DE952707C

DE952707C - Vorrichtung zum Dispergieren

Info

Publication number: DE952707C
Application number: DES5959D
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Eugen Sauter; Dr-Ing Rudolf Schoefer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-03-29
Filing date: 1940-03-29
Publication date: 1956-11-22

Description

Vorrichtung zum Dispergieren Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Dispergieren eines flüssigen oder gasförmigen Mittels in einem flüssigen oder gasförmigen Dispersionsmittel, beispielsweise zum Dispergieren von 01 in Wasser oder Wasser in Ö1 unter Anwendung von schnellen Schwingungen hoher Frequenz, welche vorzugsweise erfindungsgemäß darin besteht, daß das zu dispergierende Mittel durch ein engporiges Filter hindurch dem in schneller Bewegung befindlichen Dispersionsmittel unter Druck zugeführt wird. Das Dispergieren kann mit der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise derart durchgeführt werden, daß das Dispersionsmittel zum mindesten in der Nähe der Auslaßseite des Filters in schnelle Schwingbewegungen hoher Frequenz, vorzugsweise von Schall- oder Ultraschallfrequenz, erhalten wird. Es ist zwar bereits bekannt, Emulsionen mit Hilfe von Schall- oder Ultraschallschwingungen herzustellen, doch kann die Wirkung der hierzu bekannten Anordnungen durch die Zuführung des Dispersionsmittels durch Filter noch erheblich gesteigert werden. Man kann bei der Einrichtung nach der Erfindung das Dispersionsmittel auch an der Auslaßseite des Filters in schneller Strömung erhalten. Diese Art der Durchführung zeichnet sich durch besondere Einfachheit der zur Dispersion benötigten Einrichtungen aus.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
In Fig. 1 ist ein Magnetostriktionsschwinget -dargestellt, welcher aus dem magnetostriktiven Schwingstab I und seiner Erregerspule 2 besteht.
Die untere Hälfte des Schwingstabes I ist von einem rohrförmigen, eng anliegenden, nicht metallischen Gehäuse 3 umgeben, welches an seinem oberen Ende den Schwingstab im Schwingungsknoten berührt und hier mittels Gummi od. dgl. abgedichtet ist. An dem anderen Ende des Gehäuses 3 ist ein Filter 4 eingelassen, an welches eine Zuführungsleitung 5 für das zu dispergierende Mittel angeschlossen ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß sich die Auslaßseite des Filters 4 in geringem Abstand von der Stirnseite des Schwingstabes I befindet. Des weiteren ist an dem Gehäuse 3 noch eine strahlrohrförmige Zuführungsleitung 6 für das Dispersionsmittel derart vorgesehen, daß das Dispersionsmittel unmittelbar dem zwischen dem Filter 4 und dem Schwingstab I befindlichen Raum zugeführt wird, sowie eine Abfluß leitung 7 für die gewonnene Emulsion.
Die Wirkungsweise ist folgende: Wird die Erregerspule 2 an eine Wechselspannung geeigneter Frequenz angeschlossen, so entsteht in dem Zwischenraum zwischen dem Filter 4 und dem Schwingstab 2, in welchem sich das durch das Rohr 6 zugeführte Dispersionsmittel befindet, eine Schwingungszone. Dieser Schwingungszone wird das zu dispergierende Mittel von dem Rohr 5 aus durch das engporige Filter 4 hindurch unter Druck zugeführt. Als zu dispergierendes Mittel sei beispielsweise öl und als Dispersionsmittel beispielsweise Wasser vorgesehen. Das öl wird also in bereits feinverteiltem Zustand der Schwingungszone zugeführt, und dort in das in schneller Bewegung befindliche Wasser, unter Einwirkung der in der Schwingungszone auftretenden Kavitation in hohem Grade dispergiert.
Eine vorteilhafte Abwandlung der in Fig. I gezeigten Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Teile I bis 5 und 7 sind die gleichen wie bei Fig. I.
An Stelle des in Fig. 1 gezeigten Zuführungsrohres 6 ist im vorliegenden Falle zur Zuführung des Dispersionsmittels der Schwingstab I hohl ausgebildet und als Zuführungsleitung für das Dispersionsmittel vorgesehen. Die der Schwingungszone bzw. dem Filter zugekehrte Stirnseite des Schwingkörpers 3 ist daher mit einer öffnung 8 versehen, durch welche das Dispersionsmittel der Schwingungszone unmittelbar zentrisch zugeführt werden kann.
Statt eines magnetostriktiven Schwingers können zur Erzeugung der Schwingbewegung in dem Dispersionsmittel auch beliebige andere Schwinger, beispielsweise piezoelektrische Schwinger, vorgesehen werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 3 gezeigt. In dem Boden des Behandlungsgefäßes 3 ist ein Filter 4 eingelassen, an welches sich wiederum ein Zuführungsrohr 5 für das zu dispergierende Mittel anschließt. Die Zuführung des Dispersionsmittels erfolgt, ähnlich wie bei der Anordnung nach-Fig. I, mittels eines Strahlrohres 6 in der Nähe der Auslaßseite des Filters. Als Schwinger ist in diesem Fall ein piezoelektrischer Kristallkörper IQ vorgesehen, welcher, wie aus der Zeichnung ersichtlich, derarthohlgeschliffen ist, daß die von seiner Konkavseite ausgestrahlten Schwingungen in der Nähe der Auslaßseite des Filters zusammenlaufen. Der Schwinger Io ist in einem besonderen mit Ö1 gefüllten Gefäß II untergebracht, das mit einem für das Dispersionsmittel und die zu dispergierende Flüssigkeit undurchlässigen membranartigen Boden versehen ist. Der piezoelektrische Schwinger kann statt der Hohlform auch eine ebene Form haben, wobei er zweckmäßig etwa gleichen Durchmesser wie das Filter erhält und in geringeni Abstand vom Filter angeordnet wird, also ähnlich der Schwingeranordnung in Fig. I. Auch kann ein in gleicher Weise hohl ausgebildeter magnetostriktiver Schwinger vorgesehen werden.
Wie erwähnt, besteht eine zweite Art der Durchführung des Verfahrens mit der Einrichtung nach der Erfindung darin, daß das Dispersionsmittel an der Auslaßseite des Filters in schneller Strömung erhalten wird. Zwei Ausführungsbeispiele zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt.
In Fig. 4 ist das Filter 4 samt dem Zuführungsrohr 5 für das zu dispergierende Mittel innerhalb eines Behandlungsbehälters 3 angeordnet, der sich an seinem oberen Ende kegel- oder kuppelförmig verjüngt. Ein Strahlrohr 6 zur Zuführung des DispersionsmitteIs ist durch das obere Ende des Behälters 3 derart hindurchgeführt, daß das Dispersionsmittel strahlförmig auf die Auslaßseite des Filters 4 auf,pttallt. Das Filter 4 kann, wie aus der Zeichnung ersichtlich, so ausgebildet sein, daß nur sein mittlerer Teil engporig durchlässig ist, während es an seinem Umfang undurchlässig ist. Am unteren Ende des Behälters 3 ist ein Auslaß 7 für die gewonnene Emulsion vorgesehen.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Das zu dispergierende Mittel, beispielsweise Ö1, wird in der gleichen Weise wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen durch das engporige Filter 4 hindurch unter Druck herausgepreßt. Die aus dem Filter herausquellenden kleinen Teilchen des Öles werden von dem auf sie auftreffenden Strahl des Dispersionsmittels, beispielsweise Wasser, sofort mit großer Geschwindigkeit seitlich fortgerissen, so daß sie hierbei noch weiter verteilt und in hohem Maße dispergiert werden.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrens mit der Einrichtung nach der Erfindung ist das Filter 4 mit dem Zuführungsrohr 5 für das zu dispergierende Mittel am Boden eines Behandlungsbehälters 3 angeordnet.
Über der Auslaßseite des Filters ist ein Zylinderkörper 10 derart angeordnet und ausgebildet, daß er in schnell umlaufende Bewegung versetzt werden kann und in geringem Abstand an der Auslaßseite des Filters vorbeistreicht. Das Filter wird hierbei an seiner Auslaßseite zweckmäßig der Form des Zylinders konkav angepaßt: Das Dispersionsmittel wird durch ein beispielsweise in der Nähe des Behälterbodens vorgesehenes Zuflußrohr 6 zugeführt, und die gewonnene Emulsion kann durch ein Abfluß roher 7 abgeführt werden. Wird die Anordnung in Tätigkeit gesetzt, so perlt das zu dispergierende Mittel in der gleichen Weise wie bei den anderen Ausführungsbeispielen durch das Filter 4 hindurch.
Das durch das Rohr 6 zugeführte Dispersionsmittel steigt in dem Behälter 3 bis zur Höhe des Abflußrohres 7. Durch die- Bewegung des Zylinders 10 wird das Dispersionsmittel an der Auslaßseite des Filters ineine sehr schnelle Bewegung versetzt, so daß es, ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, die feinen Teilchen des zu dispergierenden Mittels mitreißt und sie noch weiter unterteilt. Hierbei ist es von Vorteil, dem Dispersionsraum 12 durch geeignete Einrichtungen Schwingungsenergie, insbesondere Schall- oder Ultraschallenergie, zuzuführen.- Beispielsweise kann dies bei der Anordnung nach Fig. 5 dadurch geschehen, daß der rotierende Zylinder Schwingbevegungen ausführt.
Die Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern kann in mannigfacher. Weise abgewandelt werden. Als Filter kann beispielsweise ein Glassinterfilter vorgesehen werden. Bei den in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen können zur Zuführung des Dispersionsmittels statt eines einzigen Strahlrohres bzw. statt einer einzigen Düse auch mehrere Strahlrohre bzw. Düsen gleichzeitig vorgesehen werden.
Die Achsrichtung des Rohres 6 kann, insbesondere bei der Anordnung nach Fig. 4, statt des in der Zeichnung dargestellten Winkels auch einen beliebigen anderen Winkel zur Oberfläche des Filters aufweisen. Der in Fig. 5 gezeigte Zylinder 10 kann an seiner Oberfläche rauh ausgefühsrt werden, indem er beispielsweise mit Rillen in Form von Mantellinien versehen wird. Statt eines rotierenden Zylinders können auch beliebige andere bewegliche Mittel vorgesehlen werden, welche eine schnelle Bewegung des Dispersionsmittels an der Auslaßseite des Filters vorbei hervorrufen. Bei der Dispergierung einer Flüssigkeit in einer anderen wird das Dispersionsmittel vorteilhaft mit Luftblasen angereichert, indem beispielsweise durch das Rohr 6 zugleich Luft zugeführt wird. Bei der Anordnung nach Fig. 2 kann ferner die Durchflußrichtung des Dispersionsmittels auch umgekehrt sein, so daß es durch den Schwingstab nicht zu-, sondern abfließt.
Die Verwendungsmöglichkeiten der Einrichtung nach der Erfindung sind sehr vielseitig. So kann sie z. B. bei der Entkeimung einer Flüssigkeit verwendet werden, bei dem die Flüssigkeit mit Ultraschall behandelt werden soll. Um dieEntkeimungswirkung zu erhöhen, wird die Flüssigkeit in der erfindungsgemäßen Weise vor bzw. bei ihrer Behandlung mit einem Gas angereichert. Das kann bei Fruchtsäften z. B: Luft sein. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Entkeimung von Nährböden, bei der z. B. die Fleischbouillon, Würze od. dgl. zur Behandlung durch Ultraschall mit Luft oder Kohlensäure angereichert wird. Für viele labortechnische Untersuchungen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls verwenden, beispielsweise zum Herstellen von Benzolwassergemischen u. dgl.
PATENTANSPR CHE: I. Vorrichtung zur Dispergieren eines flüssigen oder gasförmi en Mittels in einem flüssigen oder gasförmigen Dispersionsmittel unter Anwendung von schnellen Schwingbewegungen hoher Frequenz, vorzugsweise von Schall- oder Ultraschallfrequenz, gekennzeichnet durch ein engporiges Filter (4), durch d21s das zu dispergierende Mittel unter Druck dem in Schwingbewegung befindlichen Dispersionsmittel zugeführt wird.

Claims

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schw?ngungserzeuger (I, 2, I0) in der Nähe der Auslaßseite des Filters (4) und vorzugsweise mit dem Filter innerhalb eines Behandlungsgefäßes angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Einrichtung (6) zur Zuführung des Dispersionsmittels, daß dieses an der Auslaßseite des Filters (4), vorzugsweise parallel zur Filteraustrittsfläche vorbeiströmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine solche Einrichtung (6) zur Zuführung des- Dispersionsmittels, daß dieses in der Nähe der Auslaßseite des Filters (4) strahlt förmig auf eine Prallfläche, z. B. auf die Auslaß seite des Filters, gerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen stabförmigen Magnetostriktionsschwinger, welcher derart durch die Wandung des Behandlungsgefäßes dicht hindurchgeführt ist, daß er die Wandung in seinemSchwingungsknoten berührt und zweckmäßig in diesem gehalten wird.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersionsmittel durch den hohl ausgebildeten Schwinger zugeführt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen -piezoelektrischen Schwinger oder magnetostriktiven Schwinger, welcher vorzugsweise derart hohl ausgebildet ist, daß die von seiner Konkavseite ausgestrahlten Schwingungen in der Nähe der Auslaßseite des Filters zusammenlaufen.

8. Vorrichtung nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem das Dispersionsmittel enthaltenden Bekandlungsbehälter ein Rührwerk vorgesehen ist, das an der Auslaßseite des Filters in geringem Abstand vorbeistreicht (Fig. 5).

9. Vorrichtung rrach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Rührwerk ein umlaufender gegebenenfalls mit Vorsprüngen versehener Zylinder vorgesehen ist.

Io.-Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter der Form des Zylinders konkav angepaßt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Filter und dem beispielsweise als rotierender Zylinder ausgebildeten Rührwerk befindliche Flüssigkeit durch geeignete Vorrichtungen in Schwingung, insbesondere Ultraschallschwingung, versetzt werden kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk, z.B. der rotierende Zylinder, Schwingbewegungen ausführt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 543 776, 545 345.