DE4142891C2 - Homogenisator und seine Verwendung - Google Patents

Homogenisator und seine Verwendung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Homogenisator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und seine Verwendung.
Ein Homogenisator ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster GM 8912938.5 bekannt. Dieser läßt sich wie folgt beschreiben:
Homogenisator mit einem über eine Welle antreibbaren Rotor, der an seiner äußeren Oberfläche parallel zueinander verlaufende radiale Nuten und Stege aufweist, mit einem mit dem Rotor zusammenwirkenden Stator, der an seiner inneren Oberfläche parallel zueinander verlaufende radiale Nuten und Stege aufweist, und mit radial verlaufenden Bohrungen in den Stegen des Rotors und des Stators, deren Durchmesser etwas größer ist als die Breite des Steges und die in regelmäßigen Abständen angebracht sind und bei nebeneinander liegenden Stegen jeweils um die Hälfte ihres Abstandes voneinander versetzt sind, wobei im Betrieb die zu homogenisierenden Medien auf der einen Seite in den Ringspalt zwischen Rotor und Stator eintreten und das Gemisch auf der anderen Seite aus dem Ringspalt austritt. Die Nuten und Stege bei Rotor und Stator verlaufen in parallel zur Wellenachse liegenden Ebenen.
Der beschriebene Homogenisator soll sich zur Herstellung einer Emulsion aus Dieselkraftstoff und Wasser eignen, deren Partikelgröße 1 µm nicht übersteigt und die eine Standzeit von ca. 10 min aufweist.
Es hat sich gezeigt, daß diese Werte mit dem beschriebenen Homogenisator nicht erreicht werden können. Vielmehr liegt die erreichte Partikelgröße im Bereich von 20-30 µm und die Standzeit beträgt 0,5 min. Eine solche Emulsion ist ungünstig hinsichtlich ihrer Verbrennung und der dabei entstehenden Emissionswerte.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Homogenisator bereitzustellen, mit dem eine Dieselkraftstoff-Wasser-Emulsion ohne solche Nachteile hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies mit dem beschriebenen Homogenisator dadurch erreicht, daß die Nuten und Stege bei Rotor und Stator in quer zur Wellenachse liegenden Ebenen verlaufen.
Im erfindungsgemäßen Homogenisator ist die Breite des Mahlspalts zwischen Stator und Rotor vorzugsweise konstant. In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die konstante Breite je nach Bedarf eingestellt werden. Dies erfolgt in üblicher Weise, z. B. über Einstellschrauben, die sich außen auf der Seite des Homogenisators befinden, die jener mit der einseitig austretenden Welle gegenübersteht.
Im erfindungsgemäßen Homogenisator liegt die Drehzahl des Rotors im für Rotoren von Homogenisatoren üblichen Bereich, vorzugsweise im Bereich von 2500-5000 Upm.
Erfindungsgemäß ist bei dem Homogenisator die einseitig austretende Welle mit einem Simmerring abgedichtet, der auf der drucklosen Seite durch einen Teflonring verstärkt ist. Vorzugsweise sind die aneinandergrenzenden Oberflächen des Simmerrings und des Teflonrings passend aufeinander abgestimmt. Erfindungsgemäß weist der Homogenisator eine oder mehrere, vorzugsweise zwei Zuführungsleitungen für die einzubringenden Stoffe auf.
Der erfindungsgemäße Homogenisator eignet sich zur Herstellung einer Emulsion aus Dieselkraftstoff und Wasser. Der Wasseranteil kann je nach verwendetem Dieselkraftstoff gewählt werden, vorzugsweise beträgt er 10-20%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Emulsion. Zur Herstellung einer solchen werden Dieselkraftstoff und Wasser unter Druck im Bereich von 0,25 bar bis 25 bar in den Homogenisator eingeleitet. Die erhaltene Emulsion weist dann eine Partikelgröße von 1 µm und kleiner auf. Ihre Standzeit liegt bei ca. 8 min.
Es hat sich gezeigt, daß die Standzeit der Emulsion auf mehrere Tage verlängert werden kann, wenn ein Tensid, vorzugsweise mit einem HLB-Wert von ca. 8, der Emulsion oder bereits bei Herstellung der Emulsion im Homogenisator zugegeben wird. Günstigerweise beträgt die Menge des Tensids 0,1-1% bezogen auf das Gesamtvolumen der Emulsion.
Eine ähnliche Verlängerung der Standzeit der Emulsion wird erreicht, wenn anstelle des Tensids der Biokatalysator Bioclean (erhältlich bei der Firma Shieer Biotechnology GmbH) zugegeben wird. Günstigerweise beträgt seine Menge 0,1% bezogen auf das Volumen des eingesetzten Wassers. Von Vorteil ist es auch, das Tensid und den Biokatalysator gemeinsam einzusetzen. Ferner ist es günstig, einen handelsüblichen Ionenstabilisator beizugeben.
Eine erfindungsgemäß hergestellte Emulsion kann also aufgrund ihrer langen Standzeit zwischengelagert werden und braucht nicht sofort verwendet werden. Ferner kann sie nahezu rückstandsfrei im Motor verbrannt werden. Auch führt sie zu einer Brennstoffersparnis von bis zu 15% und vermindert erheblich den Verschleiß an Kolbenringen und Ventilen.
Der erfindungsgemäße Homogenisator kann direkt am Motor des Dieselkraftfahrzeuges angebracht werden. Auch eignet er sich zur Installation in Kesselbrennanlagen. Darüber hinaus findet er in allen Bereichen Anwendung, in denen langzeitbeständige Emulsionen oder Suspensionen gefordert sind, wie in der Kosmetik-, Arzneimittel- und Lebensmittelherstellung.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, daß es der erfindungsgemäße Homogenisator ermöglicht, Dieselkraftstoff auch ohne Wasserzugabe in eine Form zu überführen, deren Verbrennungs- und Emissionswerte günstig sind.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Homogenisators ist in den beigefügten Figuren gezeigt.
Abb. 1 zeigt Schnitt und Draufsicht des Stators.
Abb. 2 zeigt eine Draufsicht des Rotors.
Der Stator weist auf seiner inneren Oberfläche parallel zueinander verlaufende radiale Nuten (N) und Stege (S) sowie in den Stegen (S) radial verlaufende Bohrungen (B) auf. Die Nuten (N) und Stege (S) verlaufen in quer zur Wellenachse liegenden Ebenen. Der Durchmesser (⌀) der Bohrungen (B) ist etwas größer als die Breite des Steges (S). Die Bohrungen (B) sind in regelmäßigen Abständen angebracht und bei nebeneinander liegenden Stegen (S) jeweils um die Hälfte ihres Abstandes voneinander versetzt.
Der Rotor weist auf seiner äußeren Oberfläche parallel zueinander verlaufende radiale Nuten (N) und Stege (S) sowie in den Stegen (S) radial verlaufende Bohrungen (B) auf. Die Nuten (N) und Stege (S) verlaufen in quer zur Wellenachse liegenden Ebenen. Der Durchmesser (⌀) der Bohrungen (B) ist etwas größer als die Breite des Steges (S). Die Bohrungen (B) sind in regelmäßigen Abständen angebracht und bei nebeneinander liegenden Stegen (S) jeweils um die Hälfte ihres Abstandes voneinander versetzt.

Claims (5)

1. Homogenisator mit einem über eine Welle antreibbaren Rotor, der an seiner äußeren Oberfläche parallel zueinander verlaufende radiale Nuten und Stege aufweist, mit einem mit dem Rotor zusammenwirkenden Stator, der an seiner inneren Oberfläche parallel zueinander verlaufende radiale Nuten und Stege aufweist, und mit radial verlaufenden Bohrungen in den Stegen des Rotors und des Stators, deren Durchmesser etwas größer ist als die Breite des Steges und die in regelmäßigen Abständen angebracht sind und bei nebeneinander liegenden Stegen jeweils um die Hälfte ihres Abstandes voneinander versetzt sind, wobei im Betrieb die zu homogenisierenden Medien auf der einen Seite in den Ringspalt zwischen Rotor und Stator eintreten und das Gemisch auf der anderen Seite aus dem Ringspalt austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten und Stege bei Rotor und Stator in quer zur Wellenachse liegenden Ebenen verlaufen.
2. Homogenisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Mahlspalts zwischen Stator und Rotor konstant ist.
3. Homogenisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Breite des Mahlspalts je nach Bedarf eingestellt werden kann.
4. Homogenisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Rotors im Bereich von 2500 Upm bis 5000 Upm liegt.
5. Verwendung des Homogenisators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung einer Emulsion aus Dieselkraftstoff und Wasser.
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