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Verfahren zum Vermischen von Flüssigkeiten oder Schmelzen, zur Durchführung
von Reaktionen zwischen flüssigen Stoffen und zur Herstellung disperser Systeme
Es sind verschiedene Verfahren zum Vermischen von Flüssigkeiten, zur Durchführung
von Reaktionen und zur Herstellung disperser Systeme bekannt geworden, bei denen
die Verteilung der Flüssigkeiten ineinander in der Weise erfolgt, daß man einen
oder mehrere Stoffe mit Hilfe von gespannten Gasen und Dämpfen zerstäubt und die
erhaltenen Teilchen in einer andern Flüssigkeit aufnimmt.
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Um die Aufnahme der zerstäubten Masse im Dispersionsmittel zu erleichtern,
ist vorgeschlagen worden, den Zerstäubungsapparat unter die Oberfläche des Dispersionsmittels
einzutauchen. Auf diese Weise gibt man den aus dem Zerstäubungsapparat austretenden
Teilchen die Möglichkeit, sich in der großen Masse des Dispersionsmittels gleichmäßig
zu verteilen.
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Bei dieser Art der Vermischung von Flüssigkeiten läßt sich aber der
Übelstand nicht vermeiden, daß in unmittelbarer Nähe des Zerstäubungsapparates das
Mengenverhältnis der Flüssigkeiten nicht das gewünschte ist, sondern zu viel von
der dispersen Phase und zu wenig vom Dispersionsmittel vorhanden ist. Dieser Nachteil
macht sich besonders dann bemerkbar, wenn ein feiner Dispersionsgrad erwünscht ist.
Bei der Austrittsöffnung befinden sich so viele Teilchen der zerstäubten dispersen
Phase, daß eine Wiedervereinigung derselben zu größeren Gebilden unvermeidlich ist.
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Die Herstellung von dispersen Systemen, die einen hohen Prozentsatz
an disperser Phase und wenig Dispersionsmittel enthalten, läßt sich mitunter mit
diesen bekannten Verfahren gar nicht durchführen. Wegen der Anhäufung der dispersen
Phase bei der Austrittsöffnung des Zerstäubungsapparates steht zu wenig Dispersionsmittel
zur Verfügung, um die gebildeten Teilchen aufzunehmen, zu umschließen und ein disperses
System zu bilden.
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Nach der vorliegenden Erfindung lassen sich diese Nachteile beseitigen,
indem man unmittelbar zur Öffnung des Zerstäubungsapparates das Dispersionmittel
ständig zufließen läßt und dafür sorgt, daß die entstandene S Mischung sofort aus
dem Bereich des Apparates fortgeführt wird. Diese Anordnung bietet einen besonderen
Vorteil, wenn das Dispersionsmittel zugleich Emulgierungsmittel für den zu verteilenden
Stoff ist, da das Emulgierungsmittel die Eigenschaft besitzt, den Zerfall der dispersen
-Phase in kleine Teilchen zu begünstigen und eine Wiedervereinigung der erzeugten
Partikeln zu verhindern. Indem stetig das Emulgierungsmittel in unvermischter Form
an die Düsenöffnung geleitet wird, ist die Wirkung viel besser, als wenn in ihm
bereits zahlreiche Teilchen der dispersen Phase suspendiert sind.
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Gegenüber dem bekannten Verfahren des Patentes 405 237, wo die Zerstäubung
durch
gespannte Dämpfe erfolgt, die sich im Dispersionsmittel kondensieren
sollen, bietet die vorliegende Erfindung gleichfalls große Vorteile. Taucht man
nämlich nach dem Verfahren der erwähnten Patentschrift eine Düse, mit der die Zerstäubung
einer Flüssigkeit, z. B. mit Wasserdampf, erfolgt, in ein wäßriges Dispersionsmittel,
so wird bei der Zerstäubung um die Austriftsöffnung der Düse sich ein Dampfraum
bilden, in dem die Teilchen der zerstäubten Phase enthalten sind, das Dispersionsmittel
dagegen keinen Zutritt hat und bei der erst in einer gewissen Entfernung von der
Diise, wenn der Dampf sich zu kondensieren beginnt, die eigentliche Vermischung
erfolgen kann.
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Wird dagegen gemäß dem Verfahren -der vorliegenden Erfindung das
Dispersionsmittel direkt an die Öffnung der Düse geleitet, aus der der Dampf mit
der zerstäubten Phase austritt, so erfolgt die Kondensation des Dampfes gleich nach
dem Austritt aus dem Apparat und die gewünschte Vermischung der Flüssigkeiten tritt
sofort nach der Zerstäubung ein, noch bevor eine Wiedervereinigung der einzelnen
Teilchen erfolgen kann.
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Außerdem gestattet die vorliegende Erfindung auch noch die Energie
auszunützen, mit der die verteilte Masse aus dem Zerstäubungsapparat ausgestoßen
wird, was bei den bis jetzt bekannt gewordenen Verfahren nicht der Fall ist. Das
geschieht in der Weise, daß man das nach der Zerstäubung und Vermischung mit dem
Dispersionsmittel erhaltene disperse System gegen entsprechend angeordnete Oberflächen
aufprallen oder an ihnen vorbeistreichen läßt, so daß ein weiterer Zerfall der Teilchen
erfolgt. So hat man durch vorliegende Erfindung die Möglichkeit, mit ein und demselben
Verfahren Zerstäubung der dispersen Phase und mechanisches Zerkleinern einer gebildeten
Mischung durch Anprall und Reibung vorzunehmen.
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Es hat sich in einigen Fällen als vorteilhaft erwiesen, der dispersen
Phase vor der Zerstäubung ein wenig vom Dispersionsmittel zuzumischen. Das gilt
besonders dann, wenn das Dispersionsmittel ein Emulgierungsmittel ist, das den Zerfall
der dispersen Phase begünstigt.
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Bereits während der Zerstäubung kann in solchen Fällen das Dispersionsmittel
seine Wirkung ausüben und den weitgehendsten Zerfall begünstigen.
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Diese Erkenntnis läßt sich mit Vorteil dort ausnutzen, wo es sich
um das Verteilen von zähflüssigen Stoffen, wie z. B. Pech und Bitumen, handelt.
Man vermischt erst das Pech oder Bitumen mit einem Teil von Dispersionsmittel, zerstäubt
das Gemisch und fängt die zerstäubte Masse im Rest des Dispersionsmittels auf, das
man zur Öffnung des Zerstäubungsapparates in beschriebener Weise hinzufließen läßt.
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Sehr einfach gestaltet sich dieser Vorgang, wenn man zwei Apparate,
die zur Ausübung der Erfindung dienen, hintereinanderschaltet.
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Im ersten Apparat erfolgt die Zerstäubung der dispersen Phase allein,
die in einem Teil des Dispersionsmittels aufgenommen wird.
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Diese Mischung wird in den zweiten Apparat geleitet, dort nochmals
zerstäubt und in den Rest des Dispersionsmittels eingeleitet.
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Es ist einleuchtend, daß das vorliegende Verfahren nicht nur zur
Herstellung von dispersen System benutzt werden kann, sondern es wird überall dort
mit Erfolg angewandt werden können, wo es sich um das Vermischen von Flüssigkeiten
oder Schmelzen handelt. So läßt sich z. B. die Raffination von Olen, wo es nur darauf
ankommt, vorübergehend eine möglichst innige Verteilung des Öles mit der zur Raffination
dienenden Flüssigkeit herzustellen, mit dem Verfahren vorliegender Erfindung mit
Erfolg durchführen. Bei Reaktionen unter flüssigen Stoffen oder Schmelzen wird das
beschriebene Verfahren gleichfalls gute Dienste leisten; denn jede Reaktion verläuft
am schnellsten, wenn eine innige Vermischung der aufeinander reagierenden Stoffe
erzielt wird. So läßt sich z. B. - die Herstellung von Seifen nach vorliegender
Erfindung in der Weise durchführen, daß man die Fette und Öle zerstäubt und die
Lauge zufließen läßt. Während in der Regel die Bildung der Seife längere Zeit in
Anspruch nimmt, erfolgt hier die Verseifung momentan.
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Besonders die Herstellung der Kaltseifen läßt sich nach vorliegendem
Verfahren einfach und zweckmäßig durchführen.
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Die Abbildung gibt eine schematische Darstellung für einen Apparat
zur Ausübung des Verfahrens wieder. Die zur Zerstäubung nötigen gespannten Dämpfe
oder Gase werden durch das Rohr a in den Apparat eingeleitet.
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Beim Austritt zerstäuben sie die im Raume b enthaltene disperse Phase,
die durch das Rohr c ständig zugeleitet wird. Die zerstäubte Masse trifft beim Austritt
aus dem Raume b das Dispersionsmittel, das den Raum e anfüllt und durch das Rohr
f ständig zugeleitet wird. Die entstandene Mischung wird nun durch das konische
Rohr g getrieben, an dessen Wandungen durch Reibung ein weiterer Zerfall der Teilchen
der dispersen Phase erfolgt.
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Um die Zertrümmerung noch weiter zu treiben, kann in diesen Konus
ein Körper eingefügt werden, auf dem die ausgeschleuderte Mischung aufprallt und
an dessen Wandungen gleichfalls durch Reibung eine äußerst feine Verteilung erreicht
werden kann.
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Die oeffnungen h und i, die die Zuflußgeschwindigkeit der dispersen
Phase und des Dispersionsmittels regulieren, können zweckmäßig verstellbar eingerichtet
werden.
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Zur Erläuterung des neuen Verfahrens mögen folgende Beispiele dienen:
Beispiel I Zur Herstellung von wäßrigen Lösungen von Phenol ist ein inniges Verteilen
des letzteren in Wasser erforderlich, da es sich nur zu einem geringen Prozentsatz
löst. Nach dem vorliegenden Verfahren kann Phenol auf einfache Weise dadurch in
Wasser aufgelöst werden, daß man es schmilzt und in diesem Zustande durch das Rohr
c (des schematisch abgebildeten Apparates der beiliegenden Weich nung) an den aus
a austretenden Dampfstrahl leitet, während man zu gleicher Zeit das nötige Wasser
durch das Rohr/an den Dampfstrahl führt. Da nur einige Prozente Phenol in der Regel
in Lösung gebracht werden sollen, muß die Offnungh möglichst eng gehalten werden,
während umgekehrt die Öffnung i weit geöffnet sein soll, um einer großen Wassermenge
den Zutritt zu geben. Der Dampf zerstäubt das Phenol, das vom Wasser aufgenommen
wird und mit diesem innig vermischt den Apparat durch den Hohlraum k verläßt.
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Beispiel 2 Da das Bleichen von Ölen eine innige Verteilung derselben
in den wäßrigen Lösungen der Bleichmittel (Wasserstoffsuperoxyd, Chlorlauge usw.)
voraussetzt, so wird es nach dem vorliegenden Verfahren in der Weise durchgeführt,
daß man Öl durch das Rohr c zu dem aus a austretenden Dampfstrahl zuleitet und die
Bleichflüssigkeit durch das Rohrf gleichzeitig in den Apparat eintreten läßt. Das
innige Gemisch von Öl und Bleichlauge überläßt man sich selbst. Wenn nach einiger
Zeit Trennung erfolgt, kann das oben schwimmende Öl so wieder durch das Rohr c und
die sich unten absetzende Bleichlauge durch das Rohr f an den Dampfstrahl zwecks
nochmaliger Verteilung geleitet werden.
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Beispiel 3 700 kg Steinkohlenteerpech vom Schmelzpunkt 40 bis 500
C werden mit 300 kg Teeröl erwärmt, bis eine homogene Lösung entstanden ist; diese
führt man durch das Rohr c an den aus a austretenden Dampfstrahl. Das Pech wird
dabei zerstäubt und von dem durch f zufließenden Dispersionsmittel, das aus Sulfitablauge
besteht, aufgenommen. Das gebildete disperse System verläßt den Apparat durch die
Öffnung k. Man läßt nun so lange Sulfitablauge zulaufen, bis die 1 000 kg des Pech-Teeröl-Gemisches
emulgiert sind. Um eine möglichst gute Verteilung zu erreichen, kann in dem Hohlraum
k ein Konus eingeführt werden, der am oberen Ende abgestumpft ist. Der Dampfstrahl
schleudert das Gemisch von Pech und Sulfitablauge gegen diese Prallfläche, wodurch
eine besonders innige Verteilung der Bestandteile untereinander bewirkt wird.