DE1619909A1

DE1619909A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung von hochviskosen Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1619909A1
Application number: DE19671619909
Authority: DE
Inventors: Rumpf Dr-Ing Hans; Dipl-Ing Kurt Leschonski
Original assignee: Probst & Class
Current assignee: Probst & Class
Priority date: 1967-12-20
Filing date: 1967-12-20
Publication date: 1970-09-17
Also published as: CH496459A; GB1257173A

Description

. no. r. vnmiTHOFF

. Ο.

1A-34 085

Be Schreibung zu der Patentanmeldung

Probat 4 Class
Maschinenfabrik

Rastatt, Industriestraße 28

betreffend

Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung von hoohviskosen

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 5_P . (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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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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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.

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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 Fig_c 1 eine freie Flugstrecke bis zum

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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 sind_o 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. .. , *

Patentansprüche

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Claims

P at e η ta ns g r ü ο h e

1. 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» '

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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.

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7 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, überdeclct

9« 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 verjüngtο

10», Vorriqhtung nach Anspruch S..oder 9*.daduroh ge ke η ή zei c h net , da4ß die Dicke des Austrittsspaltes (9) veränderbar isj;.

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