WO2003004882A1 - Beeinflussen der rheologischen eigenschaften eines fluids durch schwingungen - Google Patents

Beeinflussen der rheologischen eigenschaften eines fluids durch schwingungen Download PDF

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WO2003004882A1
WO2003004882A1 PCT/CH2002/000103 CH0200103W WO03004882A1 WO 2003004882 A1 WO2003004882 A1 WO 2003004882A1 CH 0200103 W CH0200103 W CH 0200103W WO 03004882 A1 WO03004882 A1 WO 03004882A1
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Boris Ouriev
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Bühler AG
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Classifications

    • 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

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beeinflussen der rheologischen Eigenschaften eines Fluids, das mit mindestens einer einem Anlagen- bzw. Maschinenteil zugeordneten Grenzfläche in Wechselwirkung steht, wobei mindestens ein Teil der das Fluid bildenden Fluidelemente zu Schwingungen angeregt wird, und wobei als Quelle für mechanische Schwingungen die mindestens eine Grenzfläche des Anlagen- bzw. Maschinenteils verwendet wird.

Description

BEEINFLUSSEN DER RHEOLOGISCHEN EIGENSCHAFTEN EINES FLUIDS DURCH SCHWINGUNGEN
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beeinflussen der rheologischen Eigenschaften eines Fluids nach dem Oberbegriff von Anspruch 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.
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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.
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.
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.
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.
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.
Vorzugsweise findet die selektive Schwingungsanregung an einer ganzen Gruppe von Elementen oder mehreren Gruppen von Elementen statt.
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.
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.
Vorzugsweise besitzt die mindestens eine schwingende Grenzfläche mindestens eine Schwingungskomponente in der Tangentialebene der Wand/Fluid-Grenzfläche.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Insbesondere ist auch hier die Schwingungsanregung durch aufeinanderfolgende Schläge besonders vorteilhaft, da durch die Schläge ein breites Frequenzspektrum in das Fluid eingebracht wird.
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.
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.
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.
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.

Claims

Patentansprüche
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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fluidelemente in bestimmten Bereichen des Fluids zu Schwingungen angeregt werden. .
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.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phase aus verschiedenen Phasenelementen besteht.
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.
6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Suspension ist.
7. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Emulsion ist.
8. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein fluidisiertes Pulver bzw. Pulvergemisch ist.
9. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Schaum bzw. ein Schaumgemisch ist.
10. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kolloid bzw. ein Kolloidgemisch ist.
11. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Polymer bzw. ein Polymergemisch ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis11, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Arten der Elemente des Fluids selektiv zu Schwingungen angeregt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Gruppen von Elementen selektiv zu Schwingungen angeregt werden.
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.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mindestens zum Teil pneumatisch erzeugt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mindestens zum Teil hydraulisch erzeugt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingung durch Stossanregung erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aufeinanderfolgende Stossanregungen erfolgen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche ausser ihrer Schwingungsbewegung keine weitere Bewegung durchführt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche zusätzlich zu ihrer Schwingungsbewegung noch mindestens eine weitere Bewegung durchführt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Bewegung der Grenzfläche eine Translation ist.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Bewegung der Grenzfläche eine Rotation ist.
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.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Schleppströmung versetzt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Druckströmung versetzt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Kombination aus Schlepp- und Druckströmung versetzt wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Dehnströmung versetzt wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Scherströmung versetzt wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in eine Kavitationsströmung versetzt wird.
36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung in ausgewählten Frequenzen bzw. Frequenzbereichen erfolgt.
37. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung mit ausgewählten Amplituden bzw. Amplitudenbereichen erfolgt.
38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung durch aufeinanderfolgende Schläge erfolgt.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schläge jeweils durch ein Zeitintervall konstanter Länge voneinander getrennt sind.
40. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schläge jeweils durch ein Zeitintervall stochastischer Länge voneinander getrennt sind.
41. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schläge jeweils durch ein Zeitintervall normalverteilter Länge voneinander getrennt sind.
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung mit ausgewählten Amplituden bzw. Amplitudenbereichen erfolgt.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Frequenzen bestimmten Schwingungsmoden zugeordnete Eigenfrequenzen bestimmter Arten von Phasenelementen sind.
44. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fluid mindestens eine oberflächenaktive Substanz hinzugegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Phasenelemente des Fluids dem Fluid jeweils mindestens eine spezifische oberflächenaktive Substanz hinzugegeben wird.
PCT/CH2002/000103 2001-07-05 2002-02-22 Beeinflussen der rheologischen eigenschaften eines fluids durch schwingungen WO2003004882A1 (de)

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