DE3885284T2

DE3885284T2 - Verfahren und vorrichtung zur bildung von tropfen.

Info

Publication number: DE3885284T2
Application number: DE3885284T
Authority: DE
Inventors: Alf Andersson; Ralf Andersson
Original assignee: Individual
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2008-03-26
Also published as: DK170712B1; EP0368851A1; EP0368851B1; JPH0634949B2; DE3885284D1; DK661688A; FI894548A; SE456486B; SE8701274D0; US4978069A; FI100642B; FI894548A0; AU1493888A; JPH02503066A; WO1988007414A1; DK661688D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Teilen einer Flüssigkeit in Tropfen. Die Erfindung betrifft im besonderen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung von Tropfen, wobei die Tropfen von einer Vorrichtung zur Bildung der Tropfen durch zentrifugale Wirkung weggeschleudert werden.
Eine Anwendung der Erfindung besteht in der Bildung von starren, kugelförmigen Granalien aus einem flüssigen Material, wie einer Schmelze, während derer die erfindungsgemäß gebildeten Tropfen im nicht erstarrten Zustand durch zentrifugale Wirkung von einer Vorrichtung zur Tropfenbildung weggeschleudert werden und nachfolgend, beispielsweise in einer Abwärtsbewegung, einem Erstarrungsverfahren in einer Erstarrungszone zugeführt werden.
Der Begriff Schmelze wird nachfolgend für alle Arten von Substanzen in flüssiger oder halbflüssiger Form, enthaltend wahlweise schwebende oder dispergierte Teilchen verwendet, die während ihres nachfolgenden Passierens einer Erstarrungszone in kugelförmige Granalien erstarren können (beispielsweise durch Temperaturveränderungen, Trocknungs- oder chemische Prozesse).
In anderen Anwendungen der Erfindung werden die Tropfen aus einer Flüssigkeit gebildet, die nach der Tropfenbildung nicht einer Erstarrung unterzogen wird. Eine derartige Anwendung ist beispielsweise die Gasreinigung, wobei das zu reinigende Gas einen "Nebel" von Flüssigkeitstropfen passiert, um Verunreinigungen aus dem Gas zu entfernen. Eine andere Anwendung ist Streichen/Spritzen. Lufttrocknung und die Verteilung von Brennstoff in Brennern kann weiterhin als Beispiel für eine vorstellbare Anwendung dieser Erfindung genannt werden.
Der Stand der Technik im Rahmen der zuerst genannten erfindungsgemäßen Anwendung, d. h. der Bildung von kugelförmigen Granalien aus einer Schmelze, beinhaltet beispielsweise die Herstellung von Harnstoff für Düngemittel, Karbamid und Ammoniumnitrate, wobei es erwünscht ist, ein Endprodukt in der Form von kleinen kugelförmigen Granalien zu erhalten. Eine große Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Tropfenbildung ist zu diesem Zweck entwickelt worden, deren Hauptaufgabe die Herstellung von einheitlichen Kugelgrößen, d. h. einheitlichen Schmelztropfen, war. Derartige Vorrichtungen zur Tropfenbildung sind üblicherweise im oberen Teil eines sogenannten Sprühkristallationsturmes angebracht, durch den ein Kühlluftstrom nach oben gegen die absteigenden Tropfen gerichtet wird.
Ein einheitlicheres Durchmesserverhältnis derartiger Tropfen bedingt eine Anzahl von Herstellungs- und Umgebungsverbesserungen. Auf der anderen Seite bedingt ein Streuen der Tropfendurchmesser ein Wiedereinschmelzen eines großen Teils des Materials. Weiterhin können zu kleine Tropfen Anlaß zu unerwünschten Luftverschmutzungen geben, da die zu kleinen Tropfen in Form von Aerosolen mit der Abluft ausgetragen werden und Geruchsprobleme in der Umgebung, Niederschlag und andere Umweltrisiken verursachen.
Viele bekannte Herstellungsverfahren und Vorrichtungen zur Bildung von Tropfen basieren auf dem Prinzip, daß eine Schmelze einer perforierten und wahlweise rotierenden zylindrischen Oberfläche aufgegeben wird, die sie in Form von Tropfen verlassen. Eine derartige Technik benötigt offensichtlich einen konstanten Fluß zu jeder Perforation der Oberfläche und einen konstanten, jede dieser Perforationen verlassenen Fluß, und diese bekannte Technik hängt, bei einer gegebenen Viskosität, offensichtlich stark von einer einheitlichen Größe der Lochdurchmesser über die gesamte perforierte Oberfläche ab.
SE 373 755 schlägt beispielsweise vor, daß die Durchführungen einer Scheibe zur Tropfenbildung mit einer Schicht aus Epoxy-Kunststoff überzogen werden sollten, um ein Verstopfen der tropfenbildenden Durchführungen zu verhindern.
SE 393 753 zeigt die Verwendung eines rotierenden, perforierten Behälters, aus dem eine Schmelze durch radial in der Behälterwand vorgesehene Löcher herausgeschleudert wird und auf diese Weise in Tropfen geteilt wird. Gemäß diesem Patent wird das flüssige Material in der Form von ringförmigen, laminaren Strömen zugegeben, wobei jeder einzelne Strom auf vertikal voneinander getrennte Bereiche gerichtet wird, die Löcherreihen enthalten.
NO 170,270 versucht das o. g. Verstopfungsproblem durch eine Zentrifuge zum Sprühen von flüssigem Material, wie einer Schmelze, durch eine rotierende, perforierte Wand zu lösen, wobei der Behälter der Zentrifuge einen rotationssymmetrischen Körper enthält, dessen der Zentrifugenwand gegenüberliegende Oberfläche im wesentlichen die gleiche Rotationsform wie die Wand des Zentrifugenbehälters aufweist, wobei der Körper derart dimensioniert ist, daß zwischen dem Körper und dem Inneren des Zentrifugenbehälters ein relativ schmaler ringförmiger Zwischenraum gebildet wird, der eine Breite von beispielsweise 20 mm aufweist. Das Patent schlägt ebenfalls vor, daß der innere Körper mit Auslaßöffnungen versehen ist, so daß eine Schmelze von oben in das Innere des Körpers einführbar ist und durch die Auslaßöffnungen in den ringförmigen Zwischenraum fließt und von dort durch die Perforationen des Zentrifugenbehälters gelangt. Die oben erwähnten bekannten Vorrichtungen beruhen alle auf der Verwendung einer perforierten und wahlweise rotierenden Oberfläche zur Bildung von Tropfen, und alle von ihnen versuchen, das Problem zu lösen, einen äußerst exakten Fluß zu und von jeder der Öffnungen in der perforierten Oberfläche vorzusehen. Obwohl gewisse Verbesserungen erreicht werden konnten, gibt es bis jetzt noch keine zufriedenstellende Lösung für das Problem.
Neben dem o. g. Problem der Bildung einheitlicher Größen der Tropfen, ist der bekannten Technik eine weitere Schwierigkeit bewußt, die darin besteht, daß die von der rotierenden, perforierten Oberfläche der Vorrichtung zur Tropfenbildung herausgeschleuderten Teilchen nicht kugelförmig, wie bevorzugt, sondern mehr oder weniger tropfenförmig oder länglich sind. Der Grund der nichtkugelförmigen Gestalt der Teilchen besteht darin, daß die Teilchen von Schmelzfäden oder -strahlen gebildet werden. Jedes neue herausgeschleuderte Teilchen wird dadurch "geboren", daß es am äußersten Ende eines "Fadens", mitten durch einen Abschnitt mit einem ziemlich großen Umfang abgeschnitten wird. Es wurde außerdem herausgefunden, daß bei einer derartigen Tropfenbildung durch Strahlen mehrere verschiedene Tropfengrößen hergestellt werden, was auf der Tatsache beruht, daß man keine Kontrolle über den Punkt hat, an dem der Tropfen von dem Schmelzstrahl abgeschnitten wird.
Um das Verstopfungsproblem zu lösen, ist auch vorgeschlagen worden, den Durchmesser der tropfenbildenden Löcher oder Durchführungen zu vergrößern. Da sich so die Menge der Schmelze erhöht, mit der jedes Loch beaufschlagt wird, wird sich ebenfalls der Tropfendurchmesser erhöhen und das Ergebnis dieser Technik sind Tropfen mit einem Durchmesser, der größer ist als erwünscht.
Ein deutlicher Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Bildung von Tropfen aus einer Schmelze liegt daher darin, daß der Tropfendurchmesser in einem nicht zulässigen Maße variiert.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Technik besteht darin, daß die von der Scheibe weggeschleuderten Schmelzpartikel mehr oder weniger tropfenförmig ausgebildet sind, weil die von einer perforierten, rotierenden Oberfläche weggeschleuderten Partikel durch Abtrennen von Strömen oder Fäden aus einer Schmelze gebildet werden, wobei das Endprodukt eine unerwünschte, nicht kugelförmige Form erhält.
Ein dritter Nachteil der bekannten Technik zur Bildung von Tropfen aus einer Schmelze besteht darin, daß die Menge des Tropfenmaterials nicht pro Zeiteinheit gesteuert werden kann, während gleichzeitig eine unveränderte Tropfengröße beibehalten wird.
Nachdem ein Überblick über einige bekannte Techniken zur Herstellung von kugelförmigen Granalien aus einer Schmelze und die damit verbundenen Nachteile gegeben wurde, scheint es angebracht, einen ähnlichen Bericht über die oben erwähnten Anwendungen der Erfindung zu geben, bei denen die gebildeten Tropfen nicht erstarren.
Der Wunsch nach Tropfen mit im wesentlichen einheitlicher Größe besteht auch in vielen Anwendungen, bei denen die Tropfen nicht der Erstarrung unterworfen werden. Sowohl bei der Gasreinigung als auch beim Sprühen ist es ein Vorteil, wenn man eine große Anzahl von relativ kleinen Tropfen pro Zeiteinheit herstellen kann, wobei die kleinsten Tropfen groß genug sind, um die Bildung von gefährlichen Aerosolen im Abgas zu verhindern.
Die heutigen Techniken für die Gasreinigung beispielsweise ergeben für die gebildeten Tropfen, die u. a. die Aerosole enthalten, ein nichteinheitliches Durchmesserverhältnis. Dieses Problem ist bis jetzt noch nicht gelöst worden, da das Problem der Herstellung von Tropfen mit im wesentlichen einheitlicher Größe in einer gewünschten Anzahl pro Zeiteinheit (beispielsweise Millionen von Tropfen pro Sekunde) ebenfalls noch nicht gelöst werden konnte.
Um die nachfolgende Beschreibung der Erfindung im Hinblick auf das Material zu vereinfachen, das in Tropfen zu teilen ist, soll die oben und hiernach verwendete Bezeichnung "Flüssigkeit" so verstanden werden, daß sie alle flüssigen oder halbflüssigen Materialien beinhaltet, die die Bildung von Tropfen gemäß der Erfindung erlauben. Die Bezeichnung "Flüssigkeit" soll insbesondere auch solche Schmelzen beinhalten, wie sie oben definiert wurden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung sind mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 6 gelöst worden. Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche sind aus dem Dokument US-A-2,220,275 bekannt.
Ein charakteristisches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Flüssigkeit in der Vorrichtung zur Tropfenbildung, aus der die Tropfen durch zentrifugale Wirkung herausgeschleudert werden, gleichmäßig in Umfangsrichtung relativ zu einer geometrischen Achse auf einer Scheibe verteilt werden, wobei vorzugsweise mehrere, verbundene Scheiben um die Achse drehbar sind, und die äußere Umfangskante jeder Scheibe mit in gleichem Abstand über den Umfang verteilten, einheitlichen und radial vorstehenden Teilen, nachfolgend als Kuppen bezeichnet, versehen ist. Erfindungsgemäß werden die Scheibe oder Scheiben während der Abführens der Flüssigkeit in Drehung versetzt, so daß die auf jede Scheibe gebrachte Flüssigkeit in einen gleichmäßig dicken Film geformt wird, der sich unter der zentrifugalen Wirkung nach außen zu den Kuppen bewegt und dort in Tropfen gleicher Größe geteilt wird. Auf diese Art wird sich jeder Tropfen selbst von der entsprechenden Kuppe lösen, wenn aufgrund der ansteigenden Tropfengröße die nach außen auf den Tropfen wirkende Zentrifugalkraft die entsprechend nach innen gerichtete Adhäsionskraft übersteigt.
In der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Bezeichnung "Kuppe" auch andere Arten von sich radial erstreckenden Teilen als konventionelle, spitz zulaufende "Sägezahn"-Kuppen. Die Bezeichnung "Kuppe" muß daher auch wie folgt verstanden werden: (a) radial vorstehende, eng angeordnete Stangen oder dergleichen, (b) radial vorstehende, nicht spitzzulaufende Ansätze, beispielsweise eine Umfangskante der Scheibe oder Scheiben mit Wellenform, (c) radial vorstehende Teile, deren Höhe quer zur Ebene der Scheibe kleiner als die Dicke der Scheibe ist, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß zwei kreisförmige Scheiben mit gleichem Durchmesser angebracht werden und eine der beiden einen mit Kuppen versehenen Umfang, und die andere einen glatten Umfang aufweist, wobei ihre Hauptflächen sich gegenüberliegen und die kuppentragende Scheibe sich als oberstes befindet, so daß die Spitzen der Kuppen mit der Umfangskante der unteren Scheibe zusammenfallen und (d) andere radial vorstehende Teile, die den erfindungsgemäßen Effekt der Flüssigkeitsverteilung bewirken.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine unmittelbare Tropfenbildung erreicht, d. h. daß an jeder der Kuppen kontinuierlich ein Flüssigkeitsteilchen von einer begrenzten Oberfläche mit einer relativ schmalen Kante "geboren" wird. Auf diese Weise gibt es kein Abschneiden eines Strahles, und man erhält die Kugelform des herausgeschleuderten Tropfens. Gemäß der Erfindung kann sowohl die Tropfengröße als auch die gesamte Materialmenge zur Tropfenbildung pro Zeiteinheit gesteuert werden. Durch Erhöhen oder Reduzieren der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe oder Scheiben ist es möglich, die auf die Tropfen an den Kuppen wirkende Zentrifugalkraft entsprechend zu erhöhen oder zu reduzieren, so daß Tropfen mit variierenden Durchmessern hergestellt werden können. Auf der anderen Seite ist es möglich, durch Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit des Verteilerrotors, die aus den Verteileröffnungen auf die Scheibe oder Scheiben pro Zeiteinheit dosierte Flüssigkeitsmenge zu steuern.
Man wird erkennen, daß es zur Bildung von Tropfen einheitlicher Größe nicht ausreichend ist, eine Scheibe zu verwenden, deren Umfangskante mit Kuppen oder dgl. versehen ist, sondern die Flüssigkeit muß auch äußerst gleichmäßig in Umfangsrichtung auf der Scheibe oder den Scheiben verteilt werden, wenn man auf jeder Scheibe einen einheitlich dicken Film erhalten will, d. h. es ist ein einheitlicher Fluß zu jeder der Kuppen erforderlich.
Um eine einheitliche Verteilung der Flüssigkeit in Umfangsrichtung auf der Scheibe oder den Scheiben zu er reichen, wird der Verteilerrotor bei einer anderen Geschwindigkeit als die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe oder Scheiben gedreht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Verteilerrotor und die Scheibe oder Scheiben in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden. Daher ist es wichtig, daß die Scheibe oder Scheiben und der Verteilerrotor gegenseitig gedreht werden, weil dies eine Voraussetzung dafür ist, an jedem Punkt auf den radial inneren Bereichen der Scheibe oder Scheiben einen kontinuierlichen Flüssigkeitsfluß von den Verteileröffnungen aufzubringen. Wenn die Verteileröffnungen nicht relativ zu der Scheibe oder Scheiben drehen, werden lediglich jene Punkte auf der Scheibe oder den Scheiben mit einem kontinuierlichen Flüssigkeitsfluß versorgt, die außerhalb einer Verteileröffnung liegen, und das Ergebnis ist eine wenig einheitliche Ausbreitung des Flüssigkeitsfilmes.
Gemäß einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Tropfenbildung ist die Vorrichtung durch einen Schleuderrotor gekennzeichnet, enthaltend eine Vielzahl von in Richtung der Achse mit Abstand voneinander angeordneten Scheiben, die gegenseitig zusammengehalten werden, wobei die Scheiben um eine Hauptachse drehbar sind und jede mit einer zentralen Öffnung versehen ist und den Verteilerrotor gekennzeichnet, enthaltend einen Verteilerzylinder, der sich durch die zentralen Öffnungen der Scheiben erstreckt, wobei das Innere des Zylinders einen inneren Zwischenraum bildet und die Umfangswand des Zylinders wenigstens eine Verteileröffnung bei jeder der Scheiben aufweist.
Gemäß einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiel es der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Tropfenbildung ist ein ortsfester Zylinder so ausgebildet, daß er Flüssigkeit aufnehmen kann und einen äußeren Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Verteilerzylinders, wobei der ortsfeste Zylinder koaxial in dem Verteilerzylinder montiert ist, so daß ein ringförmiger Zwischenraum zwischen dem inneren, ortsfesten Aufnahmezylinder und dem rotierenden Verteilerzylinder gebildet wird. Die Umfangswand des inneren Zylinders hat eine Vielzahl von im wesentlichen axial ausgerichteten Schlitzen, durch die die Flüssigkeit nach außen in den ringförmigen Zwischenraum fließt. Die Flüssigkeit bildet, durch zentrifugale Wirkung, eine Schicht auf der Innenseite des rotierenden Verteilerzylinders, und die Flüssigkeit dieser Schicht wird nach und nach durch die Verteileröffnungen nach außen auf die Scheiben verteilt. Eine Voraussetzung für Tropfen einheitlicher Größe besteht darin, daß die auf die Scheiben dosierte Flüssigkeitsmenge zeitlich konstant ist. Dies wird dann erreicht, wenn die Dicke der Schicht zeitlich konstant gehalten wird. In dieser Variante der Erfindung ist der ortsfeste, innere Zylinder bei jedem darin geformten Schlitz mit einem radial vorspringenden Steg auf der Seite des Schlitzes versehen, der in Richtung der Rotation des Verteilerzylinders liegt. Diese Stege haben ein radiales Ausmaß, das kleiner ist als die Breite des ringförmigen Zwischenraums, so daß die Dicke der Flüssigkeitsschicht auf den Abstand zwischen den Stegen und der Innenseite des Verteilerzylinders begrenzt ist. Die Schlitz-/Steg-Kombinationen dienen ferner als automatische Drosselventile, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
Andere charakteristische Merkmale und Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.
Ein offensichtlich hiermit in Verbindung stehender Stand der Technik wird in WO 82/03024 offenbart, worin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schnellgefrieren von geschmolzenen Metallteilchen beschrieben wird. Eine leicht flüchtige Kühlflüssigkeit wird auf das Zentrum einer mit hoher Geschwindigkeit drehenden Scheibe aufgebracht, um einen radial nach außen fließenden Kühlfilm auf der Scheibe zu bilden. Das zu behandelnde Metall wird auf den Kühlfilm mit einem radialen Abstand von dem Scheibenmittelpunkt aufgebracht. Das aufgebrachte, geschmolzene Metall wird dadurch auf der Scheibe durch zentrifugale Wirkung nach außen geschleudert, während es durch das verdunstete Kühlmittel schnell gekühlt wird. Diese bekannte Technik, die auf den ersten Blick gesehen, der vorliegenden Erfindung nahestehen mag, hat jedoch eine völlig andere Funktion und Anwendung und davon abgesehen einen völlig anderen Zweck als die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Tropfenbildung.
Bei der bekannten Vorrichtung zur Herstellung von Metallteilchen erstarrt das auf die Scheibe aufgebrachte Material, während es sich auf der Scheibe befindet und dies darf nicht mit der Technik der vorliegenden Erfindung verwechselt werden, gemäß derer die auf die Scheibe oder Scheiben aufgebrachte Flüssigkeit nicht erstarrt, wenn sie sich auf der Scheibe befindet. Es ist vielmehr eine Voraussetzung für die Tropfenbildung durch die am Umfang der Scheibe oder Scheiben vorgesehenen Kerben, daß sie das Material im flüssigen Zustand aufnehmen und in Tropfen teilen, die die Vorrichtung zur Tropfenbildung im flüssigen Zustand verlassen.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem in der WO 82/03024 offenbarten Stand der Technik und der Technik der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß letztere eine aktive Verteilung der Flüssigkeit in Umfangsrichtung auf jeder Scheibe bewirkt, was eine Voraussetzung für die Herstellung eines Flüssigkeitsfilmes auf jeder Scheibe ist, der eine absolut einheitliche Dicke aufweist und dies wiederum ist eine Voraussetzung für einen einheitlichen und konstanten Fluß zu den Kerben, so daß Tropfen einheitlicher Größe gebildet werden. Die WO-Veröffentlichung zeigt keine derartige aktive Verteilung der Metallschmelze in Umfangsrichtung und die Metallschmelze wird lediglich an einem, mit Abstand vom Scheibenmittelpunkt angeordneten Punkt aufgebracht. Mit anderen Worten liegt der Stand der Technik gemäß der WO 82/03024 von der vorliegenden Erfindung, sowohl in technischer Hinsicht als auch in seiner Anwendung, weit weg.
Die Erfindung wird nunmehr nachfolgend mit Bezug auf zwei, in den begleitenden Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bildung von Tropfen;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie II-II der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Tropfenbildung und
Fig. 5 eine Schnittdarstellung längs der Linie V-V der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung.
Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen, die ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Tropfenbildung zeigen. Diese Vorrichtung ist insbesondere für erfindungsgemäße Anwendungen nützlich, bei denen starre, kugelförmige Granalien aus einer Schmelze zu formen sind. Der Vorrichtung kann beispielsweise eine Schmelze, wie Harnstoff, zugeführt werden, und sie kann die Schmelze in Tropfen einheitlicher Größe aufteilen, die im nichterstarrten Zustand durch zentrifugale Wirkung aus der Vorrichtung herausgeschleudert werden und während ihrer nachfolgenden Durchsetzung einer Erstarrungszone erstarren. Die dargestellte Vorrichtung zur Tropfenbildung kann beispielsweise oben auf einem sogenannten Sprühkristallationsturm (nicht dargestellt) befestigt werden, durch den Kühlluft strömt, um die absteigenden, aus der Vorrichtung zur Tropfenbildung herausgeschleuderten Tropfen zu trocknen.
Die Vorrichtung zur Tropfenbildung gemäß Fig. 1 enthält drei wesentliche Einrichtungen, nämlich eine stationäre Aufnahmeeinrichtung, die im allgemeinen mit 10 bezeichnet wird, eine rotierende Verteiler- und Dosiereinrichtung, die im allgemeinen mit 20 bezeichnet wird, und eine rotierende Scheibeneinrichtung, die im allgemeinen mit 30 bezeichnet wird. Diese drei wesentlichen Einrichtungen 10, 20 und 30 sind konzentrisch und in einer kompakten Art und Weise um eine vertikale, geometrische Achse A angeordnet.
Die stationäre Aufnahmeeinrichtung 10 enthält einen oberen, kreisförmigen, zylindrischen Einlaßbehälter 11, der über Umfangsöffnungen mit Einlaßleitungen 12 in Verbindung steht, wie in Fig. 1 gezeigt, und einen unter dem Einlaßbehälter 11 angeordneten Auslaßbehälter 13, der mit einem ringförmigen, inneren Zwischenraum versehen ist, der durch einen Zylinder 14, einen radialen Boden 15 und einem Rohr 16 gebildet wird, das konzentrisch zur Achse A angeordnet ist. Der innere, ringförmige Zwischenraum des Auslaßbehälters 13 steht mit dem Einlaßbehälter 11 über eine im letzteren geformte zentrale Öffnung 17 in Verbindung. Das Rohr 16, das im dargestellten Ausführungsbeispiel fest ist, erstreckt sich ebenfalls nach oben durch den Einlaßbehälter 11, wie das in Fig. 1 gezeigt ist.
Die zylindrische Umfangswand 14 des Auslaßbehälters 13 ist mit einer Anzahl von länglichen, vertikalen Auslaßschlitzen 18 versehen, die gleichmäßig über den Umfang des Zylinders 14 verteilt sind. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, hat das gezeigte Ausführungsbeispiel 8 Auslaßschlitze 18. Die zylindrische Umfangswand 14 des Auslaßbehälters 13 ist weiterhin, wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, mit vertikalen und sich radial erstreckenden Stegen 19 versehen, deren Anzahl der Anzahl der Schlitze 18 entspricht. Die Stege 19 sind auf der Außenseite des Zylinders 14 an und parallel mit jedem der Auslaßschlitze 18 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stege 19 lediglich auf einer Seite der Schlitze 18 vorgesehen, wobei jedoch in einem anderen Ausführungsbeispiel diese Stege, wenn gewünscht, auf beiden Seiten der Schlitze 18 angeordnet werden können. Die Funktion der Stege 19 wird nachfolgend beschrieben.
Die rotierbare Verteiler- und Dosiereinrichtung 20 besteht im wesentlichen aus einem rotierbaren Dosierbehälter 21, der durch eine äußere, zylindrische Umfangswand 22, einen radialen Boden 23 und ein vertikales Antriebsrohr 24 gebildet wird. Wie aus den Fig. 1 und 3 zu ersehen ist, ist das Antriebsrohr 24 drehbar und konzentrisch innerhalb des stationären Rohres 16 befestigt, und der Innendurchmesser der Umfangswand 22 ist größer als der Außendurchmesser des inneren Zylinders 14, so daß zwischen dem stationären Auslaßbehälter 13 der Aufnahmeeinrichtung 10 und der rotierenden Umfangswand 22 der Verteileinrichtung 20 ein ringförmiger Zwischenraum gebildet wird, der über die Auslaßschlitze 18 mit dem zentralen Auslaßbehälter 13 in Verbindung steht.
An dessen oberen Ende, das über dem Einlaßbehälter 11 und dem oberen Ende des stationären Rohres 16 angeordnet ist, ist das Antriebsrohr 24 der Verteilereinrichtung 20 fest mit einem ersten Antriebsrad 25 verbunden, das zur antriebsmäßigen Verbindung mit Antriebsmitteln (nicht dargestellt) ausgebildet ist, um die Verteileinrichtung um die Achse A zu drehen, wie das durch den Pfeil P1 in Fig. 3 gezeigt ist.
Die zylindrische Umfangswand 22 des Dosierzylinders 21 weist eine Anzahl von axial mit Abstand voneinander angeordneten, horizontalen Reihen von Dosieröffnungen 26 auf, die Auslaßöffnungen für den ringförmigen Zwischenraum in dem Dosierbehälter 21 bilden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält jede dieser horizontalen Reihen von Dosieröffnungen 26 sechs mit gleichem Abstand verteilte Dosieröffnungen, wie in Fig. 3 gezeigt. Es ist jedoch möglich, die Anzahl der Dosieröffnungen in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung zu variieren.
Die drehbare Scheibeneinrichtung 30 enthält schließlich einen drehbaren Antriebsschaft 31, der drehbar innerhalb des drehbaren Antriebsrohres 24 angeordnet ist und der an seinem oberen Ende fest mit einem zweiten Antriebsrad 32 verbunden ist, eine Lagerbuchse 33, die an dem unteren Ende des Antriebsschaftes 31 befestigt ist und sich radial unter dem Boden 23 des Dosierbehälters 21 erstreckt, eine Vielzahl von am Umfang verteilten, sich axial erstreckenden Stangen 34, die mit ihren unteren Enden 34a in Öffnungen gehaltert sind, die in der Lagerbuchse 33 mit einem radialen Abstand von der zylindrischen Umfangswand 22 des Dosierbehälters 21 gebildet sind und eine Anzahl von horizontalen Ringscheiben 35, deren Anzahl der Anzahl der Reihen von Dosieröffnungen 26 entspricht, wobei die Scheiben von den Stangen 34 in einem vorgegebenen Abstand voneinander gehaltert werden, und jede Scheibe einen horizontalen äußeren Bereich 35a und einen nach innen gerichteten konischen Bereich 35b aufweist, der mit dem äußeren Bereich verbunden ist. Die Scheiben 35 sind derart angeordnet, daß sich die Dosieröffnungen 26 jeder Reihe in der Höhe des konischen Bereichs 35b der entsprechenden Scheibe 35 öffnen.
Fig. 3 zeigt schematisch, wie jede Scheibe 35 an ihrer äußeren Kante mit einheitlich über den Umfang verteilten und radial vorspringenden Teilen 36 versehen ist, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als spitz zulaufende Kuppen geformt sind.
Wenn die oben mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschriebene Vorrichtung zur Bildung von Tropfen aus einer Schmelze verwendet wird, wird die Schmelze durch die Einlaßleitungen 12 in den Einlaßbehälter 11 eingeführt und fließt durch Schwerkraftwirkung nach unten in den stationären Auslaßbehälter 13 und nach außen durch die Auslaßschlitze 18.
Zur gleichen Zeit wird die Verteiler- und Dosiereinrichtung 20, enthaltend das erste Antriebsrad 25 und den Dosierbehälter 21, in eine erste Richtung P1 in Drehung versetzt, indem die Antriebsmittel (nicht gezeigt) auf das Antriebsrad 25 einwirken.
Auch die Scheibeneinrichtung 30, enthaltend das zweite Antriebsrad 32, den Antriebsschaft 31, die Lagerbuchse 33, die Stangen 34 und die Scheiben 35, wird durch die nicht gezeigten Antriebsmittel in Drehung versetzt, jedoch in eine Rotationsrichtung P2, entgegen der Rotationsrichtung P1 der Verteilereinrichtung 20, wie in Fig. 3 gezeigt.
Die in dem Auslaßbehälter 13 befindliche Schmelze wird so durch die Auslaßschlitze 18 in den Dosierbehälter 21 fließen, der in der Richtung des Pfeiles P1 rotiert. Die in den Zwischenraum geflossene Schmelze lagert sich durch die zentrifugale Wirkung in der Form einer Schicht auf der Innenseite der Umfangswand 22 des rotierenden Dosierbehälters 21 ab und wird dann durch die Dosieröffnungen 26 gegen den konischen Teil 35b jeder Scheibe 35 herausgeschleudert. Aufgrund der konischen Form des inneren Teils 35b der Scheibe 35 wird die Schmelze immer dosiert auf die Oberseite der Scheibe 35 aufgebracht, was eine Voraussetzung für eine zufriedenstellende Funktion der Vorrichtung ist.
Die Anordnung der vertikalen Schlitze und des rotierenden Dosierbehälters 21 ermöglicht daher auf der Innenseite der Umfangswand 22 eine Schmelzschicht, die sowohl in vertikaler als auch in Umfangsrichtung von einheitlicher Dicke ist, und dadurch wird erreicht, daß der nach außen gerichtete Fluß durch die Dosieröffnungen 26 in den verschiedenen Ebenen im wesentlichen zeitlich konstant und von einheitlicher Größe ist.
Um diese vorteilhafte Eigenart der Vorrichtung weiter zu verbessern, ist der stationäre, innere Zylinder 14 mit den oben erwähnten Stegen 19 an den Auslaßschlitzen 18 versehen. Das radiale Ausmaß der Stege 19 ist kleiner als die radiale Breite des ringförmigen Zwischenraums in dem Dosierbehälter 21, wie das aus Fig. 3 zu ersehen ist. Wenn die rotierende Schmelzschicht auf der Innenseite der Umfangswand 22 so dick wird, daß sie die stationären Stege 19 berührt, wird ein weiterer Aufbau der Schicht verhindert.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die Stege 19 auf der Seite der Schlitze 18 angebracht, die in Richtung der Rotation P1 liegt. Auf diese Weise wirken die Stege 19 in Verbindung mit den Schlitzen 18 als automatisches Drosselventil. Wenn ein Steg 19 mit der Schicht in Kontakt kommt, wird sofort außerhalb des entsprechenden Schlitzes 18 eine Art "Turbulenz" erzeugt, wodurch weiterer Schmelzauslaß durch die Schlitze verhindert und der Fluß durch das "Ventil" gedrosselt wird. Wenn dann die Schichtdicke durch den Fluß nach außen durch die Dosieröffnungen 26 verringert wird, öffnet sich das "Ventil" wieder automatisch. Auf diese Weise wird eine konstante Dicke der Schmelzschicht auf der Innenseite der Umfangswand 22, d. h. ein konstanter Ausfluß durch die Dosieröffnungen 26, erhalten.
Eine wichtige Eigenheit der beschriebenen Vorrichtung zur Tropfenbildung besteht in der Steuerung der Größe des konstanten Ausflusses durch die Dosieröffnungen 26. Indem über das Antriebsrad 25 und das Antriebsrohr 24 die Rotationsgeschwindigkeit des Dosierbehälters 21 der Verteilereinrichtung 20 erhöht oder reduziert werden kann, läßt sich die auf die Schicht auf der Innenseite der Umfangswand 22 wirkende Zentrifugalkraft und dadurch die Menge der durch die Dosieröffnungen 26 pro Zeiteinheit dosierten Schmelze kontrollieren. Wie oben erwähnt, ergibt jedoch eine konstante Rotationsgeschwindigkeit der Verteiler- und Dosiereinrichtung 20 einen konstanten Fluß zu den Scheiben.
Wie oben bereits erwähnt drehen sich auch die Scheiben 35 der Scheibeneinrichtung 30 während des Betriebes der Vorrichtung, jedoch in einer entgegengesetzten Richtung (P2) zu der des Dosierbehälters 21. Durch Rotation der Scheiben 35 und des Dosierbehälters 21 in entgegengesetzte Richtungen ist beabsichtigt, die Scheiben 35 relativ zu den Dosieröffnungen 26 zu drehen. Auf diese Weise kann die durch die Dosieröffnungen 26 ausgeführte und auf die konischen Bereiche 35b der Scheibe 35 auftreffende Schmelze einheitlich über den gesamten Umfang der Scheiben 35 verteilt werden.
Wenn man annimmt, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben 35 relativ zu dem Dosierbehälter 21 30 Umdrehungen pro Sekunde beträgt, und daß es sechs Dosieröffnungen 26 in jeder Reihe gibt, wie in Fig. 3 gezeigt, und wenn man dann eine Anzahl von unmittelbar benachbarten Punkten Q (wie schematisch bei Q1, Q2 usw. in Fig. 3 gezeigt) auf dem konischen Bereich 35b auf einer der Scheiben 35 betrachtet, so zeigt sich, daß jeder dieser Punkte Q 180mal pro Sekunde (30 · 6) mit Schmelze aus den Dosieröffnungen beaufschlagt wird, so daß sich im tatsächlichen Gebrauch ein kontinuierlicher Fluß zu jedem dieser Punkte Q auf der Scheibe 35 einstellt. Der konische Bereich 35b jeder Scheibe 35 wird dadurch mit einem über den Umfang kontinuierlichen Schmelzfluß beaufschlagt, der durch die Rotation der Scheibe (in der Richtung P1) in einen kontinuierlichen, einheitlich dicken Film umgeformt wird, der nach außen zu den Kuppen an der äußeren Umfangskante der Scheibe 35 anwächst und durch diese Kuppen in Tropfen einheitlicher Größe geteilt wird. An jeder Kuppe wird ein Tropfen gebildet, der sich, während er sich noch im geschmolzenen Zustand befindet, von der Kuppe löst, wenn die nach außen gerichtete, auf den Tropfen wirkende Zentrifugalkraft die nach innen gerichtete, auf den Tropfen wirkende Adhäsionskraft übersteigt was dann passiert, wenn der an der Kuppe gebildete Tropfen eine vorgegebene, gewünschte Größe erreicht hat.
Durch die erfindungsgemäße Bereitstellung von den Kuppen an der äußeren Umfangskante jeder Scheibe werden festgelegte Tropfenbildungspunkte oder Ablösepunkten gebildet, von denen die Schmelze die Scheibe in Form von Tropfen verläßt. Da die absolute Voraussetzung - die Zentrifugalkraft muß die Adhäsionskraft übersteigen - zu jedem Zeitpunkt der Tropfenbildung und an jeder Kuppe immer gleich ist, werden kontinuierlich Tropfen mit exakt der gleichen Größe erhalten. Es wird jedoch angemerkt, daß die erhaltenen Tropfen nicht von einheitlicher Größe sein würden, wenn der Fluß zu einigen Kuppen größer als zu anderen Kuppen wäre. Wenn der Fluß zu einer bestimmten Kuppe größer wäre als zu einer anderen Kuppe, würde diese Kuppe Tropfen mit einem relativ großen Durchmesser erzeugen, wie durch die untenstehende Formel ersichtlich wird. Die wirksame Verteilung der Schmelze zu den konischen Bereichen 35b der Scheiben 35 ist daher eine voraussetzende Bedingung für Tropfen mit einheitlicher Größe.
Die Abmessung der Tropfen kann mit der folgenden Gleichung empirisch ermittelt werden:
d = 1,87 * Q0,44 * σ0,15 * u0,017/D0,8 * ω0,75 * δ0,16
wobei:
Q = Fluß pro Kuppe (m³/s)
δ = Dichte (kg/m³)
u = dynamische Viskosität (Ns/m²)
σ = Oberflächenspannung (N/m)
D = Durchmesser des rotierenden Körpers (m)
ω = Winkelgeschwindigkeit (rad./s)
Wie oben erwähnt, ist die mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschriebene Vorrichtung zur Tropfenbildung für die Herstellung von starren Kugelförmige Granalien aus einer Schmelze geeignet. In derartigen Fällen ist es regelmäßig erwünscht, ein großes Gesamtvolumen oder -gewicht von Tropfen pro Zeiteinheit herzustellen, beispielsweise in der Größenordnung von 10 t/h. In anderen erfindungsgemäßen Anwendungen, wo die Tropfen nach deren Bildung nicht erstarren, beispielsweise bei der Gasreinigung, könnte es statt dessen erwünscht sein, eine große Anzahl von relativ kleinen Tropfen pro Zeiteinheit, jedoch mit einem wesentlich geringeren Flüssigkeitsfluß durch die Vorrichtung als im ersten Fall, herzustellen. So kann es beispielsweise bei der Gasreinigung erwünscht sein, einen Gesamtflüssigkeitsfluß durch die Vorrichtung von 3 l/min mit einem Tropfendurchmesser in der Größenordnung von 0,1 mm zu haben, was ungefähr 100 Millionen Tropfen/Sekunde entspricht.
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung zur Tropfenbildung ist für kleinere Flüssigkeitsflüsse aus folgenden Gründen weniger geeignet:
In der Vorrichtung zur Tropfenbildung gemäß den Fig. 1 bis 3 ist es eine Bedingung für die einheitliche Tropfengröße, daß eine konstante Dicke der Flüssigkeitsschicht auf der Innenseite der Umfangswand 22 aufrechterhalten wird, da sich anderenfalls kein konstanter Ausfluß durch die Dosieröffnungen 26, d. h. keine einheitliche Schichtdicke auf den Scheiben, ergibt. Wird der Fluß durch die Vorrichtung merklich reduziert, wird die Flüssigkeitsschicht auf der Innenseite der rotierenden Umfangswand 22 so dünn, daß es schwierig oder unmöglich wird, eine konstante Schichtdicke aufrechtzuerhalten, und dies wiederum bedeutet, daß eine einheitliche Verteilung der Flüssigkeit auf die Scheiben, was für die einheitliche Tropfengröße wichtig ist, nicht erreicht wird.
Um dieses Problem zu lösen, wird erfindungsgemäß ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Tropfenbildung vorgeschlagen, das insbesondere dazu geeignet ist, von einem kleinen Flüssigkeitsfluß eine große Anzahl von relativ kleinen Tropfen pro Zeiteinheit herzustellen. Eine derartige Vorrichtung zur Tropfenbildung wird nun detaillierter mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. Um die Beschreibung dieses zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung zu vereinfachen, wurden die Teile der Fig. 4 und 5, die bereits bei den Fig. 1 bis 3 aufgetreten sind und im wesentlichen die gleiche Funktion haben, mit den gleichen Bezugszeichen plus 100 versehen.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung zur Tropfenbildung gemäß Fig. 4 drei wesentliche Einrichtungen, nämlich eine ortsfeste Aufnahmeeinrichtung, die allgemein mit 110 bezeichnet ist, eine rotierbare Verteiler- und Dosiereinrichtung, die allgemein mit 120 bezeichnet ist, und eine rotierbare Scheibeneinrichtung, die allgemein mit 130 bezeichnet ist. Die drei wesentlichen Einrichtungen 110, 120 und 130 sind konzentrisch, in einer kompakten Weise um eine horizontale, geometrische Achse A angeordnet.
Die ortsfeste Aufnahmeeinrichtung 110 enthält ein Lagergehäuse 150 mit einem konzentrisch zur Achse A angeordneten inneren Rohr 151. Das Lagergehäuse 150 ist mit einem Schlauchnippel 152 versehen, der mit einer inneren Bohrung 153 des Lagergehäuses in Flüssigkeitsverbindung steht. Die Bohrung 153 erstreckt sich von dem radial inneren Ende des Schlauchnippels 152 zu einer Öffnung 154 an einem Ende 155 des Lagergehäuses 150. An dem gleichen Ende 155 hat das Lagergehäuse eine radiale Ausnehmung 156.
Die drehbare Verteiler- und Dosiervorrichtung 120 besteht im wesentlichen aus einem drehbaren Zylinder 122 mit einem Boden 123 an dessen der Aufnahmeeinrichtung 110 gegenüberliegenden Ende, einer Trägerscheibe 160 an dessen anderen Ende und einem Antriebsrohr 124, das fest mit dem Zylinder 122 über den Boden 123 und die Trägerscheibe 160 verbunden ist. Das Antriebsrohr 124 ist drehbar und konzentrisch innerhalb des inneren Rohres 151 des Lagergehäuses 150 über Lager 161 und 162 befestigt. Das Antriebsrohr 124 ist weiterhin fest an seinem linken Ende, in Fig. 4, mit einer Riemenscheibe 125 verbunden, die durch Antriebsmittel (nicht gezeigt) angetrieben wird, um die Dosiereinrichtung 120 zu drehen.
Das Innere des Zylinders 122 ist konisch, wobei der breitere Teil von der Aufnahmeeinrichtung 110 weg gerichtet ist. Die konische, innere Oberfläche weist eine Anzahl von in Umfangsrichtung mit gleichem Abstand voneinander angeordneten, identischen Nuten 163 auf. Jede Nut 163 wird an einem Ende durch den Boden 123 und an dem anderen Ende durch eine ringförmige Deckelscheibe 164 begrenzt. Die Deckelscheibe 164 weist eine zentrale, konische Bohrung 165 auf, die das schmale Ende 155, 156 des Lagergehäuses 150 aufnimmt. Jede Nut 163 steht mit einer radialen Dosierleitung 126, in Form eines Zylinders 122, in Verbindung. Die Dosierleitungen 126 sind sowohl im Umfang als auch axial gleichmäßig verteilt.
Die drehbare Scheibeneinrichtung 130 enthält schließlich eine drehbare Antriebswelle 131, die drehbar innerhalb des Antriebsrohres 124 mittels Lager 166, 167 befestigt ist. Die Antriebswelle ist an ihrem einen Ende fest mit einer Riemenscheibe 132 verbunden, und am anderen Ende der Antriebswelle 131 ist eine Lagerbuchse 133 vorgesehen, die sich radial unterhalb des Bodens 123 des Zylinders 122 erstreckt und wobei eine Anzahl von in Umfangsrichtung verteilten Stangen 134 an einem Ende 134a in Öffnungen untergebracht ist, die in der Lagerbuchse 133 mit radialem Abstand von dem Zylinder 122 ausgebildet sind, und ferner ist eine Anzahl von Ringscheiben 135 vorgesehen, deren Anzahl, in axialer Richtung gesehen, der Anzahl der Dosierleitungen 126 entspricht. Die Scheiben 135 haben im wesentlichen das gleiche Aussehen wie die Scheiben 35 im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 und müssen daher nicht im Detail beschrieben werden.
Die Dosierleitungen 126 öffnen sich zu den flüssigkeitsaufnehmenden Oberflächen der Scheiben 135 wie die Dosieröffnungen 26. Die Vorrichtung gemäß den Fig. 4 und 5 hat 48 Nuten 163 und 12 Scheiben 135. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel "bedient" jede Nut 163 lediglich eine Scheibe 135, d. h. es gibt 48 Dosierleitungen 126, d. h. vier Leitungen 126 pro Scheibe.
Wenn die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Vorrichtung zur Bildung von Flüssigkeitstropfen benutzt wird, wird die Flüssigkeit durch den Schlauchnippel 157 in die Bohrung 153 in dem ortfesten Lagergehäuse 150 eingeführt, von wo aus die Flüssigkeit durch die Öffnungen 154 heraus und in den Zylinder 122 fließt. Wie in dem zuerst oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Dosiereinrichtung 120 und die Scheibeneinrichtung 130 in Drehung relativ zueinander und relativ zu der Aufnahmeeinrichtung 110 versetzt. Vorausgesetzt, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Zylinders 122 ausreichend hoch ist, oder in anderen Worten, wenn die auf die Flüssigkeit innerhalb des Zylinders 122 wirkende Zentrifugalkraft ausreichend groß ist, wird die durch die Öffnung 154 austretende Flüssigkeit in den Nuten 163 gesammelt, um zu den Dosierleitungen 126 weitergeleitet zu werden. Da die Nuten 163 identisch sind und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, wird sich der Flüssigkeitsfluß gleichmäßig in die Nuten 163 aufteilen, und wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Dosiermittel 120 ausreichend hoch ist, wird ein ausgeglichener Flüssigkeitsfluß die Dosierleitung 126 verlassen und zu den Scheiben 135 fließen. In Analogie zu der Beschreibung bezüglich der Punkte Q1 bis Q3 auf den Scheiben 35 in Fig. 3 kann gezeigt werden, daß ein radial nach außen anwachsender Flüssigkeitsfilm von einheitlicher Dicke auf jeder Scheibe 135 erreicht wird, was eine Voraussetzung für eine einheitliche Größe der Tropfen ist.
Das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel macht es daher möglich, trotz eines kleinen Flüssigkeitsflusses, einen konstanten und gleichmäßig verteilten Flüssigkeitsfluß zu den Scheiben zu erhalten. Solch ein Fluß wird dadurch erreicht, daß der Flüssigkeitsfilm an der Umfangswand 22 durch eine Anzahl von getrennten Flüssigkeitsflüssen ersetzt wird, die durch die Nuten 163 gesteuert und zu den einzelnen Dosierleitungen 126 geführt werden.
Fig. 4 und 5 zeigen außerdem eine Anzahl von "Ventilatorblättern" 170, die fest auf dem rotierenden Zylinder 122 angeordnet sind und sich radial von diesem erstrecken. Auf diese Weise wird beim Betrieb der Vorrichtung ein axialer Luftstrom erhalten, um beispielsweise auf ein an der Vorrichtung zur Reinigung vorbeigeführtes Gas zu wirken.
Es versteht sich von selbst, daß die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Tropfenbildung in vielfältiger Weise im Rahmen der Erfindung verändert werden können, die nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt ist. Gemäß einer dieser Modifikationen könnte die Vorrichtung lediglich eine Platte enthalten, wenn eine geringere Kapazität gewünscht ist.

Claims

1. Verfahren zum Teilen einer Flüssigkeit in Tropfen mit folgenden Verfahrensschritten:

- Überführen der Flüssigkeit auf wenigstens eine Scheibe, die an einer radial äußeren Randkante in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, einheitliche und radial vorspringende Teile, nachfolgend als Kuppen bezeichnet, aufweist; und

- Drehen der Scheibe um eine geometrische Achse, wobei die auf der Scheibe aufgegebene Flüssigkeit in einen gleichmäßig dicken Film geformt wird, der durch die zentrifugale Wirkung radial nach außen zu den Kuppen bewegt und dort in Tropfen einheitlicher Größe geteilt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß das Überführen der Flüssigkeit auf die Scheibe folgende Schritte beinhaltet:

- Überführen der Flüssigkeit zu einem Verteilerrotor, der um die Achse drehbar ist und wenigstens eine Verteileröffnung aufweist, die mit einem radialen Abstand von der Achse angeordnet ist; und

- Drehen des Verteilerrotors um die Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit, die von der Winkelgeschwindigkeit der Scheibe verschieden ist, um die Flüssigkeit über die Verteileröffnung durch Zentrifugalkraft auf die Scheibe zu übertragen, um die auf die Scheibe übertragene Flüssigkeit gleichmäßig und relativ zu der Achse über den Umfang zu verteilen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt der individuellen Steuerung der Winkelgeschwindigkeit des Verteilerrotors, um die Menge der auf die Scheibe pro Zeiteinheit zu verteilenden Flüssigkeit zu steuern und durch den Schritt der individuellen Steuerung der Winkelgeschwindigkeit der Scheibe, um die Tropfengröße zu steuern.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Drehung des Verteilerrotors und der Scheibe in entgegengesetzte Richtungen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfen einheitlicher Größe, nachdem sie von dem Schleuderrotor (30; 130) weggeschleudert wurden, einem Erstarrungsprozeß unterworfen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfen einheitlicher Größe, nachdem sie von dem Schleuderrotor (30; 130) weggeschleudert wurden, einem Trocknungsprozeß unterworfen werden.

6. Vorrichtung zum Trennen einer Flüssigkeit in Tropfen, bei der die Tropfen durch Zentrifugalwirkung weggeschleudert werden, enthaltend

eine ortsfeste Flüssigkeits-Aufnahmeeinrichtung (10; 110), um die in Tropfen zu teilende Flüssigkeit aufzunehmen;

einen Schleuderrotor (30; 130), der um eine feste geometrische Achse (A) drehbar ist und mit wenigstens einer sich radial zu dieser Achse (A) erstreckenden Scheibe (35; 135) versehen ist, wobei die Scheibe an einer radial äußeren Umfangskante mit in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten, einheitlichen und radial vorstehenden Teilen (36), nachfolgend als Kuppen bezeichnet, versehen ist; und

mit dem Schleuderrotor (30; 130) in Wirkverbindung stehende Antriebsmittel, die den Schleuderrotor (30; 130) um die Achse (A) drehen, während die Flüssigkeit von der Aufnahmeeinrichtung (10; 110) zu der Scheibe (35; 135) des Schleuderrotors übertragen wird, so daß die auf die Scheibe (35; 135) übertragene Flüssigkeit in einen einheitlich dicken Film geformt wird und sich radial zu den Kuppen (36) bewegt und dort in Tropfen einheitlicher Größe geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung weiterhin einen Verteilerrotor (20; 120) enthält, der von der Aufnahmeeinrichtung (10; 110) und dem Schleuderrotor (30; 130) im Hinblick auf die Rotation unabhängig ist, um Flüssigkeit von der Aufnahmeeinrichtung (10; 110) zum Schleuderrotor (30; 130) zu übertragen, wobei der Verteilerrotor (20; 120) zu diesem Zweck mit einem inneren Zwischenraum versehen ist, um die von der Aufnahmeeinrichtung (10; 110) übertragene Flüssigkeit aufzunehmen und wenigstens eine Verteileröffnung (26; 126) aufweist, die in Flüssigkeitsverbindung mit dem Zwischenraum steht und in einem radialen Abstand von der Achse (A) angeordnet ist, wobei die Verteileröffnung zur Übertragung der Flüssigkeit innerhalb des Zwischenraumes zur Scheibe (35; 135) des Schleuderrotors (30; 130) dient; und

die Antriebsmittel so ausgebildet sind, daß sie den Verteilerrotor (20; 120) um die Achse (A) mit einer Winkelgeschwindigkeit drehen, die von der Winkelgeschwindigkeit des Schleuderrotors (30; 130) verschieden ist, so daß die Flüssigkeit innerhalb des inneren Zwischenraums des Verteilerrotors (20; 120) durch zentrifugale Wirkung durch die Verteileröffnung (26; 126) ausgeführt wird und über die Öffnung gleichmäßig und relativ zu der Achse (A) über den Umfang der Scheibe (35; 135) des Schleuderrotors (30; 130) verteilt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleuderrotor (30; 130) eine Vielzahl von Scheiben (35; 135) der in bezug genommenen Art enthält, die in Richtung der Achse (A) mit Abstand voneinander angeordnet und gemeinsam festgehalten werden, wobei die Scheiben um die Achse (A) drehbar sind und jede mit einer zentralen Öffnung versehen ist, und daß der Verteilerrotor (20; 120) einen Verteilerzylinder (22; 122) enthält, der sich durch die zentralen Öffnungen der Scheiben (35; 135) erstreckt, wobei das Innere des Zylinders den inneren Zwischenraum bildet und die Umfangswand des Zylinders wenigstens eine Verteileröffnung (26; 126) der in bezug genommenen Art an jeder Scheibe (35; 135) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerrotor (20; 120) für jede Scheibe (35; 135) eine Vielzahl von Verteileröffnungen (26; 126) der in bezug genommenen Art enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel derart steuerbar sind, daß der Unterschied zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Schleuderrotors (30; 130) und der Winkelgeschwindigkeit des Verteilerrotors (20; 120) so groß ist, daß jeder Punkt (Q) auf jeder Scheibe (35; 135) neben (35b) jeder Verteileröffnung (26; 126) mit einem im wesentlichen kontinuierlichen Flüssigkeitsfluß aus dem Verteilerzylinder (22; 122) beaufschlagt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

der Verteilerrotor (20) in einer vorgegebenen Richtung (P1) dreht;

die ortsfeste Aufnahmeeinrichtung (10) einen Zylinder (14) enthält, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Verteilerzylinders (22) ist, wobei der Zylinder koaxial innerhalb des Verteilerzylinders (22) des Verteilerrotors (20) angeordnet ist, so daß ein ringförmiger Zwischenraum zwischen dem ortsfesten Zylinder (14) der Aufnahmeeinrichtung (10) und dem rotierenden Verteilerzylinder (22) des Verteilerrotors (20) gebildet wird;

die Umfangswand des Zylinders der Aufnahmeeinrichtung (10) eine Vielzahl von Schlitzen (18) aufweist, die im wesentlichen parallel zu der Achse (A) verlaufen und so ausgebildet sind, daß die Flüssigkeit nach außen in den ringförmigen Zwischenraum fließen kann, um durch zentrifugale Wirkung eine Flüssigkeitsschicht auf der Innenseite der Umfangswand des rotierenden Verteilerzylinders (22) zu bilden; und

die Umfangswand des Zylinders (14) der Aufnahmeeinrichtung (10) an und parallel mit jedem Schlitz (18) mit einem radial vorstehenden Steg (19) versehen ist, der auf der Seite des Schlitzes (18) in Richtung der Rotation (P1) angeordnet ist, wobei die radiale Ausdehnung der Stege (19) kleiner als die radiale Breite des ringförmigen Zwischenraums ist, so daß die Dicke der Flüssigkeitsschicht auf den radialen Abstand zwischen den Stegen und der Innenseite des Verteilerzylinders (22) begrenzt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß,

die Aufnahmeeinrichtung (110) eine Kammer (153) aufweist, um Flüssigkeit aufzunehmen und eine Auslaßöffnung (54) vorgesehen ist, die in das Innere des Verteilerzylinders mündet;

der Verteilerzylinder (122) auf seiner Innenseite mit einer Vielzahl von über den Umfang mit Abstand angeordneten Nuten (136) versehen ist, die im wesentlichen entlang der Erzeugenden des Verteilerzylinders (122) angeordnet sind und so ausgebildet sind, daß sie die Flüssigkeit von der Auslaßöffnung (154) der Aufnahmeeinrichtung (110) aufnehmen; und

jede Scheibe (135) wenigstens eine Verteilerleitung (126) aufweist, die sich durch den Verteilerzylinder (122) erstreckt, wobei die Leitung an ihrem radial innenliegenden Ende in eine zugehörige Nut (163) mündet und sich an dem radial außenliegenden Ende zu der flüssigkeitsaufnehmenden Oberfläche der Scheibe (135) öffnet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (163) von dem Punkt, an dem die Flüssigkeit in die Nuten (163) aus der Auslaßöffnung (154) der Aufnahmeeinrichtung (110) aufgegeben wird, radial auseinandergehen, um den Flüssigkeitstransport über die Nuten (163) zu den Verteilerleitungen (126) durch zentrifugale Wirkung zu unterstützen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (35; 135) des Schleuderrotors (30; 130) einen radial äußeren Bereich (35a) und einen radial inneren, konischen Bereich (35b) aufweist, der mit dem äußeren Bereich verbunden ist, wobei der konische Bereich (35b) jeder Scheibe der entsprechenden Verteileröffnung oder -öffnungen (26; 126) des Verteilerzylinders (22; 122) gegenüberliegend angeordnet ist.

14. Granalien, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5.