DE944667C

DE944667C - Device for the production of emulsions

Info

Publication number: DE944667C
Application number: DES25335A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Eugen Sauter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-10-27
Filing date: 1951-10-27
Publication date: 1956-06-21

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Herstellung von Emulsionen hohen Dispersionsgrades mittels Schall- bzw. Ultraschallwellen.Device for the production of emulsions Subject of the invention is a device for the production of emulsions with a high degree of dispersion by means of Sound or ultrasonic waves.

Man hat bereilts mit mehr oder weniger großem Erfolg versucht, Emulsionen mittels Ultraschallwellen herzustellen. So ist es z. B. bekannt, Emulsionen dadurch herzustellen, daß man die Emulsionen mehrfach die in der Umgebung des Schwingers auftretenden Kavitationszonen durch strömen läßt. Bei einer anderen Anordnung wird dem zu emulgierenden Stoff zunächst Luft bei gemischt, worauf dieses Gemisch dann mit Hilfe mechanischer Schwingungen emulgiert wird. Bjeizdso Anordnungen ~ sind verhältnismäßig aufwendig.One has tried emulsions with more or less success by means of ultrasonic waves. So it is B. known emulsions thereby produce that one emulsions several times in the vicinity of the oscillator occurring cavitation zones can flow through. In another arrangement, the substance to be emulsified is initially mixed with air, whereupon this mixture is then is emulsified with the help of mechanical vibrations. Bjeizdso arrangements ~ are relatively expensive.

Auch ist der Dispersionsgrad und somit die Haltbarkeit der auf diese Weise hergestellten Emulsionen für manche Bledarfsfälle noch nicht ausreichend.Also the degree of dispersion and thus the shelf life is dependent on this Well-prepared emulsions are not yet sufficient for some cases of need.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Emulsion hohen Dispersionsgrades in einem Schall- bzw. Ultraschallfeld nur dann zustande kommen kann, wenn in dem Gefäß, in dem die Emulsion beschallt wird, keine stehenden Wellen auftreten können, wenn also das Gemisch nur fort- schreitenden Wellen ausgesetzt wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Emulsion in einem allseits geschlossenen und ganz mit der zu behandelnden Emulsion gefüllten Gefäß beschallt wird, dessen Wandungen mit einem die Schall- bzw. Ultraschallschwingengen gut absorbierenden Stoff ausgekleidet sind. Zweckmäßig wird als schallabsorbierende Auskleidung ein flüssigkeitsdurchlässiger Stoff, z. B. Samt, Schaumgummi oder Faserstoffe, angebracht: Durch eine solche Auskleidung können Reflexionen in dem Gefäß nicht auftreten, und ,damit werden stehende Wellen zuverlässig vermieden. Das Verfahren kann stationär oder im Durchlaufverfahren betrieben werden; es muß erfindlungsgemäß lediglich darauf geachtet. werden, daß als Beschallungsgefäß ein allseits geschlossenes Gefäß verwendet wird, dessen Wandungen mit einz die Schall- bzw. Ultraschallschwingungen gut absorbierenden Stoff ausgekleidet sind und das einen vorzugsweise in die Wandung des Gefäßes eingebauten Schall- bzw. The invention is based on the knowledge that an emulsion high The degree of dispersion in a sound or ultrasonic field can only come about can, if there are no standing waves in the vessel in which the emulsion is sonicated can occur, i.e. if the mixture only continues walking waves is exposed. This is achieved according to the invention in that the emulsion in one that is closed on all sides and completely filled with the emulsion to be treated The vessel is sonicated, the walls of which with one of the sonic or ultrasonic oscillating genes well-lined absorbent fabric. It is useful as a sound absorbing Lining a liquid permeable fabric, e.g. B. velvet, foam rubber or fiber, attached: Such a lining prevents reflections in the vessel occur, and, thus, standing waves are reliably avoided. The procedure can be operated stationary or in a continuous process; it must be according to the invention just paid attention to it. that as a sonication vessel a closed on all sides Vessel is used, the walls of which with one the sound or ultrasonic vibrations well-absorbent material are lined and one preferably in the wall the built-in sound or

Ultraschallgeber besitzt, dessen Schwingungen auf den Innenraum des Gefäßes gerichtet sind.Has ultrasonic transducers whose vibrations affect the interior of the The vessel are directed.

Einige vorteilhafte Ausführungsformen, von Vorrichtungen nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig 1 ein einfaches Ausführungsbeispiel für stationäre Emulgierung, Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele für Durchlaufbetrieb und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3. Some advantageous embodiments of devices according to the Invention are shown in the drawing. 1 shows a simple embodiment for stationary emulsification, FIGS. 2 and 3, two exemplary embodiments for continuous operation and FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3.

Dem Gefäß I wird an seinem Boden 2 die Schall-bzw. Ultraschallenergie zugeführt, beispielsweise indem das Gefäß in ein ölbad eingetaucht wird, das z. B. mit einem piezoelektrischen Schwinger erregt ist (Fig. I). Der Boden 2 kann eine Membran sein. The vessel I is at its bottom 2 the sound or. Ultrasonic energy supplied, for example by immersing the vessel in an oil bath which, for. B. is excited with a piezoelectric oscillator (Fig. I). The bottom 2 can be a Be membrane.

Das Gefäß ist erfindungsgemäß mit der schallabsorbierenden Schicht 3 ausgekleidet. Die Größe des Behandlungsgefäßes kann durch den verstellbaren Kolben 4, der ebenfalls mit schallabsorbierendem Stoff ausgekleidet ist, eingestellt werden.According to the invention, the vessel is provided with the sound-absorbing layer 3 lined. The size of the treatment vessel can be adjusted using the adjustable piston 4, which is also lined with sound-absorbing fabric, can be set.

Der Kolben bat Oeffnungen, damit -- bei-m Niederdrücken des Kolbens Luft, die in dem Gefäß etwa vorhanden ist, entweichen kann. Hierzu muß auch der schallabsorbierende Stoff 3 zumindest an dem Kolben 4 gasdurchlässig sein, jedoch kann dieser schallabsorbierende Stoff je nach seiner Art auch flüs sigkeits durchlässig verwendet wer den.The piston had openings so that - when the piston was depressed Air that is possibly present in the vessel can escape. To do this, the Sound-absorbing substance 3 be gas-permeable at least on the piston 4, however Depending on its type, this sound-absorbing material can also be liquid-permeable be used.

Die Einrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der- Einrichtung nach Fig. I im wesentlichen dadurch, daß an dem Beschallungsgefäß I zwei Rohrstutzen 5 und 6 angebracht sind, die zum Zu-bzw. Abführen --der Flüssigkeit dienen. Der B(eschallungsraum des Gefäßes wird wiederum nach oben von dem mit schallabsorbierendem Stoff überzogenen Kolben 4 abgeschlossen. Der Kolben und sein schallabsorbierender Verzug müssen in diesem Fall flüssigkeitsdurchlässig sein. Zur Homogenisierung der Strömung ist parallel zu dem Gefäßboden 2, durchiden die Schwingungen eintreten,~eine flüssigkeitsdurchlässige Membran in Form des Siebes 7 angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß alle Flüssigkeitsteilchen etwa gleich lang den Schall- bzw. Ultraschal.lschw ingungen ausgesetzt sind. The device of Fig. 2 differs from the device according to Fig. I essentially in that on the sonication vessel I two pipe sockets 5 and 6 are attached, the to or. Discharge - serve the liquid. Of the The sound chamber of the vessel is turned upwards from the one with the sound-absorbing Fabric covered flask 4 complete. The piston and its sound absorbing In this case, default must be permeable to liquids. To homogenize the The flow is parallel to the vessel bottom 2, through which the vibrations occur, ~ one liquid-permeable membrane arranged in the form of the sieve 7. In this way it is achieved that all liquid particles have about the same length of sound or ultrasound ing are exposed.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfin,dungsgedankens kann die Einrichtung nach der Erfindung auch so ausgebildet werden, daß mit ihr neben der Emulgierung gleichzeitig in einer Vorstufe eine Voremuigierung stattfindet (Fig. 3 und 4). According to a further development of the invention, the device can according to the invention are also designed so that with her in addition to the emulsification At the same time a preliminary evacuation takes place in a preliminary stage (Fig. 3 and 4).

Die Komponenten dfer zu emulgierenden Flüssigkeit treten unter hohem Druck aus einer Düse 8 in den Raum zwischen dem schallabsorbierend ausgekleideten Boden 2 und der Membran 7. Die Düse 8 bildet zusammen mit einem ihr vorgelagerten, in der Zeichnung nicht dargestellten Schaeidkörper eine Flüssigkeitspfeife, die durch die durchströmende Flüssigkeit zu Schwingungen erregt wird und hierdurch die Flüssigkeit feinst zerteilt. Die von der Pfeife ausgehenden Schwillt gungen durchsetzen gleichzeitig die gesamte Flüssigkeitsfüllung des Gefäßes I uud bewirken - hierdurch eine wekere Emulgierung. Es ist aber auch möglich, den Boden des Gefäßes - in der gleichen Weise w,ie in der Fig. I und 2 - zur Einführung von Schall- bzw. Ultraschallwellen zu verwe-uden, wodurch die Emulgierung in der zweiten Stufe noch erhöht wird. The components of the liquid to be emulsified occur under high Pressure from a nozzle 8 into the space between the sound-absorbing lined Bottom 2 and the membrane 7. The nozzle 8, together with an upstream, Schaeidkörper, not shown in the drawing, a liquid pipe that is excited by the flowing liquid to vibrate and thereby the Liquid finely divided. The swellings emanating from the pipe prevail at the same time cause the entire liquid filling of the vessel I uud - thereby a real emulsification. But it is also possible, the bottom of the vessel - in the same way w, ie in Fig. I and 2 - for the introduction of sound or ultrasonic waves to be used, which increases the emulsification in the second stage.

Ist es (bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung erforderlich und erwünscht, ein zusätzliches Dispersionsmittel zu verwenden, so kann dieses bei der Einrichtung nach Fig. 3 und 4 vorteilhaft.durch die Rohrstutzen 9 und Io (Fig. 4) zugeführt werden, die beiderseits der Düse bzw. Is it necessary (when applying the method according to the invention and if it is desired to use an additional dispersant, this can be done at the device according to Fig. 3 and 4 advantageous. by the pipe socket 9 and Io (Fig. 4), which are fed on both sides of the nozzle or

Pfeife 8 angeordnet sind. Es kommt Vor, daß ein Teil der zu emulgierenden Flüssigkeitskomponenten nicht ausreichend dispergiert, um in die Emulsion einzugehen. Es kann daher erwünscht sein, die nicht emulgierten Flüssigkeitskomponenten getrennt von der Emulsion abzuführen. Dies kann bei einem im Durchlaufbetrieb arbeitenden Beschallungsgefäß dadurch in einfacher Weise erreicht werden, daß an dem Behandlungsgefäß mindestens zwei Ventile zur Abnahme der nicht emulgierten Komponente der Emulsion vorgesehen sind, die teils oberhalb und teils unterhalb der Ausflußöffnung der Emulsion angebracht sind. Bei dem Beschallungsgefäß nach Fig. 3 sind zu diesem Zweck unter- bzw. oberhalb der Ausflußöffnung 6 des Gefäßes noch die beiden Ventile ii und 12 angeordnet, wobei die leichtere Komponente der zu emulgierenden Flüssigkeit von dem Ventil II abgenommen werden kanil, während die schwerere aus dem Ventil I2 entnommen wird. Whistle 8 are arranged. It happens that some of the Liquid components not sufficiently dispersed to go into the emulsion. It may therefore be desirable to separate the non-emulsified liquid components dissipate from the emulsion. This can be done in a continuous operation Sonication vessel can be achieved in a simple manner that on the treatment vessel at least two valves for taking off the non-emulsified component of the emulsion are provided, which are partly above and partly below the outflow opening of the emulsion are attached. In the case of the sonication vessel according to Fig. 3, for this purpose or the two valves ii and 12 above the outflow opening 6 of the vessel arranged, the lighter component of the liquid to be emulsified by Can be removed from valve II, while the heavier canal removed from valve I2 will.

Einrichtungen nach der Erfindung sind nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können mannigfach abgewandelt werden. Devices according to the invention are not limited to the exemplary embodiments shown limited, but can be modified in many ways.

Beispielsweise kann bei den Einrichtungen nach Fig. I bis 3 der Schwingungserzeuger selbst in den -Boden des Gefäßes eingebaut werden oder auch einen Teil einer Seitenwand bilden; in letzterem Fall wäre der Boden des Behandlungsgefäßes ebenfalls mit einem schallabsorbierenden Stoff zu überziehen: Der Schwingungserzeuger kann auch in den Kolben 4 eingebaut werden. Ferner ist es möglich, statt eines oder mehrerer fest mit der Gefäßwandung verbundenen Schwingungsgeber einen oder mehrere Schwinger innehalb des Gefäßes anzuordnen, die vorteilhaft so ausgebildet werden, daß ihre Schwingungen nach zwei oder mehreren Richtungen abstrahlen. Diese innerhalb des Gefäßes angeordneten Schwinger können auch mit einem Antrieb versehen werden, durch den sie während der Beschallung eine Relativbewegung gegenüber dem Gefäß, beispielsweise eine drehende Pendeibewegung, erhalten. Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Einrichtung können zur Erhöhung der Beschallungsleistung längs des Umfanges des Behandlungsraumes mehrere Düsen gleichzeitig vorgesehen werden. For example, in the devices according to FIGS. 1 to 3, the vibration generator can even be built into the bottom of the vessel or part of a side wall form; in the latter case the bottom of the treatment vessel would also have a Sound-absorbing material to cover: The vibration generator can also be in the Piston 4 can be installed. Furthermore it is possible, instead of one or several vibration transmitters firmly connected to the vessel wall, one or more To arrange transducers within the vessel, which are advantageously designed in such a way that that their vibrations radiate in two or more directions. This within The oscillators arranged in the vessel can also be provided with a drive, by which they move relative to the vessel during the sonication, for example a rotating pendulum movement. In the one shown in Figs Device can be used to increase the sound reinforcement along the perimeter of the Treatment room several nozzles can be provided at the same time.

Die Einrichtung nach der Erfindung beschränkt sich auch nicht auf die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Form des Gefäßes sowie Ausbildung des den Beschallungsraum begrenzenden Kolbens 4, beispielsweise kann der zur Auskleidung des Gefäßes dienende schallabsorbierende Überzug aus einem in seinem Volumen veränderbaren Gummihohikörper bestehen, der je nach Größe des Behandlungsraumes mehr oder weniger verändert, z. B. aufgeblasen, wird. The device according to the invention is not limited to the shape of the vessel shown in the exemplary embodiments and the formation of the The piston 4 which delimits the sonication chamber, for example the one used for lining the vessel serving sound-absorbing coating made of a variable in its volume There are rubber hollow bodies, depending on the size of the treatment room more or less changed, e.g. B. inflated, is.

Auch die Anwendung des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung ist nicht auf einzelne Fälle beschränkt. Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo es darauf ankommt, beim Beschallen einer Flüssigkeit - im stationären Verfahren oder im Durchlaufbetriebdas Auftreten stehender Wellen weitestgehend auszuschalten und die Flüssigkeit mit fortschreitenden Schall-bzw Ultraschallwellen zu behandeln. Beispielsweise eignet sich das Verfahren nach der Erfindung besonders zum Extrahieren von Bestandteilen aus pflanzlichen Stoffen, z. B. Hopfen in einer Flüssigkeit, sowie auch zum Feinstverteilen beliebiger anderer Stoffe in Flüssigkeiten. Also the use of the method and the device according to the invention is not limited to individual cases. The invention can be used anywhere where it matters, when sonicating a liquid - in the stationary Process or in continuous operation to eliminate the occurrence of standing waves as far as possible and treating the liquid with advancing sonic or ultrasonic waves. For example, the method according to the invention is particularly suitable for extraction of components from plant materials, e.g. B. hops in a liquid, as well also for fine distribution of any other substances in liquids.

Als Schwingungserzeuger sind neben hochfrequenten Schwingern, wie piezoelektrischen und magnetostriktiven Schwingern, - andere niederfrequente Schwinger, insbesondere elektromagnetische oder elektrodynamische Schwingungsgeber anwendbar. In addition to high-frequency vibrators, such as piezoelectric and magnetostrictive transducers, - other low-frequency transducers, in particular electromagnetic or electrodynamic vibration transducers can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Apparatus for the production of high emulsions Degree of dispersion from a preferably pre-emulsified liquid by means of sonic or Ultrasonic waves, characterized by a closed on all sides and completely with the emulsion to be treated filled vessel, the walls of which with a sound or ultrasonic vibration absorbing material are lined, and by a Device for generating progressive sound or ultrasonic waves.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that the sound or ultrasonic transducer is built into the wall in such a way that its vibrations are directed towards the interior of the vessel.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that as a sound-absorbing Lining a liquid permeable fabric, e.g. B. velvet, foam rubber or fiber, is used.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the vessel is provided with means for changing its capacity, for example an adjustable piston closing off a cylindrical vessel (Fig. I).

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the vessel is designed as a flow-through vessel (Fig. 2 and 3).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that in the Flow-through vessel at least one liquid-permeable. Membrane parallel to the vibration-exciting surface of the sound or ultrasound transmitter and preferably is arranged in the vicinity (Fig. 2 and 3).

7. Apparatus according to claim 5 and 6, characterized in that an ultrasonic whistle serves as the inflow line of the flow-through vessel, through which the to be treated emulsion is pre-emulsified.

8. Apparatus according to claim 5 to 7, characterized in that at least two valves on the treatment vessel to remove the non-emulsified component the emulsion are provided, some above and partly below the outflow openings attached to the emulsion.

Attached publications: German patent specifications No. 718 744, 727 155.