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Vorrichtung zur Ultraviolettbestrahlung von Flüssigkeiten.
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Es ist bekannt, Flüssigkeiten der Bestrahlung durch chemisch wirksame
Lichtquellen (Ultraviolettbestrahlung) in der Weise zu unterwerfen, daß man sie
in einem umlaufenden trichterförmigen Behälter auf den von der Lichtquelle bestrahlten
Wandungen durch Zentrifugalwirkung in dünner Schicht ausbreitet. Diese Art der Vergrößerung
der Flüssigkeitsoberfläche kommt hauptsächlich für die Sterilisation von Milch und,
ähnlichen Flüssigkeiten in Betracht, welche für Ultraviolettbestrahlung wenig oder
gar nicht durchlässig sind. Wegen der erforderlichen dünnen Flüssigkeitsschicht,
die etwa nur I mm beträgt, ist die Leistung der bisher bekannten Apparate dieser
Art naturgemäß nur gering.
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Gegenstand der Erfindung ist eine auf der gleichen Wirkungsweise
beruhende Zentrifuge, welche die Möglichkeit gibt, unter Umständen stärkere Flüssigkeitsschichten
bei der Bestrahlung anzuwenden, so daß im gegebenen Falle eine größere Leistungsfähigkeit
erzielt werden kann. Die Einrichtung ist nämlich so getroffen, daß sich die Schichtdicke
je nach Maßgabe der Strahlendurchlässigkeit der Flüssigkeit nach Belieben ändern
läßt. Infolgedessen kann eine und dieselbe Vorrichtung für Flüssigkeiten verschiedenster
Art so benutzt werden, daß jede Flüssigkeit Stets unter den günstigsten Bedingungen,
die hinsichtlich der Leistung erreichbar sind, behandelt wird. Eine weitere Steigerung
der Leistung wird durch Einrichtungen erzielt, welche zugleich mit der Bestrahlung
eine wirksame Durchwirbelung sowie je nach den Verhältnissen eine Durchlüftung oder
Durchgasung der Flüssigkeit vorzunehmen gestatten. Die Durchwirbelung der Flüssigkeit
hat die Folge, daß alle kleinsten Flüssigkeitsteilchen nach und nach an die Oberfläche
gelangen und somit der unmittelbaren Strahlenwirkung ausgesetzt werden. Es können
daher auch solche Flüssigkeiten, die verhältnismäßig undurchlässig für die chemisch
wirksamen Strahlen sind, ohne Beeinträchtigung des Erfolges in stärkeren Schichten
behandelt werden.
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Die neue Vorrichtung eignet sich zufolge der angegebenen Mittel für
mannigfaltige Verwendungszwecke; in Betracht kommt insblesondere die Enthärtung,
Enteisenung, Entmanganung von Wasser, das Bleichen von Ölen, die Beeinflussung von
Gärungsvorgängen in der Brauerei, die Polymerisation von Ölen oder sonstige chemische
Beeinflussung von Flüssigkeiten durch Umlagerung, Reduktion oder Oxydation o. dgl.
m. Selbstverständlich ist auch die Sterilisation von Flüssigkeiten in gleicher Weise
wie mit ,ähnlichen bekannten Apparaten durchführbar.
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Ist beispielsweise vollkommen reines Wasser zu bestrahlen, so können
sehr starke Flüssigkeitssclichten von etwa 5 cm Dicke und mehr eingestellt werden.
Die Strahlendurchlässigkeit
nimmt mit der Trübung des Wassers ab;
es sind also bei trüberem Wasser geringere Schichtstärken anzuwenden, gegebenenfalls
unter gleichzeitiger Durchwirbelung der Flüssigkeitsmenge. Handelt es sich um die
Stersbsation von Milch, welche dem Eindringen der Ultraviolettstrahlung den größten
Widerstand entgegensetzt, so wird die Vorrichtung auf die geringste Schichtdicke
eingeregelt, die aber, wenn zugleich fur eine genügend starke und genügend lange
Durchwirbelung Sorge getragen ist, wesentlich s@ärker als sonst üblich sein kann.
Ähnlich der Milch verhalten sich die meisten Ölsorten.
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Die mit der Durchwirbelung verbundene Durchlüftung hat beispielsweise
bei Bearbeitung von Wasser die günstige Wirkung, daß zugleich eine Enteisenung oder
Entmanganung erfolgt; ebenso tritt bei anderen Flüssigkeiten eine oft erwünschte
Oxydierung ein.
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Anders liegen allerdings die Verhältnisse bei der Sterilisation von
Milch. Diese würde durch Sauers toffverbindungen völlig ungeni4-bar werden, weshalb
bei Milchbehandlung, um den Sauerstoff vollkommen fernzuhalten, die Bestrahlung
und Durchwirbelung in neutralen Gasen vorgenommen wird.
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Die Einstellung und Veränderung der Schichtdicke erfolgt mittels
eines am oberen Rande der Zentrifugentrommel angebrachten, als Wehr oder Überlauf
dienenden Ringes, der entweder auswechselbar oder verstellbar ist. Durch die Auswechselung
kann die Höhe oder radiale Abmessung des Ringes, durch die Verstellung die Breite
der das Anstauen der Flüssigkeit bewirkenden Ringteile verändert werden. Im letzteren
Falle besteht das Wehr beispielsweise aus zwei übereinander angeordneten, mit Schlitzen
versehenen Ringen, die so gegeneinander verschoben werden konnten, daß die Schlitze
sich mehr oder weniger decken, wodurch die Stauwirkung verändert werden kann.
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Die Durchwirbelung der durchströmenden.
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Flüssigkeit wird erzielt durch in diese hineinragende Rechen, deren
Zinken in der einfachsten Form Stifte oder Blechstreifen sind, welche aber auch
als Leitungsröhren mit Aus-Aaßöffnungen ausgebildet sein können, zum Zweck, Luft
oder Gase in die Flüssigkeit an den Stellen der stärksten Wirbelbildung einzuführen.
Die Zinken der Rechen können aber auch a9Kllich Pflugseharen geformt sein, wobei
diese gleichfalls mit Einrichtungen zur Zuführung von Luft oder Gasen versehen sein
können.
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Zur weiteren Steigerung der Luft. oder Gaszuführungkann die Zentrifugentrommel
tzweckmäßig an ihrem oberen Rande mit Luftfangen versehen sein, an welche sich dann
mit Austrittsöffnungen versehene Röhrchen anschließen, die an der Innenwand der
Trommel anliegen und mit dieser umlaufen.
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Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Zentrifuge dient ferner eine
Einrichtung, mittels welcher die in der Trommel kreisende Flüssigkeit bei ihrem
Eintritt schon einer VorbLestrahlung und einer Vordurchlüftung unterworfen wird.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Boden der Zentrifugentrommel in Form eines weit
in das GefäßinnCere hineinragen den, zweckmäßig schwach konisch gestalteten Hohlkörpers
ausgebildet ist. Der Innenraum des Hohlkörpers dient zur Aufnabme der entsprechend
verlängerten Zentrifugenachse, und die Zuführung der Flüssigkeit erfolgt nun in
der Weise, daß sie an der Außenfläche des konischen Hohlkörpers zum Boden herabrieselt.
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Sobald es sich um eine Flüssigkeit, z.
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Wasser, handelt, welches unter höherem Druck zuströmt, ist es zweckmäßig,
mit Hilfe von Wassermotoren die für den Antrieb der Zentrifuge benötigte Kraft der
Energie des zuströmenden Wassers zu entnehmen, was bei den verhältnismäßig niedrigen
Umdrehungszahlen, die erforderlich sind (beispielsweise 300 bis 500 minutliche Umdrehungen),
ohne weiteres möglich ist.
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Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung
als Beispiel veranschaulicht, wobei Abb. 1 einen senkrechten Schnitt und Abb. 2
den Grundriß der Vorrichtung zeigt.
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Die bei dem dargestellten Beispiel im wesentlichen zylindrisch geformte
Zentrifugentrommeln ist mittels eines oberen Stirnlagers und eines unteren Kugelhalslagers
auf einer feststehenden Achse drehbar gelagert. Der Trommelboden ist auf seiner
unteren Seite als Riemenscheibe a' ausgebildet, um von einer äußeren Kraftquelle,
die ein Elektromotor oder aber ein Wassermotor sein kann, angetrieben werden zu
können. Auf der Innenseite der Trommel bildet der Boden einen weit hineinragenden,
schwach konisch geformten Hohlkörper a", der an seinem oberen Ende das auf der Achse
aufliegende Stirnlager bildet. Für den Fall, daß auch sehr undurchlässige Flüssigkeiten
bestrahlt werden sollen, erhält die Trommel zweckmäßiger die Form eines Umdrehungsparaboloids,
dessen erzeugende Parabel der Umdrehungszahl abgemessen ist.
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Der obere Rand der Trommel ist mit einem Wehrring b versehen, der
die aus Abb. 2 ersichtliche Form besitzt, d. h. der Ring weist radial gerichtete
Schlitze auf, die zweckmäßig so breit sind wie die zwischen den Schlitzen befindlichen
Zähne. Mit dem Ring b wirkt em zweiter, diesem gleichgestalteter Ringc zusammen,
der in der Richtung des
Umfanges gegenüber b um die Breite eines
Schlitzes verstellbar ist. Durch den doppelten Lehrring kann also je nach Öffnung
der Lücken mehr oder weniger Wasser hindurchfließen, so daß beim Umlauf der Trommel
die Flüssigkeit mehr oder weniger gestaut wird. Durch Einstellung des verstellbaren
Ringes ist also eine Regelung der Stärke der sich in der Trommel bildenden Flüssigkeitsschicht
möglich.
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An dem die Zentrifuge umgebenden Gestell d ist ein Zuführungsrohr
befiestigt, dessen Austrittsöffnungen die Flüssigkeitsstrahlen auf den inneren konischen
Teil der Zentrifugentrommel richten, so daß die Flüssigkeit bereits auf dem Wege
zum Trommelboden einer mit einer gewissen Durchlüftung verbundenen Vorbelichtung
ausgesetzt wird. Das Gestell d trägt ferner bleispielsweise zwei oder mehrere Quarzbrenner
f, die so angeordnet sind, daß die von diesen ausgehenden Strahlen in möglichst
wirksamer Weise sowohl auf dem Boden als auch auf die äußere und innere Trommeiwandung
gelangen. Weiterhin sind an dem Glestell d eine beliebige Anzahl von Rechen g befestigt,
deren Zinken in die strömende Flüssigkeit hineinragen und diese je nach Form der
Zinken mehr oder weniger allfwirbeln, einesteils um die Flüssigkeitsoberfläche,
welche den Ultraviolettstrahlen ausgesetzt ist, zu vergrößern, andernteils um die
stark bestrahlten Flüssigkeitsteilchen mit den weniger stark bestrahlten zu durchmischen,
so daß nach Verlassen der Zentrifuge alle Flüssigkeitsteilchen eine genügende Bestrahlung,
sei es zwecks Sterilisation oder Oxydation oder einer sonstegen chemischen Einwirkung,
erhalten haben.
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Gleichzeitig mit der Durchwirbelung findet bei Gegenwart von Luft
eine durch die Rechen verursachte kräftige Durchlüftung statt, welche für Oxydationsvorgänge
von Wert ist.
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Zur Erhöhung der Wirkung kann in der aus der Zeichnung ersichtlichen
Weise zugleich Luft durch die hohl ausgeführten Rechen in die Flüssigkeit eingeblasen
werden. Die ganze Vorrichtung kann gasdicht eingeschlossen und der einschließende
Behälter mit anderen Gasen oder Dämpfen gefüllt sein, die mit Hilfe der Ultraviolettbestrahlung
zur Reakdon mit der Flüssigkeit gebracht werden. In diesem Falle dienen die Rechen
gegebenenfalls zur Zuführung der in Anwendung kommenden Gase.
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Zur weiteren Steigerung der Durchlüftung oder Durchgasung ist die
Zentrifugentrommel a mit Windfängern lt versehen, welche zweckmäßig am oberen Rande
der Zentrifugentrommel angebracht sind. An dieseWindfänger schließen sich mit Austrittsöffnungen
versehene und an der inneren Trommelwand befestigte Leitungsröhren i an, welche
die ausströmende Luft in Form von Perlen in der Flüssigkeit verteilen.
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Zwecks vollständiger Ausnutzung der Ultravioiettstrahlen ist die
Trommel zweckmäßig noch mit einem diese Strahlen gut reflektierenden Deckel k beispielsweise
aus Aluniiniumbiech versehen, wie auch aus gleichem Grunde die Trommel für die meisten
Flüssigkeiten, der günstigen Reflektionsverhältnisse wegen aus blank poliertem Aluminiumblech
hergestellt ist.
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Die Ableitung der bestrahlten Flüssigkeit erfolgt in blekannter Weise
entweder durch ein Schöpfrohr , dessen Eintrittsöffnung dem Flüssigkeitsstrom entgegengerichtet
ist, oder durch Überlauf der bestrahlten Flüssigkeit m eine passend geformte Rinne
mit Ablauf.
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Die Zentrifuge kann schließlich mit Vorrichtungen zur Erhöhung oder
Erniedrigung der Temperatur der bestrahlten Flüssigkeit versehen sein.