DE916988C

DE916988C - Process for comminuting substances by means of cavitation

Info

Publication number: DE916988C
Application number: DEK4882D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kuerth
Original assignee: RUDOLF KUERTH
Current assignee: RUDOLF KUERTH
Priority date: 1942-12-03
Filing date: 1942-12-03
Publication date: 1954-08-23

Description

Verfahren zum Zerkleinern von Stoffen durch Kavitation Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern von Stoffen durch. Kavitation, insbesondere zur Herstellung von. Dispersionen. Es ist bekannt, daß Stoffe durch Kavitation (Hohlraum-Bildung) angegriffen werden. Diese Wirkung ergibt sich aus Entstehen und Zusammenbruch von Gasblasen an dem zu dispergierenden Stoff.Method for comminuting substances by means of cavitation The invention relates to a method for comminuting substances through. Cavitation, in particular for production of. Dispersions. It is known that substances are caused by cavitation (formation of cavities) to be attacked. This effect arises from the emergence and collapse of Gas bubbles on the substance to be dispersed.

Die Erfindung besteht darin, @da,ß die Gasblasen vor Anwendung der Schwingungen: an den Stoff angelagert werden.The invention consists in @ da, ß the gas bubbles before application of the Vibrations: are attached to the fabric.

Nach der Erfindung wird also vermieden, daß die Gasblasen, erst durch die Schwingungen erzeugt werden müssen, was unwirtschaftlich ist.According to the invention it is avoided that the gas bubbles, only through the vibrations have to be generated, which is uneconomical.

Die Schwingung der Gasblasen soll möglichst am Ort erfolgen, die Blasen sollen also nicht pendeln und unter den Schwingungsstößen Wege von ihrer einmal eingenommenen Lage ausführen, Dies tritt dann ein, wenn die pulsierende Gaskugel eine potentielle Energie aus. der Elastizität des Gases aufweist, die der der Umgebung der Gaskugel aufgezwungenen Schwingung entspricht. Dann, wenn kinetische und mittlere potentielle Energie gleich sind, ist Resonanz und Bewegung am Ort vorhanden. Die Schwingungszahl der Gasblase muß also derjenigen der erregenden Schwingung entsprechen.The oscillation of the gas bubbles should take place wherever possible, the bubbles So shouldn't commute and under the vibrational shocks paths from their one time execute assumed position, this occurs when the pulsating gas ball a potential energy. the elasticity of the gas has that of the environment corresponds to the vibration imposed on the gas ball. Then when kinetic and mean potential energies are equal, there is resonance and movement in place. the The number of vibrations of the gas bubble must therefore correspond to that of the exciting vibration.

Im, allgemeinen wird, dem zu zerkleinernden Stoff, sofern er nicht selbst in praktisch flüssiger Form vorliegt, eine Flüssigkeit beigefügt, in der die Gasblasen erzeugt werden. Als Gasblasen: können im, Sinne der Erfindung aber auch die Gaseinschlüsse zwischen feinen: Schüttgütern u. dgl. betrachtet werden. Diese Ein, schlüsse in Hohlräumen haben -die gleiche Wirkung. Sie sind elastisch und haben ein: Potentiäl aus dem jeweiligen äußeren Druck.In general, the material to be shredded, provided that it is not even in practically liquid form, a liquid is added in which the gas bubbles are generated. As gas bubbles: can, in the sense of Invention but also the gas inclusions between fine: bulk materials and the like considered will. These inclusions in cavities have the same effect. They are elastic and have a: potential from the respective external pressure.

Um aus festem Stoff, z. B. Glas, Metall, feinste Masseteile herauszusprengen, wird der Stoff z. B. in Flüssigkeit schwebend angeordnet und mit feinzerteilter Preßluft umspült. Hierdurch setzen sich Luftbläschen an den Stoff an. Um die potentielle Energie zu vergrößern, kann die Flüssigkeit unter einen, äußeren Druck gesetzt werden.To be made of solid material, e.g. B. to blast out glass, metal, the finest mass parts, is the substance z. B. arranged floating in liquid and finely divided Compressed air washes around. This causes air bubbles to adhere to the fabric. To the potential To increase energy, the liquid can be put under an external pressure.

Als Frequenz hat sich bei. Metallen, z. B. ein Bereich von 8 bis zu 8oo kHz als wirksam erwiesen. Bei 8 kHz wird eine Hohlraumgröße von etwa ö,¢ bis o,8 mm gewählt. Bei 2o kHz wird mit Blasen von o,25 bis 0,3 mm Durchmesser Resonanz erreicht. Die bei der erregten, Schwingung sich ergebende Kompression und Dilatation zerreibt die Oberfläche des Stoffes, an. den. sich. die Gasblasen angelagert haben. Die Wirkung ist auch mit Temperatursteigerungen: am Ort verbunden. Wenn der Stoff, an dem die Gasblasen haften, mitschwingt, so kann die Temperatur erheblich hoch steigen. Es sind 35o° und mehr gemessen worden.The frequency has become at. Metals, e.g. B. a range from 8 to 800 kHz has been found to be effective. At 8 kHz, a cavity size of approximately, ¢ to 8 mm is selected. At 20 kHz, resonance is achieved with bubbles 0.25 to 0.3 mm in diameter. The compression and dilation resulting from the excited oscillation rubs the surface of the fabric. the. themselves. the gas bubbles have accumulated. The effect is also associated with increases in temperature: on site. If the substance to which the gas bubbles adhere vibrates, the temperature can rise considerably. 35o ° and more have been measured.

Im Rahme der Erfindung kann eine erhebliche Temperatursteigerung erreicht werden, indem elektrische Wellen des elektromagnetischen Frequenzspektrums auf die zu behandelnden Stoffe gerichtet werden. Zu dispergierende Metalle und andere Stoffe hoher Dielektrizitätskonstante, z. B. keramische blassen mit DE bis ioo, Rutil mit DE 89 Iris 173 usf., nehmen das Kurzwellenfeld, das Ultrakurzwellenfeld, das langwellige Feld (kommerzielle Wellen) auf und erwärmen sich insbesondere an den Oberflächen stark. Infolgedessen trifft an den Berührungspunkten (besser Kreiisflächen) mit den Gasblasen, die Erwärmung zusammen mit dem mechanischen, Effekt aus den Gasbla,sen.resonanzbewegungen. Vorteilhaft ist bei der Anwendung der elektrischen Wellen der erwähnten Bereiche, daß das Fkeld .nicht im gleichen Maße von den Gasblasen (Luft mit DE i) aufgenommen wird. Daraus ergibt sich, diaß die Bedingungen für die Resonanz der Gasblasen zunächst unverändert bleiben.In the context of the invention, a considerable increase in temperature can be achieved are by applying electrical waves of the electromagnetic frequency spectrum to the substances to be treated are addressed. Metals and other substances to be dispersed high dielectric constant, e.g. B. ceramic pale with DE to ioo, rutile with DE 89 Iris 173 etc., take the short wave field, the ultra short wave field, the long wave field Field (commercial waves) and heat up especially on the surfaces strong. As a result, it also meets at the points of contact (better circular surfaces) the gas bubbles, the heating together with the mechanical effect from the gas bubbles, sen.resonanzbewegung. It is advantageous when using the electric waves of the mentioned areas, that the Fkeld .not absorbed to the same extent by the gas bubbles (air with DE i) will. From this it follows that the conditions for the resonance of the gas bubbles initially remain unchanged.

Die erwähnten örtlichen Temperaturspitzen sind wesentlich für den Umfang und das Ergebnis der Kavitaüionsdispergierung. Die Reaktionsgeschwindigkeit .der Kavitation K wächst exponentiell mit BIT (wobei B daß Maß für die Aktivierungsenergie ist). Dies erklärt -sich daraus, däß sowohl der Kristaillheraus#bruch als auch die Kornzerteilung bei zunehmender Temperatur steigen.The mentioned local temperature peaks are essential for the extent and the result of the cavitation dispersion. The reaction speed of the cavitation K grows exponentially with BIT (where B is the measure for the activation energy). This is explained by the fact that both the breakout of crystals and the grain division increase with increasing temperature.

Es ist zweckmäßig, das Verfahren nasch der Erfindung bei Temperaturen vM 3o bis 6o° durchzuführen. Versuche halben ergeben, daß die Kohäsion, der Massepartikel hierbei am besten, die Angriffe auf das Gefüge zuläßt. Die örtlichen Angriffsstellen können aber, wie oben beschrieben, durch Kurzwellen zu, höheren Temperaturen gebracht werden. Es ergibt sich dann ein der Dispergierung günstiges Temperaturgefälle von, z. B. 50 bis zu 35o° und mehr. Ermüdung des Gefüges tritt früher ein und in deren Folge die Abspreng u ng von Masseteilcben.It is expedient to carry out the process according to the invention at temperatures of 30 to 60 °. Trials have shown that the cohesion, the mass particles here at best, allows the attack on the structure. The local points of attack can, however, as described above, be brought to higher temperatures by short waves. A temperature gradient of, for. B. 50 up to 35o ° and more. Fatigue of the structure occurs earlier and, as a consequence, the breaking off of parts of the mass.

Die Leistung des Verfahrens ist abhängig von der Anzahl der Gasblasen, die an,, Ort der Dispergierung schwingen. Um eine möglichst große Menge feinster Gasblasen der obenerwähnten Größe (Durchmesser) zu erzeugen, werden die zu zersprengenden, zu zerstäubenden Masseparfiikel mit Wasser und Luft rasch und gründlich gemischt, z. B. durch Rühren usf. Das Rühren kann unter dauerndem Zusatz von Preßluft erfolgen. Hierbei können. schaumbildende Stoffe zugesetzt werden, z. B. Butylalkohal C4 H9 OH, Amylalkohol C5 H 11 0 H usw. Gut lösliche Schäumer, wie Butylalkohol, sind vorzuziehen.The performance of the process depends on the number of gas bubbles that vibrate at the place of dispersion. In order to generate the largest possible amount of very fine gas bubbles of the size (diameter) mentioned above, the mass particles to be disintegrated and atomized are mixed quickly and thoroughly with water and air, e.g. B. by stirring, etc. The stirring can be carried out with the constant addition of compressed air. Here you can. foam-forming substances are added, e.g. B. Butyl alcohol C4 H9 OH, amyl alcohol C5 H 11 0 H etc. Well soluble foaming agents, such as butyl alcohol, are preferred.

Es ist vorteilhaft, die Blasen, mit festen Oberflächenhäuten. zu versehen. Hierzu eignen sieh Zusätze möglichst weit wasserlöslicher Stoffe, z. B. Kresol C H3 C. H4 O H (Löslichkeit 23 bis 31 9/1), die sich durch Verflechtung längerer Kohlenstoffketten, auszeichnen.It is beneficial to the blisters, with solid surface skins. to provide. For this purpose see additives as far as possible water-soluble substances, z. B. Cresol C H3 C. H4 OH (solubility 23 to 31 9/1), which are characterized by the interweaving of longer carbon chains.

Die Wirkung der Hohlraumschwingung ist ferner davon abhängig, daß die Gasblasen an einem Ort schwingen, also nicht wandern. Zwar tritt Di!sperglierung auch beihr Bewegen der Blasen ein, die Intensität ist jedoch beim Schwingen am Ort größer. Die Haftfähigkeit der Blasen an dem zu dispergierenden Stoff wird verstärkt durch Zusatz von Mitteln, die die Grenzflächenspannung, z. B. zwischen Mineral und Wasser, möglichst groß machen und daher begünstigen, daß das Wasser durch die Luftblasen vom Mineral weggedrängt wird. Die Grenzflächenspannun.g zwischen Mineral und Luft soll gleichzeitig durch diese Mittel möglichst klein werden. Dies ist gegeben z. B. durch das Thio,karbani'fi,d C. H5 N H C S N H C6 H5.The effect of the cavity vibration is also dependent on that the gas bubbles vibrate in one place, so don't wander. It is true that there is disruption also when the bubbles are moving, but the intensity is in place when the bubbles are swinging greater. The ability of the bubbles to adhere to the substance to be dispersed is increased by adding agents that reduce the interfacial tension, e.g. B. between mineral and Make water as large as possible and therefore encourage the water through the air bubbles is pushed away by the mineral. The interfacial tension between mineral and air should at the same time be as small as possible through these means. This is given e.g. B. by the Thio, karbani'fi, d C. H5 N H C S N H C6 H5.

Große Oberflächenspannung der verwendeten Flüssigkeiten ist günstig für einen hohen Wirkungsgrad des Verfahrens nach der Erfindung.A high surface tension of the liquids used is beneficial for a high efficiency of the method according to the invention.

Ferner muß die Druckdifferenz Außendruck zu Sättigungsdruck möglichst hach sein. Bei verschwindender Druckdifferenz wirkt das Verfahren ungenügend.Furthermore, the pressure difference between the external pressure and the saturation pressure must be as possible be good. If the pressure difference disappears, the process is inadequate.

Während der Durchführung des Verfahrens können Temperaturerhöhungen eintreten. Um die Größe der Gasblasen innerhalb des Resonanzgebietes zu halten, ist es zweckmäßig, den äußeren Druck langsam zu erhöhen.Temperature increases can occur during the implementation of the procedure enter. To keep the size of the gas bubbles within the resonance area, it is advisable to slowly increase the external pressure.

Außer dem Wasser können auch andere Flüssigkeiten oder deren. Gemische mit Wasser, verwendet werden, um darin Gasblasen zu erzeigen und auf die zu zertrümmernden Stoffe wirken. zu lassen. Zum Beispiel kann Glyzerin benutzt werden.In addition to water, other liquids or their. Mixtures with water, can be used to reveal gas bubbles in them and to hit those to be shattered Substances work. allow. For example, glycerine can be used.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem dicht zu schließenden. Gehäuse. Dieses wird mit dem zu zertrümmernden Stoff prall gefüllt. Vor Schwingungsbeginn wird durch Rütteln das Zusammensetzen und möglichste Verdichten herbeigeführt. Die zu zertrümmernde Masse soll möglichst in Körnungen unterteilt sein. Zweckmäßig wird nach dem Verschluß der Einrichtung. mechanischer Druck auf den. Inhalt ausgeübt. Die Schwingstöße sollen hochfrequent sein. Für mechanische Schwingungen kommen. Frequenzen ab 2o/s in Frage. Für akustische Schwi'ngungen soll mit 8 kHz begonnen werden. Je, nach denn Stoff kommen aber auch; niedrigere oder höhere Frequenzen zur Anwendung.The device for carrying out the procedure consists of one to close tightly. Casing. This becomes plump with the material to be smashed filled. Before the beginning of the oscillation, the assembly and the possible Compaction brought about. The mass to be smashed should if possible in grains be divided. It is useful after the device has been closed. more mechanical Pressure on the. Content exercised. The shock waves should be high-frequency. For mechanical Vibrations come. Frequencies from 2o / s in question. For acoustic vibrations should can be started at 8 kHz. Depending on the subject matter, too; lower or higher frequencies are used.

Bei Ehifüllung eines flüssigen Übertragungsmittels ist die Wirkung intensiver.When a liquid transfer medium is filled, the effect is more intense.

Wird ein zylindrisches oder kugeliges Gefäß mit praller Füllung in Schwingung versetzt, so wird der z. B. körnige Inhalt auch durch gegenseitigen Abrieb- der Körner weiter zerstoßen. Dadurch werden die Hohlräume besser ausgefüllt. Es muß daher daifür gesorgt werden, daß Lm Gefäß immer aine eng zusammengepreßte Füllung vorhanden ist. Die Pressung kann durch Schraubverschluß nachgestellt werden oder z. B. auch hydraulisch. Ruht auf einem kugeligen Gefäß z. B. eine Flüssigkeitssäule, so kann diese in mechanische Schwingung gebracht werden. Bei großen Geschwindigkeiten kann die Flüssigkeit in der Kugel als feste Masse betrachtet werden.Is a cylindrical or spherical vessel with a bulging filling in Vibration offset, the z. B. granular content also due to mutual abrasion Crush the grains further. As a result, the cavities are better filled. It It must therefore be ensured that the vessel always has a tightly compressed filling is available. The pressure can be readjusted by means of a screw cap or z. B. also hydraulically. Rests on a spherical vessel z. B. a column of liquid, in this way it can be made to vibrate mechanically. At high speeds the liquid in the sphere can be viewed as a solid mass.

Bei der Zuführung von. Luftblasen 6n. feiner Verteilung Mist es zweckmäßig, die zu dispergierenden, etwa großflächigen Stoffe vorher derart aufzurauhen, daß die feinen. Luftbläschen, besser haften. Zu diesem Zweck kann die Oberfläche der zu dispergierenden Stoffe auch mit Unebenheiten, Buckeln, Kapillaren usf. verseben: werden. Die Blasen bleiben in, den Unebenheiten haften und gewährleisten die Schwingung an, einer Stelle.When feeding. Air bubbles 6n. fine distribution of manure it is advisable to roughen the substances to be dispersed, for example large areas, in advance in such a way that the fine. Air bubbles, stick better. For this purpose, the surface of the Sand the substances to be dispersed with bumps, bumps, capillaries, etc.: will. The bubbles remain in the bumps and guarantee the oscillation at one point.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure for. Comminution of the material by Kaivitation, in which the substance was set into high-frequency vibrations by being on it Gas bubbles are atomized, shattered or dispersed, characterized in that; that the gas bubbles are attached to the substance before the vibrations are applied.

2. The method according to claim i, characterized by the application of such vibrations, whose kinetic energy corresponds to the mean potential energy of the gas bubbles.

3. The method according to claim i and 2, characterized in that it is under increased external. Printing is carried out. q .. The method according to claim i to 3, characterized in that that it is below a temperature of. 3o to 6o ° C is carried out. 5. Procedure according to claims i to q., characterized in that under the action of electrical Waves of the electromagnetic frequency spectrum is carried out. 6. Procedure, according to claim i b; is 5; characterized in that during its implementation a continuous increase in temperature is made. 7. The method according to claim: i to 6, characterized in that the component to be dispersed beforehand, in crushed state mixed with water and air: is. B. The method according to claim i to 7, characterized in that it is carried out with the addition of foam-forming substances will. G. Method according to claims i to 8, characterized in that. it under Addition of substances solidifying the bubbles, especially those with a longer carbon chain, is carried out. ok Method according to claims i to g, characterized in that, that it is carried out with a slow increase in external pressure. i i. procedure according to claim i to io, da, characterized in that it is in. one with the to be dispersed Fabric bulging., To be closed tightly, z. B. performed spherical housing is, which is preferably with an adjustable, Versah: luß to compensate for the through the dispersion of the space that becomes free is provided.