EP1404979A1 - Method for influencing the rheological properties of a liquid by means of oscillations - Google Patents

Method for influencing the rheological properties of a liquid by means of oscillations

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Publication number
EP1404979A1
EP1404979A1 EP02711732A EP02711732A EP1404979A1 EP 1404979 A1 EP1404979 A1 EP 1404979A1 EP 02711732 A EP02711732 A EP 02711732A EP 02711732 A EP02711732 A EP 02711732A EP 1404979 A1 EP1404979 A1 EP 1404979A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
interface
vibration
elements
excited
Prior art date
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Ceased
Application number
EP02711732A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Boris Ouriev
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
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Publication date
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Publication of EP1404979A1 publication Critical patent/EP1404979A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/02—Influencing flow of fluids in pipes or conduits

Definitions

  • the invention relates to a method for influencing the rheological properties of a fluid according to the preamble of claim 1.
  • Influencing the rheological properties of product masses e.g. viscous fluids but also viscoelastic pastes or elastomer mixtures, or also the "rheological properties" of fluidized bulk goods, can e.g. can be achieved by shear, elongation or fluidization.
  • the invention is therefore based on the object of overcoming these disadvantages and inadequacies of the known methods and systems for processing fitable products and, in particular, of improving the rheological properties of such products.
  • the rheological properties of at least part of the fluid can be influenced in a targeted manner by at least a part of the fluid elements forming the fluid being excited to vibrate.
  • a reduction in the internal fluid friction as well as the external fluid friction at fluid / machine interfaces can be achieved. This makes it possible to reduce the energy input into the fluid, which on the one hand significantly increases the service life of a machine and on the other hand enables the construction of machines with larger dimensions without reaching the limits of the power / output that can be achieved by the machine and its limits Stability bumps. In other words, an increase in throughput can be achieved with the same delivery rate.
  • the vibration excitation also acts on the fluid with which the actual rheological properties are changed to effective rheological properties. Instead of attempting to capture and control the complex rheological properties of a real fluid, it has proven advantageous to change the real rheological properties by applying vibrations to the fluid elements forming the fluid to effective rheological properties that are easier to handle let as the underlying real rheological properties. In other words, the fluid is "artificially" changed by the vibrations introduced in such a way that it is easier to control, at least in this changed state.
  • Fluid elements are preferably excited to vibrate in very specific areas of the fluid. For example, increased dwell times of the fluid in niches and dead volumes can be reduced by targeted vibration excitation or the Friction at wall / fluid interfaces, in particular in lines for fluid transport, can be reduced. This results in a reduction in the residence time spectrum of the fluid treated in the machine or transported in the line and leads to the material and energy savings already mentioned.
  • the fluid can be a mixture of at least one gaseous, liquid or solid phase, each phase consisting of different phase elements (finite elements).
  • the phase elements can in particular be particles, bubbles or agglomerates, so that the fluid is a suspension, an emulsion, a fluidized powder or powder mixture, a foam or foam mixture or a colloid or colloid mixture.
  • the fluid can also be a polymer or a polymer mixture.
  • the various types of elements of the fluid are expediently selectively excited to vibrate.
  • Problem zones can be worked on locally and / or globally.
  • Such problem areas are e.g. Nozzles or dead volumes.
  • a high pressure gradient which can be significantly reduced when the fluid is used with the effective rheological properties, that is to say changed by vibration.
  • dead volumes in the fluid to be processed can be revitalized by targeted vibration influencing.
  • the selective vibration excitation preferably takes place on an entire group of elements or a plurality of groups of elements.
  • the vibration is excited by at least one source for mechanical vibrations that acts on the fluid.
  • This enables different vibrations with different amplitudes and different frequencies to be entered into the fluid.
  • extremely large vibration amplitudes in the fluid can be achieved in selected areas by superimposing the various vibrations.
  • the vibrations can be generated partly pneumatically and / or partly hydraulically.
  • a mechanical oscillation by shock excitation in particular by several successive shock excitations, is also advantageous.
  • the sudden shock excitation corresponds to a superposition of many different vibration frequencies, so that shock excitation can excite resonance vibrations over a very large frequency range, which can be maintained over a long period of time by successive shock excitations.
  • the source of mechanical vibrations is the at least one interface of the plant or machine part. In this way, fewer parts are required, and the fluid can still be influenced in a targeted manner.
  • the at least one vibrating interface preferably has at least one vibration component in the tangential plane of the wall / fluid interface.
  • the fluid / wall friction can be reduced or controlled by creating a targeted sliding / sliding effect. Any necessary change or adaptation of the wall material to special fluids is therefore unnecessary. Instead, a controllable coefficient of friction between the wall and the fluid can be produced by selecting the frequency and / or amplitude of the tangential vibration component.
  • the at least one interface has a vibration component normal to the tangential plane of the wall / fluid interface.
  • This normal component of the interfacial vibration allows a particularly large amount of vibration energy to be introduced into the fluid volume.
  • a combination of the tangential and normal vibration components of the wall / fluid interface can thus be used to generate an extremely targeted and specific supply of vibration energy into the fluid.
  • the vibration is excited by at least one source for electromagnetic waves which act on the fluid.
  • the electromagnetic vibration excitation has a gentler influence on the fluid, the vibration excitation taking place predominantly on the molecular level or on the level of small agglomerates if they are temporary or permanent dipoles such as water molecules or surfactant molecules when using multiple sources for Electromagnetic waves can also be excited with several frequencies or frequency ranges, and different particles with a dipole character can be excited to rotational vibrations in the fluid.
  • the fluid / wall interface in contact with the fluid can be a wall of a line intended for the transport of the fluid or else a surface of a processing element of a machine that processes the fluid.
  • it can be an interface which, apart from its oscillatory movement, does not carry out any further movement. This is e.g. the case with a static mixer.
  • the interface can also perform at least one further movement in addition to its oscillatory movement, such as a translation and / or rotation.
  • the wall friction is reduced due to the vibration of the interface. This is particularly advantageous with pipelines when transporting viscous fluids or with dynamic mixers.
  • the fluid flow can be a drag flow, a pressure flow, a combination of drag and pressure flow, an expansion flow, a shear flow and also a cavitation flow.
  • a combination of expansion flow and vibration is particularly advantageous.
  • the disagglomeration caused by the expansion flow is supported by the vibration of the agglomerates.
  • This synergy can be particularly advantageous in a vibrating Realize the slit mill by superimposing stretch and vibration.
  • the superimposed vibration also proves to be extremely useful in deagglomeration by means of shear flow, since this vibration counteracts segregation of the deagglomerated particles along various flow layers in laminar-flowing areas and thus prevents the agglomerated particles from being re-agglomerated.
  • the vibration excitation takes place in selected frequencies or frequency ranges, in particular in combination with vibration excitation with selected amplitudes or amplitude ranges.
  • This allows targeted and selective action on various phase elements, such as Particles, bubbles, aggregates, etc. according to size, type, composition, shape etc. are brought about.
  • the selected excitation frequencies and amplitudes can also be adapted to the respective degree of processing of the fluid, that is to say the respective state of the phase elements. For example, with increasing deagglomeration of the particles, the increasingly smaller particles are further excited with increasing frequencies.
  • the vibration excitation by successive impacts is particularly advantageous here, too, since the impacts introduce a wide frequency spectrum into the fluid.
  • Successive strikes are preferably carried out, each separated by a time interval of constant length. In this way, it is ensured that after the oscillations of phase elements caused by a blow have subsided, the same vibrations on the phase elements are repeatedly excited with a large initial amplitude.
  • the successive beats can preferably also be separated from one another by a time interval of stochastic length. This prevents periodic behavior from being impressed on the fluid from the outside. Rather, the vibration excitation, which is caused by the beats which follow one another at stochastic time intervals, prevents the fluid flow can assume a steady state. This is particularly advantageous in order to prevent segregation processes.
  • the successive beats can also be separated from one another by time intervals, the lengths of which are normally distributed. In this way, a kind of compromise can be reached between the procedure with time intervals of constant length and the procedure with time intervals of purely stochastic length.
  • the selected frequencies or frequency ranges of the excitation vibration are expediently assigned natural frequencies of certain types of phase elements assigned to certain vibration modes.
  • phase elements of a certain type, size, composition or shape can be targeted in this way.
  • At least one surface-active substance can also be added to the fluid in the method according to the invention. This allows e.g. stabilize a deagglomeration of phase elements caused by the vibration excitation. It proves to be particularly advantageous if at least one specific surface-active substance is added to the fluid for different phase elements of the fluid.
  • a wide range of processes can be optimized through the use of different vibrational excitations and various surface-active substances that are coordinated with the process at different times and locations.

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Abstract

The invention relates to a method for influencing the rheological properties of a liquid interacting with at least one contact surface associated with an installation or machine part. At least one part of the liquid elements forming the liquid is subjected to oscillations, and the at least one contact surface of the installation or machine part is used as a source of mechanical oscillations.

Description

BEEINFLUSSEN DER RHEOLOGISCHEN EIGENSCHAFTEN EINES FLUIDS DURCH SCHWINGUNGENINFLUENCING THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF A FLUID THROUGH VIBRATIONS
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beeinflussen der rheologischen Eigenschaften eines Fluids nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method for influencing the rheological properties of a fluid according to the preamble of claim 1.
Bei vielen Prozessen zur Verarbeitung von Produkten sowohl im Lebensmittelbereich als auch im Nicht-Lebensmittelbereich spielen die rheologischen Eigenschaften des Produktes, insbesondere, während ihrer Verarbeitung, eine entscheidende Rolle für die erzielbare Qualität der Endprodukte.In many processes for processing products both in the food sector and in the non-food sector, the rheological properties of the product, especially during their processing, play a decisive role in the achievable quality of the end products.
Eine Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften von Produktmassen, wie z.B. viskosen Fluiden aber auch viskoelastischen Pasten oder Elastomermischungen, oder auch der "rheologischen Eigenschaften" von fluidisierten Schüttgütern, kann z.B. durch Scherung, Dehnung bzw. Fluidisierung erreicht werden.Influencing the rheological properties of product masses, e.g. viscous fluids but also viscoelastic pastes or elastomer mixtures, or also the "rheological properties" of fluidized bulk goods, can e.g. can be achieved by shear, elongation or fluidization.
Bei diesen Produkten handelt es sich in der Regel um homogene Gemische oftmals verschiedener Phasen (z.B. Suspension, Emulsion). Besonders wichtig ist daher in diesem Zusammenhang auch die Beherrschung von Strömen der Produktmassen. Dabei treten häufig Probleme an bestimmten Stellen des Fluidstroms auf, an dem ein Teil des Fluids sich anders verhält als der überwiegende Teil des strömenden Fluids. Erwähnenswert ist z.B. die Grenzfläche zwischen dem strömenden Fluid und der inneren Oberfläche eines Maschinen- oder Leitungsteils, bei denen oftmals starke Reibung bzw. eine stark verlangsamte Produktströmung stattfindet. Negative Folgen sind z.B. zu grosse Verweilzeitspektren, Entmischung, zeitliche und örtliche Temperaturspitzen, etc.These products are usually homogeneous mixtures of often different phases (e.g. suspension, emulsion). It is therefore particularly important in this context to control the flows of the product masses. Problems often arise at certain points in the fluid flow where a part of the fluid behaves differently than the predominant part of the flowing fluid. It is worth mentioning e.g. the interface between the flowing fluid and the inner surface of a machine or line part, where there is often strong friction or a slowed down product flow. Negative consequences are e.g. excessive residence time spectra, segregation, temporal and local temperature peaks, etc.
Oft stösst auch eine vorgegebene Maschine bei gewissen zu bearbeitenden Fluiden an ihre Leistungs- und Stabilitätsgrenze. Die übliche Abhilfe bestand dann immer darin, eine noch stärkere bzw. stabilere und damit teurere Maschine zu bauen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diese Nachteile und Unzulänglichkeiten der bekannten Verfahren und Anlagen zur Verarbeitung füessfähiger Produkte zu überwinden und insbesondere eine Verbesserung der Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften derartiger Produkte herbe zuführen.A given machine often reaches its performance and stability limits with certain fluids to be processed. The usual remedy was always to build an even stronger or more stable and therefore more expensive machine. The invention is therefore based on the object of overcoming these disadvantages and inadequacies of the known methods and systems for processing fitable products and, in particular, of improving the rheological properties of such products.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.
Indem mindestens ein Teil der das Fluid bildenden Fluidelemente zu Schwingungen angeregt wird, können die rheologischen Eigenschaften zumindest eines Teils des Fluids gezielt beeinflusst werden. Insbesondere kann eine Verringerung der internen Fluidreibung sowie der externen Fluidreibung an Fluid/Maschinen-Grenzflächen erzielt werden. Dies ermöglicht es, den Energieeintrag in das Fluid zu verringern, wodurch einerseits die Lebensdauer einer Maschine deutlich erhöht wird und andererseits auch der Bau von Maschinen mit grösseren Dimensionen ermöglicht wird, ohne dass man an die Grenzen der von der Maschine erbringbaren Kraft/Leistung und ihrer Stabilität stösst. Mit anderen Worten kann eine Durchsatzerhöhung bei gleicher Förderleistung erzielt werden.The rheological properties of at least part of the fluid can be influenced in a targeted manner by at least a part of the fluid elements forming the fluid being excited to vibrate. In particular, a reduction in the internal fluid friction as well as the external fluid friction at fluid / machine interfaces can be achieved. This makes it possible to reduce the energy input into the fluid, which on the one hand significantly increases the service life of a machine and on the other hand enables the construction of machines with larger dimensions without reaching the limits of the power / output that can be achieved by the machine and its limits Stability bumps. In other words, an increase in throughput can be achieved with the same delivery rate.
Die Schwingungsanregung stellt auch eine Einwirkung auf das Fluid dar, mit der die eigentlichen rheologischen Eigenschaften zu effektiven rheologischen Eigenschaften verändert werden. Anstatt zu versuchen, die komplexen rheologischen Eigenschaften eines realen Fluids zu erfassen und zu steuern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die realen rheologischen Eigenschaften durch das Aufprägen von Schwingungen auf die das Fluid bildende Fluidelemente zu effektiven rheologischen Eigenschaften zu verändern, die sich leichter handhaben lassen als die ihnen zu Grunde liegenden realen rheologischen Eigenschaften. Mit andern Worten wird das Fluid "künstlich" durch die eingeleiteten Vibrationen derart verändert, dass es sich zumindest in diesem veränderten Zustand leichter beherrschen lässt.The vibration excitation also acts on the fluid with which the actual rheological properties are changed to effective rheological properties. Instead of attempting to capture and control the complex rheological properties of a real fluid, it has proven advantageous to change the real rheological properties by applying vibrations to the fluid elements forming the fluid to effective rheological properties that are easier to handle let as the underlying real rheological properties. In other words, the fluid is "artificially" changed by the vibrations introduced in such a way that it is easier to control, at least in this changed state.
Vorzugsweise werden Fluidelemente in ganz bestimmten Bereichen des Fluids zu Schwingungen angeregt. So können z.B. durch gezielte Schwingungsanregungen erhöhte Verweilzeiten des Fluids in Nischen und Totvolumina verringert werden oder die Reibung an Wand/Fluid-Grenzflächen, insbesondere in Leitungen für Fluidtransport, verringert werden. Dies hat eine Verringerung des Verweilzeitspektrums des in der Maschine behandelten bzw. in der Leitung transportierten Fluids zur Folge und führt zu der auch schon erwähnten Material- und Energieeinsparung.Fluid elements are preferably excited to vibrate in very specific areas of the fluid. For example, increased dwell times of the fluid in niches and dead volumes can be reduced by targeted vibration excitation or the Friction at wall / fluid interfaces, in particular in lines for fluid transport, can be reduced. This results in a reduction in the residence time spectrum of the fluid treated in the machine or transported in the line and leads to the material and energy savings already mentioned.
Das Fluid kann ein Gemisch aus mindest einer gasförmigen, einer flüssigen oder einer festen Phase sein, wobei jede Phase aus verschiedenen Phasenelementen (finiten Elementen) besteht. Die Phasenelemente können insbesondere Partikel, Blasen oder Agglomerate sein, sodass es sich bei dem Fluid um eine Suspension, eine Emulsion, ein fluidisiertes Pulver bzw. Pulvergemisch, einen Schaum bzw. Schaumgemisch oder ein Kolloid bzw. Kolloidgemisch handelt. Insbesondere kann das Fluid auch ein Polymer bzw. ein Polymergemisch sein. Bei all diesen Fluiden ermöglicht die erwähnte bevorzugte Ausführung sowohl eine lokale als auch eine globale Beeinflussung des Fluids.The fluid can be a mixture of at least one gaseous, liquid or solid phase, each phase consisting of different phase elements (finite elements). The phase elements can in particular be particles, bubbles or agglomerates, so that the fluid is a suspension, an emulsion, a fluidized powder or powder mixture, a foam or foam mixture or a colloid or colloid mixture. In particular, the fluid can also be a polymer or a polymer mixture. With all these fluids, the preferred embodiment mentioned enables both local and global influencing of the fluid.
Zweckmässigerweise werden die verschiedenen Arten der Elemente des Fluids selektiv zu Schwingungen angeregt. So können auch hier Problemzonen lokal und/oder global bearbeitet werden. Solche Problemzonen sind z.B. Düsen oder Totvolumina. Bei den Düsen entsteht z.B. bei Verwendung des unbehandelten Fluids mit seinen realen, das heisst nicht, durch Vibration zu effektiven rheologischen Eigenschaften veränderten rheologischen Eigenschaften ein hoher Druckgradient, der sich bei Verwendung des Fluids mit den effektiven, das heisst durch Vibration veränderten rheologischen Eigenschaften deutlich verringern lässt. Als weiteres Beispiel können Totvolumina in dem zu verarbeitenden Fluid durch gezielte Schwingungsbeeinflussung belebt werden.The various types of elements of the fluid are expediently selectively excited to vibrate. Problem zones can be worked on locally and / or globally. Such problem areas are e.g. Nozzles or dead volumes. With the nozzles e.g. when using the untreated fluid with its real rheological properties, which does not mean that the rheological properties have been changed by vibration, a high pressure gradient, which can be significantly reduced when the fluid is used with the effective rheological properties, that is to say changed by vibration. As a further example, dead volumes in the fluid to be processed can be revitalized by targeted vibration influencing.
Vorzugsweise findet die selektive Schwingungsanregung an einer ganzen Gruppe von Elementen oder mehreren Gruppen von Elementen statt.The selective vibration excitation preferably takes place on an entire group of elements or a plurality of groups of elements.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Schwingungsanregung durch mindestens eine Quelle für mechanische Schwingungen, die auf das Fluid einwirkt. Dies ermöglicht die Eintragung verschiedener Schwingungen mit verschiedenen Amplituden und verschiedenen Frequenzen in das Fluid. Auf diese Weise können in ausgewählten Bereichen durch Überlagerungen der verschiedenen Schwingungen extrem grosse Schwingungsamplituden im Fluid erzielt werden. Die Schwingungen können dabei zum Teil pneumatisch und/oder zum Teil hydraulisch erzeugt werden. Insbesondere ist auch eine mechanische Schwingung durch Stossan- regung, insbesondere durch mehrere aufeinanderfolgende Stossanregungen vorteilhaft. Die schlagartige Stossanregung entspricht einer Überlagerung sehr vieler verschiedener Schwingungsfrequenzen, sodass durch eine Stossanregung über einen sehr gros- sen Frequenzbereich Resonanzschwingungen angeregt werden können, die durch aufeinanderfolgende Stossanregungen auch über einen längeren Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden können.In a particularly preferred embodiment of the invention, the vibration is excited by at least one source for mechanical vibrations that acts on the fluid. This enables different vibrations with different amplitudes and different frequencies to be entered into the fluid. In this way, extremely large vibration amplitudes in the fluid can be achieved in selected areas by superimposing the various vibrations. The vibrations can be generated partly pneumatically and / or partly hydraulically. In particular, a mechanical oscillation by shock excitation, in particular by several successive shock excitations, is also advantageous. The sudden shock excitation corresponds to a superposition of many different vibration frequencies, so that shock excitation can excite resonance vibrations over a very large frequency range, which can be maintained over a long period of time by successive shock excitations.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Quelle für mechanische Schwingungen die mindestens eine Grenzfläche des Anlagen- bzw. Maschinenteils ist. Auf diese Weise werden weniger Teile benötigt, und es kann dennoch eine gezielte Beeinflussung des Fluids stattfinden.It is particularly advantageous if the source of mechanical vibrations is the at least one interface of the plant or machine part. In this way, fewer parts are required, and the fluid can still be influenced in a targeted manner.
Vorzugsweise besitzt die mindestens eine schwingende Grenzfläche mindestens eine Schwingungskomponente in der Tangentialebene der Wand/Fluid-Grenzfläche.The at least one vibrating interface preferably has at least one vibration component in the tangential plane of the wall / fluid interface.
Auf diese Weise lässt sich die Fluid/Wandreibung reduzieren oder steuern, indem man einen gezielten Gleit/Rutsch-Effekt hervorruft. Eine ggf. notwendige Änderung oder Anpassung des Wandmaterials an spezielle Fluide erübrigt sich daher. Stattdessen lässt sich durch Auswahl der Frequenz und/oder Amplitude der tangentialen Schwingungskomponente ein steuerbarer Reibungskoeffizient zwischen Wand und Fluid herstellen.In this way, the fluid / wall friction can be reduced or controlled by creating a targeted sliding / sliding effect. Any necessary change or adaptation of the wall material to special fluids is therefore unnecessary. Instead, a controllable coefficient of friction between the wall and the fluid can be produced by selecting the frequency and / or amplitude of the tangential vibration component.
Besonders zweckmässig ist es auch, wenn die mindestens eine Grenzfläche eine Schwingungskomponente normal zur Tangentialebene der Wand/Fluid-Grenzfläche besitzt. Durch diese Normalkomponente der Grenzflächenschwingung kann besonders viel Schwingungsenergie in das Fluidvolumen eingetragen werden. Somit lässt sich insbesondere durch eine Kombination der tangentialen und der normalen Schwingungskomponente der Wand/Fluid-Grenzfläche eine äusserst gezielte und spezifische Zufuhr von Schwingungsenergie in das Fluid erzeugen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Schwingungsanregung durch mindestens eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die auf das Fluid einwirken. Durch die elektromagnetische Schwingungsanregung erfolgt ein sanfterer Einfluss auf das Fluid, wobei die Schwingungsanregung vorwiegend auf der molekularen Ebene oder auf der Ebene kleiner Agglomerate stattfindet, wenn es sich bei ihnen um temporäre oder permanente Dipole wie z.B. Wassermoleküle oder Tensidmoleküle handelt, bei Verwendung mehrerer Quellen für elektromagnetische Wellen ist auch eine Anregung mit mehreren Frequenzen bzw. Frequenzbereichen möglich, und es können gezielt verschiedene Partikel mit Dipolcharakter in dem Fluid zu Rotationsschwingungen angeregt werden.It is also particularly expedient if the at least one interface has a vibration component normal to the tangential plane of the wall / fluid interface. This normal component of the interfacial vibration allows a particularly large amount of vibration energy to be introduced into the fluid volume. A combination of the tangential and normal vibration components of the wall / fluid interface can thus be used to generate an extremely targeted and specific supply of vibration energy into the fluid. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the vibration is excited by at least one source for electromagnetic waves which act on the fluid. The electromagnetic vibration excitation has a gentler influence on the fluid, the vibration excitation taking place predominantly on the molecular level or on the level of small agglomerates if they are temporary or permanent dipoles such as water molecules or surfactant molecules when using multiple sources for Electromagnetic waves can also be excited with several frequencies or frequency ranges, and different particles with a dipole character can be excited to rotational vibrations in the fluid.
Die das Fluid berührende Fluid/Wand-Grenzfläche kann eine Wand einer für den Transport des Fluids bestimmten Leitung oder aber eine Oberfläche eines Bearbeitungselements einer das Fluid bearbeitenden Maschine sein.The fluid / wall interface in contact with the fluid can be a wall of a line intended for the transport of the fluid or else a surface of a processing element of a machine that processes the fluid.
Insbesondere kann es sich um eine Grenzfläche handeln, die ausser ihrer Schwingungsbewegung keine weitere Bewegung durchführt. Dies ist z.B. bei einem statischen Mischer der Fall.In particular, it can be an interface which, apart from its oscillatory movement, does not carry out any further movement. This is e.g. the case with a static mixer.
Die Grenzfläche kann jedoch auch zusätzlich zu ihrer Schwingungsbewegung noch mindestens eine weitere Bewegung durchführen, wie z.B. eine Translation und/oder Rotation. Auch hier ist die Wandreibung auf Grund der Schwingung der Grenzfläche reduziert. Dies ist insbesondere bei Rohrleitungen beim Transport viskoser Fluide oder bei dynamischen Mischern vorteilhaft.However, the interface can also perform at least one further movement in addition to its oscillatory movement, such as a translation and / or rotation. Here too, the wall friction is reduced due to the vibration of the interface. This is particularly advantageous with pipelines when transporting viscous fluids or with dynamic mixers.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei verschiedenen Fluidströmungen eingesetzt werden. So kann es sich bei der Fluidströmung um eine Schleppströmung, eine Druckströmung, eine Kombination aus Schlepp- und Druckströmung, um eine Dehnströmung, eine Scherströmung sowie auch um eine Kavitationsströmung handeln.The method according to the invention can be used with different fluid flows. For example, the fluid flow can be a drag flow, a pressure flow, a combination of drag and pressure flow, an expansion flow, a shear flow and also a cavitation flow.
Eine Kombination von Dehnströmung und Vibration ist besonders vorteilhaft. Die schon durch die Dehnströmung hervorgerufene Desagglomeration wird durch die Vibration der Agglomerate unterstützt. Diese Synergie lässt sich besonders vorteilhaft in einer vibrie- renden Spaltmühle durch Überlagerung von Dehnung und Vibration verwirklichen. Auch bei der Desagglomeration mittels Scherströmung erweist sich die überlagerte Vibration als äusserst nützlich, da diese Vibration einer Entmischung der desagglomerierten Teilchen entlang verschiedener Strömungsschichten in laminar strömenden Bereichen entgegenwirkt und somit auch eine erneute Agglomeration der zerkleinerten Teilchen verhindert wird.A combination of expansion flow and vibration is particularly advantageous. The disagglomeration caused by the expansion flow is supported by the vibration of the agglomerates. This synergy can be particularly advantageous in a vibrating Realize the slit mill by superimposing stretch and vibration. The superimposed vibration also proves to be extremely useful in deagglomeration by means of shear flow, since this vibration counteracts segregation of the deagglomerated particles along various flow layers in laminar-flowing areas and thus prevents the agglomerated particles from being re-agglomerated.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Schwingungsanregung in ausgewählten Frequenzen bzw. Frequenzbereichen, insbesondere in Kombination mit einer Schwingungsanregung mit ausgewählten Amplituden bzw. Amplitudenbereichen. Dadurch kann eine gezielte und selektive Einwirkung auf verschiedene Phasenelemente, wie z.B. Partikel, Blasen, Aggregate, etc. nach Grosse, Typ, Zusammensetzung, Form etc. bewirkt werden. Insbesondere können auch die ausgewählten Anregungsfrequenzen und Amplituden dem jeweiligen Verarbeitungsgrad des Fluids, das heisst dem jeweiligen Zustand der Phasenelemente ange- passt werden. So können z.B. mit zunehmender Desagglomerierung der Partikel die zunehmend kleineren Partikel mit ansteigenden Frequenzen weiter angeregt werden.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the vibration excitation takes place in selected frequencies or frequency ranges, in particular in combination with vibration excitation with selected amplitudes or amplitude ranges. This allows targeted and selective action on various phase elements, such as Particles, bubbles, aggregates, etc. according to size, type, composition, shape etc. are brought about. In particular, the selected excitation frequencies and amplitudes can also be adapted to the respective degree of processing of the fluid, that is to say the respective state of the phase elements. For example, with increasing deagglomeration of the particles, the increasingly smaller particles are further excited with increasing frequencies.
Insbesondere ist auch hier die Schwingungsanregung durch aufeinanderfolgende Schläge besonders vorteilhaft, da durch die Schläge ein breites Frequenzspektrum in das Fluid eingebracht wird.In particular, the vibration excitation by successive impacts is particularly advantageous here, too, since the impacts introduce a wide frequency spectrum into the fluid.
Vorzugsweise werden aufeinanderfolgende Schläge durchgeführt, die jeweils durch ein Zeitintervall konstanter Länge voneinander getrennt sind. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass nach dem Abklingen der durch einen Schlag verursachten Schwingungen von Phasenelementen immer wieder erneut dieselben Schwingungen an den Phasenelementen mit grosser Anfangsamplitude angeregt werden.Successive strikes are preferably carried out, each separated by a time interval of constant length. In this way, it is ensured that after the oscillations of phase elements caused by a blow have subsided, the same vibrations on the phase elements are repeatedly excited with a large initial amplitude.
Vorzugsweise können die aufeinanderfolgenden Schläge auch jeweils durch einen Zeitintervall stochastischer Länge voneinander getrennt sein. Auf diese Weise wird verhindert, dass dem Fluid von aussen ein periodisches Verhalten aufgeprägt wird. Vielmehr wird durch die Schwingungsanregung, die durch die mit stochastischen Zeitabständen aufeinanderfolgenden Schläge hervorgerufen wird, verhindert, dass die Fluidströmung einen stationären Zustand einnehmen kann. Dies ist besonders vorteilhaft, um Entmischungsvorgänge zu verhindern. Anstelle von Zeitintervallen stochastischer Länge können die aufeinanderfolgenden Schläge auch durch Zeitintervalle voneinander getrennt sein, deren Längen normal verteilt sind. Auf diese Weise kann man eine Art Kompro- miss zwischen der Vorgehensweise mit Zeitintervallen konstanter Länge und der Vorgehensweise mit Zeitintervallen rein stochastischer Länge erreichen.The successive beats can preferably also be separated from one another by a time interval of stochastic length. This prevents periodic behavior from being impressed on the fluid from the outside. Rather, the vibration excitation, which is caused by the beats which follow one another at stochastic time intervals, prevents the fluid flow can assume a steady state. This is particularly advantageous in order to prevent segregation processes. Instead of time intervals of stochastic length, the successive beats can also be separated from one another by time intervals, the lengths of which are normally distributed. In this way, a kind of compromise can be reached between the procedure with time intervals of constant length and the procedure with time intervals of purely stochastic length.
Zweckmässigerweise sind die ausgewählten Frequenzen bzw. Frequenzbereiche der Anregungsschwingung bestimmten Schwingungsmoden zugeordnete Eigenfrequenzen bestimmter Arten von Phasenelementen. Wie schon erwähnt, kann auf diese Weise gezielt auf Phasenelemente bestimmter Art, Grosse, Zusammensetzung oder Form eingewirkt werden.The selected frequencies or frequency ranges of the excitation vibration are expediently assigned natural frequencies of certain types of phase elements assigned to certain vibration modes. As already mentioned, phase elements of a certain type, size, composition or shape can be targeted in this way.
Als unterstützende Massnahme kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren auch mindestens eine oberflächenaktive Substanz dem Fluid hinzugegeben werden. Dadurch lässt sich z.B. eine durch die Schwingungsanregung hervorgerufene Desagglomerie- rung von Phasenelementen stabilisieren. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn für verschiedene Phasenelemente des Fluids dem Fluid jeweils mindestens eine spezifische oberflächenaktive Substanz hinzugegeben wird. Durch einen den Prozess begleitenden örtlich und zeitlich abgestimmten Einsatz verschiedener Schwingungsanregungen und verschiedener oberflächenaktiver Substanzen können die verschiedensten Prozesse optimiert werden. As a supportive measure, at least one surface-active substance can also be added to the fluid in the method according to the invention. This allows e.g. stabilize a deagglomeration of phase elements caused by the vibration excitation. It proves to be particularly advantageous if at least one specific surface-active substance is added to the fluid for different phase elements of the fluid. A wide range of processes can be optimized through the use of different vibrational excitations and various surface-active substances that are coordinated with the process at different times and locations.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Beeinflussen der rheologischen Eigenschaften eines Fluids, das mit mindestens einer einem Anlagen- bzw. Maschinenteil zugeordneten Grenzfläche in Wechselwirkung steht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der das Fluid bildenden Fluidelemente zu Schwingungen angeregt wird.1. A method for influencing the rheological properties of a fluid which interacts with at least one interface assigned to a system or machine part, characterized in that at least some of the fluid elements forming the fluid are excited to vibrate.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fluidelemente in bestimmten Bereichen des Fluids zu Schwingungen angeregt werden. .2. The method according to claim 1, characterized in that fluid elements are excited to vibrate in certain areas of the fluid. ,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gemisch aus mindestens einer gasförmigen, einer flüssigen oder einer festen Phase ist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the fluid is a mixture of at least one gaseous, a liquid or a solid phase.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phase aus verschiedenen Phasenelementen besteht.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a phase consists of different phase elements.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenelemente mindestens eine Art von Elementen aus der Gruppe sind, die aus den Elementen Partikel, Blasen und Agglomerate besteht.5. The method according to claim 4, characterized in that the phase elements are at least one type of elements from the group consisting of the elements particles, bubbles and agglomerates.
6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Suspension ist.6. The method according to claim 3 to 5, characterized in that the fluid is a suspension.
7. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Emulsion ist.7. The method according to claim 3 to 5, characterized in that the fluid is an emulsion.
8. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein fluidisiertes Pulver bzw. Pulvergemisch ist. 8. The method according to claim 3 to 5, characterized in that the fluid is a fluidized powder or powder mixture.
9. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Schaum bzw. ein Schaumgemisch ist.9. The method according to claim 3 to 5, characterized in that the fluid is a foam or a foam mixture.
10. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kolloid bzw. ein Kolloidgemisch ist.10. The method according to claim 3 to 5, characterized in that the fluid is a colloid or a colloid mixture.
11. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Polymer bzw. ein Polymergemisch ist.11. The method according to claim 3 to 5, characterized in that the fluid is a polymer or a polymer mixture.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis11, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Arten der Elemente des Fluids selektiv zu Schwingungen angeregt werden.12. The method according to any one of claims 3 to 11, characterized in that the different types of elements of the fluid are selectively excited to vibrate.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Gruppen von Elementen selektiv zu Schwingungen angeregt werden.13. The method according to any one of claims 3 to 12, characterized in that one or more groups of elements are selectively excited to vibrate.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung durch mindestens eine Quelle für mechanische Schwingungen erfolgt, die auf das Fluid einwirkt.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vibration is excited by at least one source for mechanical vibrations, which acts on the fluid.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mindestens zum Teil pneumatisch erzeugt werden.15. The method according to claim 14, characterized in that the vibrations are generated at least in part pneumatically.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mindestens zum Teil hydraulisch erzeugt werden.16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the vibrations are generated at least in part hydraulically.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingung durch Stossanregung erfolgt.17. The method according to any one of claims 14 to 16, characterized in that the mechanical vibration takes place by shock excitation.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aufeinanderfolgende Stossanregungen erfolgen. 18. The method according to claim 17, characterized in that several successive shock excitations take place.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für mechanische Schwingungen die mindestens eine Grenzfläche des Anlagen- bzw. Maschinenteils ist.19. The method according to any one of claims 14 to 18, characterized in that the source of mechanical vibrations is the at least one interface of the plant or machine part.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine schwingende Grenzfläche mindestens eine Schwingungskomponente in der Tangentialebene der Wand/Fluid-Grenzfläche besitzt.20. The method according to any one of claims 14 to 19, characterized in that the at least one vibrating interface has at least one vibration component in the tangential plane of the wall / fluid interface.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Grenzfläche eine Schwingungskomponente senkrecht zur Tangentialebene der Wand/Fluid-Grenzfläche besitzt.21. The method according to any one of claims 12 to 20, characterized in that the at least one interface has a vibration component perpendicular to the tangential plane of the wall / fluid interface.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung durch mindestens eine Quelle für elektromagnetische Wellen erfolgt, die auf das Fluid einwirken.22. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vibration excitation is carried out by at least one source for electromagnetic waves which act on the fluid.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Fluid berührende Grenzfläche eine Wand einer Leitung für den Transport des Fluids ist.23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an interface contacting the fluid is a wall of a line for the transport of the fluid.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Fluid berührende Grenzfläche eine Wand und/oder eine Oberfläche eines Bearbeitungselements einer das Fluid bearbeitenden Maschine ist.24. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an interface contacting the fluid is a wall and / or a surface of a processing element of a machine processing the fluid.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche ausser ihrer Schwingungsbewegung keine weitere Bewegung durchführt.25. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the interface does not carry out any further movement apart from its oscillatory movement.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche zusätzlich zu ihrer Schwingungsbewegung noch mindestens eine weitere Bewegung durchführt. 26. The method according to any one of claims 23 or 24, characterized in that the interface carries out at least one further movement in addition to its oscillatory movement.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Bewegung der Grenzfläche eine Translation ist.27. The method according to claim 26, characterized in that at least one further movement of the interface is a translation.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Bewegung der Grenzfläche eine Rotation ist.28. The method according to claim 26 or 27, characterized in that at least one further movement of the interface is a rotation.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche zusätzlich zu ihrer Schwingungsbewegung sowohl eine Translation als auch eine Rotation ausführt.29. The method according to any one of claims 26 to 28, characterized in that the interface carries out both a translation and a rotation in addition to its oscillatory movement.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Schleppströmung versetzt wird.30. The method according to any one of claims 23 to 29, characterized in that the fluid is placed in a drag flow.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Druckströmung versetzt wird.31. The method according to any one of claims 23 to 29, characterized in that the fluid is placed in a pressure flow.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Kombination aus Schlepp- und Druckströmung versetzt wird.32. The method according to any one of claims 23 to 29, characterized in that the fluid is placed in a combination of drag and pressure flow.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Dehnströmung versetzt wird.33. The method according to any one of claims 23 to 32, characterized in that the fluid is placed in an expansion flow.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Scherströmung versetzt wird.34. The method according to any one of claims 23 to 33, characterized in that the fluid is placed in a shear flow.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Kavitationsströmung versetzt wird.35. The method according to any one of claims 23 to 34, characterized in that the fluid is placed in a cavitation flow.
36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung in ausgewählten Frequenzen bzw. Frequenzbereichen erfolgt. 36. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vibration excitation takes place in selected frequencies or frequency ranges.
37. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung mit ausgewählten Amplituden bzw. Amplitudenbereichen erfolgt.37. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vibration excitation takes place with selected amplitudes or amplitude ranges.
38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung durch aufeinanderfolgende Schläge erfolgt.38. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vibration is excited by successive strikes.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schläge jeweils durch ein Zeitintervall konstanter Länge voneinander getrennt sind.39. The method according to claim 38, characterized in that the successive beats are each separated by a time interval of constant length.
40. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schläge jeweils durch ein Zeitintervall stochastischer Länge voneinander getrennt sind.40. The method according to claim 38, characterized in that the successive beats are each separated by a time interval of stochastic length.
41. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schläge jeweils durch ein Zeitintervall normalverteilter Länge voneinander getrennt sind.41. The method according to claim 38, characterized in that the successive beats are each separated by a time interval of normally distributed length.
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung mit ausgewählten Amplituden bzw. Amplitudenbereichen erfolgt.42. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the vibration excitation takes place with selected amplitudes or amplitude ranges.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Frequenzen bestimmten Schwingungsmoden zugeordnete Eigenfrequenzen bestimmter Arten von Phasenelementen sind.43. The method as claimed in one of claims 36 to 42, characterized in that the selected frequencies are natural frequencies assigned to specific vibration modes of specific types of phase elements.
44. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fluid mindestens eine oberflächenaktive Substanz hinzugegeben wird. 44. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one surface-active substance is added to the fluid.
5. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Phasenelemente des Fluids dem Fluid jeweils mindestens eine spezifische oberflächenaktive Substanz hinzugegeben wird. 5. The method according to claim 33, characterized in that for different phase elements of the fluid at least one specific surface-active substance is added to the fluid.
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