DE1047176B - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von gasfoermigen, fluessigen oder feinverteilten festen Stoffen mittels Schallenergie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von gasfoermigen, fluessigen oder feinverteilten festen Stoffen mittels Schallenergie

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DE1047176B
DE1047176B DET14258A DET0014258A DE1047176B DE 1047176 B DE1047176 B DE 1047176B DE T14258 A DET14258 A DE T14258A DE T0014258 A DET0014258 A DE T0014258A DE 1047176 B DE1047176 B DE 1047176B
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liquid
rotor
stator
gaseous
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DET14258A
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Jozef Tabin
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/83Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations comprising a supplementary stirring element
    • B01F31/831Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations comprising a supplementary stirring element the vibrations being generated by the rotation of the stirring element

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von gasförmigen, flüssigen oder feinverteilten festen Stoffen mittels Schallenergie Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von gasförmigen, flüssigen oder feinverteilten festen Stoffen mit Hilfe von Schallenergie.
  • Durch Schall- bzw. Ultraschallschwingungen können in verschiedenen Stoffen bestimmte chemischphysikalische Wirkungen, wie z. B. Emulgieren, Koagulieren od. dgl., erzielt werden.
  • Zu diesem Zweck werden verschiedene Vorrichtungen, wie Generatoren mit elektroakustischen Wandlern oder mechanische Generatoren, verwendet.
  • Diese Vorrichtungen sind jedoch kompliziert und wenig leistungsfähig. Außerdem muß bei ihnen der Stoff unter Druck gesetzt werden.
  • Es sind auch Vorrichtungen zum Behandeln von Stoffen mittels Schallenergie bekannt, bei denen Schwingungen auf den zu verarbeitenden Stoff einwirken, die in einem Medium flüssiger Konsistenz durch einen als Zentrifugalpumpe wirkenden Rotor einer Ultraschallsirene erzeugt werden.
  • Insbesondere ist eine Flüssigkeitssirene mit hohlem Rotor und ringförmigem Stator bekannt, bei der die Flüssigkeit direkt in den Rotor und von dem Rotor durch den Stator ausströmt, wobei alle Offnungen des Rotors und Stators periodisch geschlossen werden, so daß Schwingungen auftreten, die sich sowohl vom Rotor zum Materialbehälter als auch durch den Stator hindurch zum Flüssigkeitsbehälter fortpflanzen, und die Materialium- oder -bearbeitung durch den Schall im Materialbehälter erfolgt. Hierbei muß die Flüssigkeit in den hohlen Rotor, aus dem sie durch die Zentrifugalkraft herausgeschleudert wird, hineingepreßt werden, so daß die Einrichtung infolge der erforderlichen Kompressoranlage sehr kompliziert wird und hohe Verluste bedingt.
  • Man kennt ferner eine Ultraschallsirene mit einem Rotor, der die Flüssigkeit durch Zentrifugalkraft durch eine Reihe von Außenöffnungen, die an seiner Stirnoberfläche angeordnet sind, und durch Öffnungen preßt, die sich in einer oder mehreren Scheiben befinden und so verteilt sind, daß sich die Öffnungen in der oder den Scheiben in gewissen Umdrehungsphasen gegenüber den Rotoröffnungen befinden, durch die dann die Flüssigkeit unter Druck hindurchströmt, während in der darauffolgenden Umdrehungsphase keine Scheibenöffnung einer Rotoröffnung gegenüberliegt und dadurch der Durchfluß der Flüssigkeit unterbrochen wird, und durch den ständigen Wechsel beider Phasen bei jeder Rotorumdrehung mechanische Schwingungen erzeugt werden, die sich sowohl im Rotor als auch in dem Flüssigkeitsbehälter fortpflanzen.
  • Bei den bekannten Vorrichtungen erfolgt eine Umlenkung der Flüssigkeitsströmung aus der radialen in die axiale Richtung, so daß sich erhebliche Verluste an Schwingungsenergien ergeben. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß das Medium durch einen Rotor mit einer gegenüber dem Stator verschiedenen Zahl von Durchlaßkanälen geleitet wird, so daß ein Teil der Statoröffnungen im periodischen Wechsel ganz oder teilweise geschlossen und der Durchfluß des Mediums durch einen Teil dieser Öffnungen unterbrochen, durch den anderen Teil dieser Öffnungen aber freigegeben wird, wobei sich im Rotor weniger Durchlaßkanäle als im Stator befinden.
  • Dreht sich der Rotor, so wird eine Schwingungsbewegung statt durch statischen Druck durch die Trägheit des Flüssigkeitsstromes erzeugt, der seine Richtung nur wenig ändert, wenn er die Vorrichtung durchfließt, so daß eine sehr große Beschleunigung der Flüssigkeit und im Anschluß daran eine wesentlich größere Schwingungsintensität erreicht wird und infolgedessen Resonanzerscheinungen nicht ausgenutzt zu werden brauchen und daher eine sehr bedeutende Kavitation erzeugt werden kann.
  • Da erfindungsgemäß im Stator radial verlaufende Kanäle verwendet werden, ist der Querschnitt der Kanäle nicht groß und somit die Intensität der Schwingungen und der Kavitation auch in beträchtlicher Entfernung vom Rotor erheblich. Die Flüssigkeit strömt stets in radialer Richtung durch Rotor und Stator, so daß Energieverluste, wie sie bei den bekannten Vorrichtungen infolge von Richtungsänderungen des Flüssigkeitsstromes von radialer in axialer Richtung auftreten, vermieden werden.
  • Bei der Vorrichtung nach der Erfindung strömt die Flüssigkeit aus den Statoröffnungen der Sirenen wie aus einer Düse in Form von Strahlen, so daß das schädliche Durchsickern der Flüssigkeit durch die undichten Stellen von Rotor und Schaufeln vermieden wird und ein größerer Schlitz zwischen Rotor und Stator vorhanden sein kann, womit wiederum die Reibverluste des Rotors bei der Umdrehung der Flüssigkeit vermieden werden. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1 und Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausfiihrungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.
  • Der zu bearbeitende Stoff wird durch die Eingangsöffnung B in das Innere der Vorrichtung angesaugt und fließt dann durch in dem inneren Teil des Ständers D angeordnete Öffnungen C zu den in dem sich drehenden Rotor F radial verlaufenden Offnungen E, durch die der Stoff durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und in die Offnungen G des äußeren Teiles des Ständers H gepreßt wird und in den kreisrunden Behälter J ausfließt, aus welchem er aus der Vorrichtung herausfließt.
  • Die Öffnungen E des Rotors F kommen während der Umdrehung mit stets anderen Öffnungen des Ständers D in Verbindung und verursachen auf diese Weise in denselben eine schnell veränderliche Vibrationsbewegung.
  • Die Schwingungen, die in dem in den Öffnungen C und E des Ständers befindlichen Stoff entstehen, rufen verschiedene Schallwirkungen hervor, deren Charakter von der Art des Stoffes sowie von der Intensität und der Frequenz der Schwingungen abhängt.
  • Bei diesem Verfahren wird in den Öffnungen E des Rotors F eine kontinuierliche Bewegung des Stoffes erzielt, die infolge der Trägheit in kurzer Zeit auch auf den in den Öffnungen des Ständers befindlichen Stoff übertragen wird, so daß durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ein großer Stoffausstoß und somit eine große Leistungsfähigkeit erzielt wird. Der Durchfluß des Stoffes erfolgt dabei unmittelbar durch die Öffnungen des Rotors F hindurch zu den Ständeröffnungen, in denen die Schwingungen entstehen, ohne Vermittlung von Zwischenelementen, in welchen stets erhebliche Verluste an Schwingungsenergie auftreten und durch welche die Konstruktion erheblich komplizierter wird.
  • Die Schwingungen entstehen unmittelbar in der Flüssigkeit, wobei keiner der mechanischen Bestandteile der Sirene in wesentlichem Ausmaß an den Schwingungen teilnimmt, so daß bei der Konstruktion, insbesondere bei der Materialauswahl, keine besondere Riicksicht darauf genommen werden muß.
  • In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung weist der Rotor F eine bedeutend kleinere Anzahl Öffnungen E auf als der Ständer, wodurch in den Offnungen C und G des Ständers Impulswellen entstehen, die vorzugsweise in den Öffnungen des Ständers zur Wirkung kommen. Der Rotor der Sirene ist in bekannter Weise mit der Welle K verbunden, die im Körper L gelagert ist und mit dem Antrieb in Verbindung steht.
  • Als Beispiel für die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann das Emulgieren von Tee in Wasser genannt werden. Dabei wird Teer zusammen mit Wasser und Emulgatoren bei erhöhter Temperatur durch die Öffnungen B der rotierenden Sirene zugeführt. Beim Durchfluß durch die Sirene wird das Gemisch von Teer und Wasser in den Ständeröffnungen emulgiert und fließt durch den Behälter J in Form der fertigen Emulsion heraus.
  • Die Fig. 3 zeigt den Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfin dung. Die Vorrichtung besteht aus einem Ständer.4 und einem Rotor B, der mit dem Antrieb verbunden ist. Im Ständer befinden sich vier Reihen Öffnungen C, D, E und F in Form einer akustischen Röhre, die am Umfang verteilt sind und von der Stirnfläche der Vorrichtwlg zum Rotor C hin verlaufen, der radial gerichtete Öffnungen besitzt. Alle Öffnungen sind so angehracht, daß die von der Zentrifugalkraft des Rotors gepreßte Flüssigkeit abwechselnd durch die zusammenwirkenden Öffnungen D und E fließt, wobei während dieser Zeit der Durchfluß durch die zusammenwirkenden Öffnungen C und F teilweise oder ganz geschlossen ist. Der Rotor verbindet bei seinem Betrieb die zusammenwirkenden Öffnungen C und F, wobei gleichzeitig der Durchfluß zwischen den zusammenwirkenden Öffnungen D und E geschlossen wird.
  • Die Längen der einzelnen Öffnungen des Ständers sind so gewählt, daß die Schwingungen des Ständers eine übereinstimmende Phase in der Stirnfläche der Vorrichtung besitzen. Als Anwendungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 3 kann das Koagulieren von Suspensionen erwähnt werden. Zu diesem Zwecke wird die Vorrichtung von oben in den Behälter G, durch welchen die Suspension fließt, getaucht, wobei die Feststoffteilchen der Suspension agglomeriert und koaguliert und danach in bekannten Vorrichtungen, z. B. in Absetzgefäßen, abgeschieden werden.
  • PATENTANSPOCHE: 1. Verfahren zur Behandlung von gasförmigen, flüssigen oder feinverteilten festen Stoffen mittels Schallenergie, wobei auf den zu bearbeitenden Stoff Schwingungen einwirken, die in einem Medium flüssiger Konsistenz durch einen als Zentrifugalpumpe wirkenden Rotor einer Ultraschallsirene erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch einen Rotor mit einer gegenüber dem Stator verschiedenen Zahl von Durchlaßkanälen gleitet, so daß ein Teil der Stator öffnungen periodisch ganz oder teilweise geschlossen wird und der Durchfluß des Mediums, durch einen Teil der Öffnungen unterbrochen, durch den anderen Teil der Öffnungen erfolgt.

Claims (1)

  1. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor weniger Durchlaßkanäle als der Stator aufweist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 849 843; österreichische Patentschrift Nr. 175 072; französische Patentschrift Nr. 1 018 402; USA,-Patentschrift Nr. 2693 943.
DET14258A 1957-06-13 1957-10-09 Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von gasfoermigen, fluessigen oder feinverteilten festen Stoffen mittels Schallenergie Pending DE1047176B (de)

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