DE1619909A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung von hochviskosen Fluessigkeiten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung von hochviskosen FluessigkeitenInfo
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Description
. no. r. vnmiTHOFF
. Ο.
1A-34 085
Be Schreibung zu der Patentanmeldung
Probat 4 Class
Maschinenfabrik
Maschinenfabrik
Rastatt, Industriestraße 28
betreffend
Flüssijs;keiten.
Viele Produkte der chemischen, der pharmazeutischen,
der Lebensmittel- und verwandten Industrien, insbesondere hochvicükooe Flüssigkeiten, Pasten, Suspensionen, Emulsionen
eier dergl. enthalten Luft oder Gase gelöst oder in Form
von kleinen Blasen, die bei der Herateilung unvermeidbar in die Flüssigkeit eingearbeitet werden, i* Endprodukt
jedooh nioht enthalten sein sollen oder dürfen.
So beeinträchtigen beispielsweise dl« In Salben der pharmazeutischen
Industrie vorhandenen öaablasen das
Aussehen der abgefüllten Salbe und verhindern eine
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einwandfreie, stets gleichbleibende Füllung der
Packungen. Pasten oder ünulsionen der Lebensmittelindustrie dürfen vielfach keine Luft enthalten, um ein
vorzeitiges Altern b*v. Verderben eu verhindern.
Während bei niedrigviskosen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, das Entgasen ohne besondere Maßnahmen bei einem etwa in der Nähe des Dampfdrucks der
Flüssigkeit liegenden Umgebungedruck, d.h. im allgemeinen in einem evakuierten Haue vorgenommen werden kann, ist dies
bei hochviskoeen Flüssigkeiten der genannten Art nicht mehr mit einer technisch sinnvollen Raum-Zeitausbeute
möglioh. Die sich unter der Wirkung des Vakuums bzw. des,
vorzugsweise nur geringfügig, oberhalb des Dampfdrucks der .flüssigen Phase liegenden Umgebungedrucks vergrößernden
Gasblasen besitzen in hochviskosen Flüssigkeiten eine zu geringe Steiggeschwindigkeit, um in erträglichen Zeiten
eine Strecke von einigen oder mehreren Zentimetern zurückzulegen, damit sie aus dem Flüssigkeitskern an dessen Oberfläche gelangen. φ
Man hat daher bereits die Flüssigkeit zu einer möglichst dünnen Schicht ausgebreitet, um so die Flüssigkeitsoberfläche
zu vergrößern, die von den Oasblaßen zurückzulegenden Wegstrecken zu verkleinern und damit die Verweilzeiten der
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Grasblasen in der Flüssigkeit zu verkürzen und die größeren Gtasblasen unmittelbar freizulegen.
Man hat auch schon die zu entgasende Flüssigkeit durch einen feinmaschigen rotierenden Siebkorb in ein den olebkorb
umgebendes, evakuiertes Gefäß geschleudert. Da die Verweilzeiten der Flüssigkeit, so lange sie zu einer
dünnen Schicht ausgebreitet oder zu Teilmengen, z.B.
Tropfen, zerteilt ist, bei einem solchen Vorgehen sehr kurz werden, muß, sofern eine weitgehende Entgasung
erzielt werden soll, die Schichtdicke oder die Teilmengengröße etwa von der gleichen Größenordnung sein,, wie die
Größe der zu entfernenden Gasblasen. Dies läßt sich für eine
befriedigende Entgasung, so hat sich gezeigt, technisch und wirtschaftlich nur selten halbwegs befriedigend verwirklichen,
da einerseits die Verweilzeit der ausgebreiteten Flüssigkeit im Vakuumraum nicht frei wählbar ist und andererseits die
Vorrichtungen unter Umständen sehr groß "werden.
Es ist auch bekannt geworden, die Flüssigkeit einem in
einem Vakuumgefäß umlaufenden ebenen üchleuderteller zentral zuzugeben, und durch die aufgrund der Rotation des oohleuderteilers
auf oie wirkende Eadialbesclileunij-junt; auf den üchleuderteller
zu einf.r dünnon Schicht aus-zubreitun und dadurch der
Wirkung des niedrigen Umgebungodrucks auszusetzen. Auch die Wirksamkeit
dieses Vorgehens hat in vielen Fällen nicht befriedißt, da die
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Verweilzeit der Flüasigkeitsschicht auf dem Schleuderteller
kurz ist und diese Zeit nicht ausreicht, um die Gasbl&sen
unter der Wirkung des natürlichen Auftriebs an die Flüssigkeitcschichtoberflache
zu bringen. Für eine dennoch einigermaßen ' wirksame Entgasung sind Schleuderteller großen Durchmessers
erforderlich·
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Entgasen hochviskoser Flüssigkeiten,
deneöie Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen
nicht anhaften und die eine wirksamere kontinuierliche Entgasung bei besserer Raumzeitausbeute ermöglichen.
Die Erfindung geht aus'JiS zuletzt genannten Verfahren
zur Vakuumentgasung von hochviskosen Flüssigkeiten, bei den:
die Flüssigkeit in Form einer dünnen Schicht einer Radialbeschleunigung bei einem, vorzugsweise nur geringfügig, oberhalb
des Dampfdrucks der flüssigen Phase liegenden Umgebungsdruck ausgesetzt wird.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird erfindungsremäß
dadurch gelbst, daß bei einem solchen Verführen in der Flüssigkeit
durch die Radialbeschleunigung Druck erzeugt wird. Dazu ist es besonders vorteilhaft, daß die Flüssigkeiteschicht nuf einer
Fläche abgestützt wird, zu der das die Radialbeschlnuniflrung
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erzeugende Fliehkraftfeld etwa senkrecht gerichtet ist.
Die Radialbeschleunigung erzeugt eine Fliehkraft in der FlUeeigkeitsechicht, die durch deren Abstützung auf
einer Fläche in Druck umgesetzt wird. Dadurch wird gleichzeitig der Auftrieb der eingeschlossenen Gasblasen gegenüber
dem Auftrieb im Schwerkraftfeld um das Verhältnis der Fliehbeschleunigung
b = R . Ut (R = radialer Abstand der Flussigkeitsschicht
von der Drehachse, ft} == Winkelgeschwindigkeit)
zur Erdbeeohleunigung g erhöht. Bei einem Beschleunigungs-
verhältnis yon "Ry / g * 10 kann deshalb die Steig-
geechwindigkeit der Gaeblaeen auf das Tausendfache ge
steigert werden. Bei gleicher Schichtdicke und Verweilzeit in einem Fliehkraft- und Schwerkraftfeld ist deshalb im Fliehkraftfeld
eine wesentlich weitgehendere Entgasung möglich, wenn die durch die Radialbeschleunigung erzeugte Fliehkraft in Druck uagesetzt wird»
Die Alt fixier Kreiebeschleunigung (Radialbeschleunigung eines
auf eine« Krale bewegten Körpers) erzeugbare Druckerhöhung J^ ρ
in der Flüssigkeitaschicht läßt sich aus folgender Formel
berechnen.
V- P(R) - P1 -1 5P . (f (R2 - R J
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Dabei bedeuten ρ (R) den am Radius R herrschenden Flüssigkeitsdruck, R. den Radius der inneren, der Drehachse
zugewandten Oberfläche der Flüssigkeitsschicnt, p. den auf die
inn«r· Oberfläche d«r Fiaesigkeitsechioht wirkenden Druck,
€ - die FlUsBigkeitsdichte und Ul die Winkelgeschwindigkeit
der Flüssigkeitsschicht bezüglich ihrer Drehachse.
Der Druckanstieg Ap in der FlüssigkeitsschicLt kann
nicht beliebig gesteigert werden, da sonst die damit verbundene Lösung der in der Flüssigkeit eingeschlossenen Gase
unzulässig erhöht werden würde. E3 hat sich herausgestellt,
daß es besondere günstig ist, wenn die Dicke der Flüssig-
keiteschicht (R - R.) (R « Außenradius der Flüssigkeitss
χ a ·
Schichtoberfläche) so gewählt wird, daß die Differenz der Drucke an den beiden Oberflächen der Flüssi^keitsschlcht
in der Größenordnung des Umgebungsdrucks liegt, was bedeutet, daß der Druck an der radial äußeren Oberfläche
der Flü3sigkeitsschicht nur etwa doppelt so hoch sein soll, wie der auf die radial innere Oberfläche wirkende Umgebungsdruck.
Der maximal in der Flüssigkeitsschicht herrschende Druck sollte i. a. nicht großer ala etwa 2 bis etwa 5 . Pj1
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entgasung im Fliehkraftfeld besteht u. a. aus einem Behälter, insbesondere
Vakuumbehält»r und einer Schleudereinrichtung, die die ihr
«!!geführte höefrrlakoee Flüssigkeit in Form einer dünnen
Schicht verläßt und ist erfindungsgemäß dadurch charakterisiert, daß koaxial zum Rand der Schleudereinrichtung ein Eingetriebener,
vorzugsweise mit der ochleudereinrichtung drehfest verbundener,
hohlzylindrischer Rotor vorgesehen ist, auf dessen Innenwand die dünne Schicht übertritt. Der Rotor bildet dabei eine
die radialbeschleunigte Flüssigkeitsschicht abstützende Fläche, zu der das die Radialbeschleunigung erzeugende
Kraftfeld senkrecht geriohtet ist. Die durch die Radialbe
achleunigung erzeugte Fliehkraft wird dadurch in Druck umgesetzt. Die vtn einer dünnen Schicht auf den Rotor
übertretende oder auf diesem in eine dünne Schicht ausgebreitete Flüssigkeit verläßt den Rotor über dessen Ränder.
XM einen Flüaeigkeitetraneport auf der Rotorinnenfläche
nur in einer Richtung zu erzielen, ist bei einer vorteilhaften Abwandlungsfora der Entgasungsvorrichtung der Rotor
kegeletumpffürmig ausgebildet und der Rand der Schleudereinrichtung,
über den die Flüssigkeit diese veiläßt, dem oberen Kegelstumpfabschnitt
mit dem kleineren Durchmesser zugeordnet. In diesem Fall ist das die Radialbeschleunigung erzeugende Kraftfeld
nur etwa senkrecht zur Oberfläche der Flüssigkeitsschicht
gerichtet. BAD
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Es hat sich überraschend gezeigt, daß eine Erhöhung der Entgasuns;swirkung in vielen Fällen dann erreichbar
ist, wenn der Behälter oder ein feststehender Mantel den oder jeden Rand des Rotors, über den die Flüssigkeitsech!ent
den Rotor verläßt, mit Abstand umschließt, so daß eine freie
Wegstrecke zwischen Rotorrand und Grehäuseinnenwand für die Flüssigkeit vorhanden ist.
Als Schleudereinrichtung hat sich ein mit Radialschaufeln besetzter Schleuderteτler besonders bewährt, bei dem die
Rad ia.1 schaufeln vorzugsweise gerade sind, obwohl auch rückwärts
oder vorwärts gekrümmte Radialschaufeln grundsätzlich infrage kommen. iJin solcher mit Radialschaufeln besetzter Teller hat
den 7orteil, daß mit Sicherheit'au? ihm radialbeschle.unigte
Flüüsigkeitsschicht die radial- äußere Umfangsgeschwindigkeit
des Tellers annimmt und so die Flüssigkeitsschicht mit etwa der Umfangsgeschwindigkeit, mit der auch der den Teller umschließende
Rotor umläuft, auf diesen ttbeVtretag kann,
damit dann am Rotor die Druckerhöhung trfolft.
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— Q _
Insbesondere bei besonders hochviskosen flüssigkeiten
hat es sich ferner als zweckmäßig erwiesen, den Schleuderteller von einem ringförmigen Deckel in geringem Abstand
zu überdecken, so daß ein ringförmiger Umfangsaustrittsspalt gebildet ist. Y/enn gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausbildung des abgedeckten Schleudertellers sich dessen Querschnitt in radialer Richtung stark verjüngt, so ist
oberhalb einer bestimmten Verjüngung erreichbar, daß im Betrieb der ganze Querschnitt des Schleudertellers stets
mit Flüssigkeit erfüllt ist.
Für derartige Schleuderteller wird kein selbständiger Schutz beansprucht, da sie an sich bekannt sind, sie stellen
jedoch für die Entgasungsvorrichtung besonders vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Ebenso hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, den abgedeckten Schleuderteller so auszubilden,
daß die Dicke des Austrittsspalts veränderüar ist, um so die Vorrichtung veränderten Betriebsverhältnissen (Viskosität
der Flüssigkeit, Art der zu entgasenden Flüssigkeiten
u. dgl·) anpassen zu können· Dazu gehört auch, daß der
Antrieb der Schleudervorrichtung und des ggf. unabhängig angetriebenen Rotors drehzahlregelbar ausgebildet ist.
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BAD OHlClNAL - 10 -
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Die Erfindung ist anhand von Zeichnungen an zwei vorteilhaften AusführungslDeispielen näher erläutert, woraus
auch einige Weiterbildungen der Entgasungsvorrichtung gemäß den Unteransprüchen deutlich werden.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vakuumentgasungsvorrichtung
besteht aus einem zylindrischen Behälter 1, dessen obere Öffnung mit einem Deckel 2 verschlossen ist
5, 6} 14, 15, in dessen Mitte eine Antriebswelle 3 in Lagern 4 gelagert ist, die zum Antrieb der als Schleuderteller
5, 14 ausgebildeten Schleudereinrichtung diente Der Schleuderteller 5 der Entgasungsvorrichtung nach Fig. 1 ist
mit einem ringförmigen, kegelstumpfartigen Deckel b überdeckt, der mit der Welle 5 über Radialschaufeln 7 verDunden
ist. Die durch das Einfulirohr b über den zur '(/eile $
konzentrischen 'i'richter 16 auf die Schleudereinrichtung zentral aufgegebene zu entgasende Flüssigkeit wird durch
die Radialschaufeln'7 radial beschleunigt und durch den
vom Deckel 6 und Teller t? gebildeten.Umfangsringspalt 9
abgeschleudert. Mit dem Schleuderteller t>, b ist ein koaxial
zu ihm vorgesehener kegelstumpfförmiger Rotor 10
auf den die aus dem bpalt y austretende Flüssigkeit übertritt,
drehfest verbunden. Der Rotor 10 ist am Deckel b befestigt.
bad c?.;is;-:AL
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Der vom Rotor 10 abgeschleuderte Flüssigkeitsfilm trifft auf den .koaxial zu ihm angeordneten feststehenden
Mant&l 11 auf und gelangt von diesem in das Unterteil des
Behälters 1, aus dem er durch den Stutzen 12 abgezogen wirdi
Die Evakuierung des Behälters 1 erfolgt durch eine an den Gehäusestutzen 15 angeschlossene Vakuumpumpe.
Auch bei der Entgasungsvorrichtung gemäß Fig. 2 ist die Schleudereinrichtung als ein überdeckter Schleuderteller
14, 15 ausgebildet, dessen Querschnitt sich nach außen stark keilförmig verjüngt und der mit Radialschaufeln 7
zur Beschleunigung der zentral durch das Rohri· 8 und den
Trichter 16 aufgegebenen Flüssigkeit besetzt ist. Der Teller 14 und der Deckel 15 bilden einen in Axialrichtung schmalen,
in sich geschlossenen TJmfangsspalt 9 aus, durch den die
Flüssigkeit in Form einer dünnen Schicht in den evakuierten Behälter 1 austritt« An den Schleuderteller 14 schließt
sich radial außen ein ihn umgebender kegelstumpfförmiger,
sich nach unten öffnender Rotor 17 an, der als Verlängerung des Deckels 15 des Schleudertellers 14 ausgebildet ist und
dessen Mantelfläche nur schwach gegen die Drehachse der Welle 5 geneigt ist. Damit ist er gleichzeitig drehfest
mit ihm verbunden und läuft mit gleicher Drehzahl wie es um. Die in Form einer dünnen Schicht diese Schleudereinrichtung
verlassende Flüssigkeit durchfließt nicht, wie bei der Vorrichtung nach Figc 1 eine freie Flugstrecke bis zum
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- 12. -
Erreichen des ^otors 10 sondern tritt direkt auf den
Rotor 17 über, so daß sie überall· an der Innenwand des
Rotors anliegt. Das gleiche gilt für den Übergang vom unteren Rand des Rotors 17 zum Mantel 11.
Bs lassen sich auf die dargestellt Weise selbstverständlich^ nicht nur hochviskose Flüssigkeiten sondern auch
niederviskose Flüssigkeiten entgasen, da die dabei auftretenden Wirkungen grundsätzlich die gleichen wie bei
hochviskosen flüssigkeiten sindo Bö ist auch nicht Voraussetzung,
daß im Behälter 1 Vakuum herrschte So ist eine Entlüftung von hochviskosen Flüssigkeiten auch bei normalem Umgebungsdruck möglich, doch hat dies den Nachteil,
daß Z0 Β» gelöste luft nicht in,Grasblasen überführt wird
und somit dann nicht mehr aus der Flüssigkeit entfernbar ist. .. , *
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Claims (1)
- P at e η ta ns g r ü ο h e1. Verfahren zum Entgasen von hochviskosen Flüssig- ; keiten, insbesondere Pasten, Suspensionen, Emulsionen oder dergl., bei dem die Flüssigkeit in form einer dünnen Schicht einer Radialbeschleunigung bei einem, vorzugsweise nur geringfügig, oberhalb des Dampfdrucks der flüssigen Phase liegenden Umgebungsdruck ausgesetzt wird* dadurch g e k e η η ζ e i ohne -t , daß in der flüssigkeit; sschicht durch die Radi aliiescjale uni gung Pruck erzeugt wird.2. Verfahren nach Anspruch, f, dadurch g e k e η ϋ zeichnet , daß die flüssigkeitssohicht auf einer Fläche abgestützt wird, zu der das die Badialbesohleunigung erzeugende Kraftfeld etwa senkrecht geriohtet ist.5. Verfahren nach Anspruch 2,- daduroh ... g e k e nn -ζ e i ο hn e t , daß die Dicke der Plüasigkeitssohicht so gewählt wird, daß die Biffereiiz: der Drucke an den beiden Oberflächen der llüsöigkeitsschicht in der Ö-rößenordnung des Ümgebungsdruoks liegt» '00 9838/170 2\ ·■-■■■■ κ : ::■■,■■ :...4o Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens' nach Anspruch 1 mit einem Behälter, insbesondere Vakuumbehalter, und einer Schleudereinrichtung, die die auf sie aufgegebene Flüssigkeit in Form einer dünnen Schicht verläßt, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß koaxial zum Rand der Schleuder-, einrichtung (b, 14") ein angetriebener, vorzugsweise mit der Schleudereinrichtung drehfest verbundener, hohlzylindrischer Rotor ( 10, 17) vorgesehen let, auf dessen Innenwand die dünae Schicht übertritt.5. Vorrichtung nach Axis ρ rue Ii 4, dadurch ; g e kennze'ic h.n et, daß der Rotor (Iu, 17) kegelstumpfföriaig ausgebildet ist und der Rand der Schleudereinrichtung (5, 14) dem oberen KegelstumpfabSGlmitt zugeordnet ist„60 Vorrichtung nach Anspruch 4 oder b, dadurch g e k. en η ζ e i c h η e t , daß der Behälter (1) oder ein feststehender Mantel (11) den oder jeden Rand des Rotors (10,17)» über den die Plusaigkeitsschioht ihn verläßt, mit Abstand umschließt.--■-■. BAD ORIGINAL;009 838/1702AT-V-1 61 9 9 ΟΌ7 ρ Vorrichtung nach einen oder mehreren der , Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge k e. η η % e i c h η #e t , daß die Schleudereinrichtung als ein vorzugsweise mit Radialschaufeln (7) besetzter Schleuderteller (5, 14) ausgebildet ist*,8β Vorrichtung nachAnspruch 7> dadurch ' gefcennzeic h η e t Λ» daß der Schleuderteller (5, 14) von einem ringförmigen Deckel(6, 15) in geringem Abstand, einen ringförmigen Austrittsspalt (9) bildend, überdeclct9« Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ e i c hn e t , daß sich der Querschnitt des abgedeckten Schleudertellers (5, 6; 14, 15) in radialer Richtung stark verjüngtο10», Vorriqhtung nach Anspruch S..oder 9*.daduroh ge ke η ή zei c h net , da4ß die Dicke des Austrittsspaltes (9) veränderbar isj;.Vil 0098387 1702 bad original
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