußeren Enden der Hartdrähte (9) und der Innenwandung des Gehäuses (5) 1 bis 5 mm beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) einen Durchmesser von 15o bis 2oo mm und daß die Hartdrähte (9) einen Durchmesser von o,5 bis l,o mm und eine Länge von 27 bis 33 mm haben und daß der Abstand zwischen den äußeren

Enden der Hartdrähte (9) und der Innenwandung des Gehäuses (2) 1 bis 3 mm beträgt.

Io. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Drehachse (3) zwischen looo bis 36oo U/min und die Hartdrähte (9) eine Geschwindigkeit von 2o bis 5o m/sec aufweisen.

ll. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Io für die Bildung von Dispersionen aus Brennstoffen/ beispielsweise aus Schweröl, Kerosin, Gasöl, Altöl, Tier- und Pflanzenöl, wobei der Brennstoff über den Flüssigkeitseinlaß (5, 7) eingefüllt wird.

12. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser durch einen weiteren Flüssigkeitseinlaß (7) zugegeben wird.

13. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Bildung einer Flüssigkeitsdispersion, bei der einer im Gehäuse (2) enthaltenen Flüssigkeit Luft oder ein anderes, Sauerstoff enthaltendes Gas über eine Zuführleitung (12) in einer Menge von 1 bis 5 Vol.% zugeführt wird.