DE1625206A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Zerstaeuben von Fluessigkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER Prankfurt am Main, Weissfrauenstrasee 9

Vorrichtung und Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeit mittels eines Gases. Sie bezieht sich besonders auf eine als Brenner für Anlagen zur Herstellung von Furnace-Russ verwendbare Zerstäuberkonstruktion und ein damit, ausführbares Verfahren zur Herstellung von Furnace—Russen aussergewöhnlich hoher Oberfläche.

Beim Furnace-Russ-Prozess wird in einem Reaktionsraum, der z. B. durch Verbrennen eines Hilfsgases auf der notwendigen Temperatur gehalten wird, ein flüssiger Kohlenwasserstoff als Russrohstoff thermisch zersetzt oder unvollständig verbrannt. Für die Zuführung des flüssigen Rohstoffs in den Reaktions raum, die unter schneller und wirksamer Versprühung geschehen muss, sind verschiedene Brennervorrichtungen bekannt.

Eine Ausführung eines solchen Brenners besteht in einem zentralen Rohr, durch das der flüssiger Rohstoff strömt und das von einem koaxialen Mantelrohr umgeben ist, durch das man ein Gas zuführt. Beide Rohre sind praktisch zylindrisch und enden in der gleichen Ebene, so dass ein freier Flüssigkeitsstrahl entsteht, der von dem mit gleichbleibender Geschwindigkeit aus dem Mantelrohr strömenden Gas, dem sogenannten Stützgas, vor dem zentralen Rohr in Tröpfchen zerteilt wird.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform treten zerteilendes Gas und flüssiger Rohstoff durch eine oder mehrere Öffnungen in den Reaktionsraum ein, nachdem sie in erheblicher Entfernung vor den Öffnungen miteinander vermischt worden sind. Da das Gemisch von der Vermiechungssteile bis zu den Austrittsstellen einen längeren Weg zurücklegen muss, kommt es in dem Zuleitungsrohr zu einer Entmischung der Komponenten, die weitgehend zur Ausbildung eines an den Rohrwandungen haftenden Flüssigkeitsfilmes führt, während sich das Gas vorzugsweise in Rohrmitte einen Strömungekanal bahnt und die Flüssigkeit

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erst wieder am Rohrende von der Wandung abreiset und zerteilt.

Mittels dieser beiden Brennerkonstruktionen lassen sich wirtschaftlich nur die gebräuchlichen Furnace-Russe mit Oberflächenwerten

unter ca, 150 tn /g herstellen. Die Herstellung von Russen mit grösseren spezifischen Oberflächen würde nämlich beträchtlich erhöhte Mengen Verbrennungsluft erfordern, wodurch die Russausbeute sehr stark zurückginge. Aus diesem Grunde werden bisher Russe mit mehr als ca. 150 m /g spezifischer Oberfl
in technischem Massstab hergestellt.

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als ca. 150 m /g spezifischer Oberfläche in Furnace-Anlagen nicht

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass man Russe sehr hoher spezifischer Oberfläche mit guten Ausbeuten in Furnaoe-Russ-Anlagen herstellen kann, wenn man zum Zerstäuben des Russrohstoffs eine Vorrichtung der im folgenden beschriebenen Konstruktion verwendet:

Die erfindungagemäeae Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein an einem Ende mit einer Düse versehenes und zur Düse hin sich verengendes Mantelrohr für das Gas und ein im Mantelrohr angeordnetes und innerhalb desselben endigendes Zuführungsrohr für die Flüssigkeit, wobei der Abstand der beiden Rohrenden in axialer Richtung von der Grössenordnung des Mantelrohrs ist.

Zweckmässigerweise ist das Zuführungsrohr für die Flüssigkeit relativ zum Mantelrohr in der Längsachse verschiebbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mündet das Zuführungsrohr für die Flüssigkeit im Bereiche der Verengung des Mantelrohrs zur Düse hin. .

Vorteilhafterweise besitzt die Düse am Mantelrohr eine Bohrung, dia wesentlich enger ist als das Mantelrohr selbst.

Die Düse kann ferner entweder eine zylindrische Bohrung oder die Form einer Venturi- oder Laval-Düse haben.

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Es wird also der aus dem Zuführungsrohr austretende flüssige Rohstoff von dem mit hoher Geschwindigkeit im .Mantelrohr vorbeiströmenden Gas noch innerhalb des Mantelrohrs zu feinen Tröpfchen zerrissen. Eine besonders intensive Verteilung wird dann erzielt, wenn das Zuführungsrohr so eingestellt ist, dass seine Mündung im Bereich der Verengung des Mantelrohrs, gegebenenfalls auch ausserhalb von dessen Mittelachse, liegt.

Mit abnehmendem Querschnitt des Mantelrohrs steigt nämlich die Geschwindigkeit des Gasstroms progressiv an, was die Zerteilung der Flussigkeitströpfchen verbessert.

Durch die Düse am Ende des Mantelrohrs wird der gebildete. Nebel noch weiter beschleunigt. Dieser Effekt ist dann besonders stark, wenn die Düse als Venturirohr oder Lavaldüse ausgebildet ist. Das Gemisch gelangt dadurch mit ausserordentlich hoher Geschwindigkeit und Turbulenz in den Reaktionsraum» Die Austrittsgeschwindigkeit und der Sprühwinkel können durch entsprechende Wahl von Düsendurchmesser und Düsenform beeinflusst werden.

Der technische Vorteil, gegenüber der an erster Stelle beschriebenen bekannten Brennerausführung besteht in. der Beschleunigung des Flüssigkeitsnebels nach dem Dispersionsvorgang.

Der Vorteil gegenüber der an zweiter Stelle beschriebenen bekannten Brennerkonstruktion besteht darin₀ dass*sich an der Düsenwandung kein Ölfilm ausbilden kann, der an der Wandung haftet und nur einen geringen Anteil des Impulses des zerstäubenden Gases aufnimmt.

Ein beim Betrieb eines mit der erfindungsgemässen Versprühvorric titling ausgerüsteten Furnacβ-Russ-Ofens zusäztlich vorhandener Vorteil gegenüber der bekannten Arbeitsweise besteht darin, dass man als Zerstäubergas ohne weiteres Luft verwenden kann, ohne befürchten zu müssen, dass diese als schädliche Komponente, im Reaktionsgemisch wirkt. Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, dass man im Gegensatz zu den bisher mit bekannten Brennern gemachten Erfahrungen, die Menge

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der Zerstäuberluft auf Kosten der dem Ofen anderweitig zugeführten sogenannten Verbrennungsluft, die die den Ofen beheizende Flamme unterhalt, vermehren kann, wobei ohne Ausbeuteverlust eine Erhöhung der spezifischen Oberfläche des entstehenden Russes erzielt wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung schafft die Möglichkeit, hochaktive Farbrusse in üblichen Furnace-Russ-Anlagen mit guter Ausbeute herzustellen, ohne dass dazu grössere konstruktive Änderungen am Ofen selbst erforderlich wären. Selbstverständlich sind alle bekannten Varianten von Brennern, z. B. soweit sie die Zuführung eines Brenngases in einem zweiten äusseren Mantelrohr betreffen, auf den erfindungsgemässen Brenner ebenso anwendbar wie auf die herkömmlichen Brenner.

Demgemäss besteht ein mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung verwirklichtes Verfahren zur Herstellung von Furnace-Russ hoher Oberfläche darin, dass man einen als Rohstoff dienenden flüssigen Kohlenwasserstoff in einen Gasstrom hoher Geschwindigkeit einbringt und in diesem dispergiert, worauf man die entstandene Dispersion erst beschleunigt, dann in den Reaktionsraum verdüst.

Nach einer besonders günstigen Ausfuhrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens bringt man den Kohlenwasserstoff in einen im Zustand der Beschleunigung befindlichen Gasstrom ein.

Ohne Nachteil kann man dabei zum Dispergieren Luft verwenden.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Das Rohr 1 dient zur Zuführung der Flüsigkeit. Es tritt am rückwärtigen Teil der Vorrichtung in das zur Führung des Gases bestimmte Mantelrohr 2 ein, verläuft in dessen Mittelachse in Richtung zur zylindrischen Bohrung k der Düse 3 und endigt in kurzem Abstand vor dieser. Die Düse 3 bildet den vorderen Teil des Mantelrohres 2. Der

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Abstand zwischen der Mündung des Rohres 1 und der Eintrittsöffnung der Düse ist mittels der Gewindeanordnung 6 variabel einstellbar. In der Zeichnung ist der Abstand so dargestellt, dass die Mündung · des Rohres 1 in dem Bereich der Verengung des Mäntelrohrs zur Düse hin liegt.

In der gezeigten Ausführungsform der erfindungsgeniässen Vorrichtung ist das Mantelrohr 2 von dem koaxial dazu angeordneten äusseren Rohr 5 für die Zuführung eines Brenngases umgeben. Das Rohr 5 endigt hier vor dem Düsenkörper 3. An dieser Stelle tritt das Brenngas in den Ofenraum (nicht gezeigt ) aus.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile seien abschliessend kurz herausgestellt:

1. Feinste Verteilungen von .Flüssigkeit in Gas erzielbar.

2. Vorrichtung ohne wesentliche Änderung der Russerzeugungsanlagen selbst verwendbar.

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3. Es können Furnace-Russe hoher spezifischer Oberfläche ( P* 15Om /g)

mit guten Ausbeuten hergestellt werden.

4. Als Zerstäubergas kann unbedenklich Luft verwendet werden.

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Claims (9)

P a.· t θ η t a ri s ρ r ü ο h β

1) Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeit mittels eines Gases, z. B. für Anlagen zur Herstellung von Furnace-Russ,. gekennzeichnet durch ein an einem Ende mit einer Düse versehenes und zur Düse hin sich verengendes Mantelrohr für das Gas und ein im Mantelrohr angeordnetes und innerhalb desselben endigendes Zuführungs¹ rohr für die Flüssigkeit, wobei der Abstand der beiden Rohrenden in axialer Richtung von der Grössenordnung des Durchmessers des Mantelrohres ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1,: dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführungsrohr relativ zum Mantelrohr in der Längsachse verschiebbar ist.

3) Vorrichtung nach Anspruch T oder 2,-dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführungsrohr im Bereiche der Verengung des Mantelrohrs zur Düse hin mündet.

k) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine Bohrung besitzt, die wesentlich enger ist als das Mantelröhr selbst.

5) Vorrichtung nach den. Ansprüchös T bia 4-, da>durch gekennzeichnet, dass die Düse= ©ine zylindri&che Bohrung hat«

6) Vorrichtung nach den Ansprüchten 1 b-ia k, dadurch gefceti»ze;ichn%t, dass die Düse die Far» eiaer VentiAri- oder

7) Verfahren zur/ Herstellung von Furnaee-Rusa hoher duroh gekennzeichnet_r daset man e^nen &1m Rohstoff euorfeandten flüs· sigen Koh-lenw^saersitofi* rotittels einer Vorricbtang n&rQh den vor-, stehenden Ansprächen, in einen Gasstrom hoher Geschwindigkeit einbringt und ia dieaem di»pergi&rt, worauf m&n. diot eant^tandenfr Dispersion erst beschleunigt und d»nn in den neaktion*r*uro verdü·*,

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8) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass man den Kohlenwasserstoff in einen im Zustand der Beschleunigung befindlichen Gasstrom einbringt.

9) Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als Gas zum Dispergieren Luft verwendet.

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21. 2- 1968

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