DE4309166A1 - Verfahren zum Zerstören und Unterdrücken von Schaum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerstören und Unterdrücken von Schaumbereichen auf Flüssigkeitsoberflächen.

Das Problem der Schaumbildung tritt bei vielen chemischen Prozessen auf. Insbesondere in der Textilindustrie macht sich, beispielsweise beim Färben von Textilien, Schaum störend bemerkbar. Aus diesem Grunde werden in großen Mengen Anti-Schaum-Chemikalien zur Unter­ drückung dieser Schaumbildung eingesetzt. Unter anderem werden auch biologische Anti-Schaum-Chemikalien auf Rapsölbasis eingesetzt, de­ ren Einsatz sich jedoch als großer Unsicherheitsfaktor, insbeson­ dere beim Färben von Textilien, herausstellte. Aus umwelttechni­ schen Gründen ist der Einsatz großer Mengen von Antischaumchemika­ lien nicht länger tragbar.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das ein günstiges, zuverlässiges und umweltfreund­ liches Zerstören und Unterdrücken von Schaum auf Flüssigkeitsober­ flächen erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schaum­ bereich mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.

Der Einsatz von elektromagnetischer Strahlung bringt den Vorteil mit sich, daß die Verwendung von Anti-Schaum-Chemikalien entfällt. Ohne Anti-Schaum-Chemikalien können die nicht unerheblichen Kosten für eventuelle Fehlpartien nebst Chemikalien und Abwassermehrkosten eingespart werden. Schaumblasen können bereits im Entstehungsprozeß zerstört werden. Die notwendige elektrische Energie ist minimal, da die Masse des zu zerstörenden Schaums sehr gering ist. Grundsätz­ lich kann dieses Verfahren in jede bereits bestehende Anlage inte­ griert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, den Schaumbereich mit Mikrowellen zu bestrahlen. Der Einsatz von Mikro­ wellen ist insbesondere für alle Arten von Schaum geeignet, dessen Flüssigkeitsbestandteil ein Dipolmoment aufweist.

Vorteilhafterweise ist die Frequenz des Mikrowellenstrahlers durch­ stimmbar und die Mikrowellenleistung variabel, um die Verfahrenspa­ rameter an Stoffe mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen anzu­ passen.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, ein elektrisch iso­ liertes Metallgitter so über der Flüssigkeitsoberfläche anzubrin­ gen, daß die Mikrowellen an diesem Gitter reflektiert werden. Es kann somit vermieden werden, daß Mikrowellenenergie von der Flüs­ sigkeit absorbiert wird, was einen unnötigen Energieverlust dar­ stellen würde. Außerdem kann dadurch verhindert werden, daß sich die Flüssigkeit durch die Mikrowellenbestrahlung erwärmt.

Der Schaumbereich kann entweder von oben, seitlich oder von unten, in bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche, bestrahlt werden. Dadurch, daß die Position des Mikrowellensenders nicht auf eine Position be­ schränkt ist, kann das Verfahren in jede bereits bestehende Anlage integriert werden. Wenn der Schaumbereich von unten bestrahlt wird, ergibt sich der Vorteil, daß die Flüssigkeit, wenn notwendig, zu­ sätzlich erwärmt werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, den Schaumbereich mit Laserlicht zu bestrahlen. Der Einsatz von Laserlicht bringt den Vorteil mit sich, daß keine weiteren Abschirmvorkehrungen, wie sie beispielsweise beim Mikrowellenverfahren erforderlich sind, getrof­ fen werden müssen. Der Schaumbereich kann entweder von oben oder seitlich, in bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche, bestrahlt wer­ den.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Hochspannung an mindestens eine Elektrode, die über der Flüssigkeitsoberfläche im Schaumbereich angeordnet ist, angelegt. Es ist ausreichend, eine Elektrode zu verwenden, wenn das Becken mit der Flüssigkeit als Gegenelektrode dient, also beispielsweise geerdet ist. Es können jedoch auch mehrere Elektroden über der Flüssigkeitsoberfläche im Schaumbereich angeordnet sein. Je nach Ladungskapazität können die Schaumblasen abgelenkt oder verdampft werden. Die Entladung und damit die Verdampfung der Schaumblasen zwischen den Elektroden erfolgt durch die Herabsetzung des Isola­ tionswiderstandes bei Anwesenheit von Schaum.

Ein Anlegen von Wechselspannung an mindestens zwei Elektroden, die in gleicher Weise über der Flüssigkeitsoberfläche im Schaumbereich angeordnet sind, bringt den Vorteil mit sich, daß die Elektroden weniger durch Redoxreaktionen zerstört werden als bei Gleichspan­ nung.

In vorteilhafter Weise wird die Hochspannung oder hochfrequente Wechselspannung an einen Elektrodenkamm, der über der Flüssigkeits­ oberfläche im Schaumbereich angeordnet ist, angelegt. Diese Anord­ nung bringt den Vorteil mit sich, daß Schaum großflächig verhindert und zerstört werden kann. Die Spannungen können über einen varia­ blen Vorwiderstand angelegt werden. Weiter können die Spannungen auch in Form von Spannungsimpulsen angelegt werden, so daß bei­ spielsweise immer dann ein Spannungsimpuls angelegt wird, wenn Schaum von einem Schauindetektor detektiert wird. Eine derartig beschriebene Regelung ermöglicht ein zuverlässiges und energiespa­ rendes Verfahren, die Schaumbildung unter Kontrolle zu halten.

In vorteilhafter Ausgestaltung werden als Elektroden Platindrähte verwendet, die in einem Elektrolyten enthaltenden Glas- oder Kera­ mikkörper eingeschmolzen sind.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Zerstören und Unterdrücken von Schaumbereichen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Bestrahlen des Schaumbereichs mit Mikrowellen.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Zerstörung und Unterdrückung von Schaumbereichen gemaß dem Hochspannungsverfahren.

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Elektrodenkamms.

Fig. 5 zeigt den Spannungs-Zeit-Plan für Detektorsignal und Elek­ trodenspannung.

Fig. 1 soll das Verfahren zum Zerstören und Unterdrücken von Schaumbereichen auf Flüssigkeitsoberflächen gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlichen. Dabei bezeichnet 6 ein Becken, das mit Flüssigkeit 1 gefüllt ist. Über der Flüssigkeitsoberfläche 2 befin­ det sich der zu zerstörende Schaumbereich 3. Eine Strahlungsquelle 4 ist, zum Zerstören und Unterdrücken des Schaums 3, über dem Becken angeordnet. Die Strahlungsquelle 4 richtet ihre elektro­ magnetischen Strahlen auf den Schaumbereich, der zerstört oder verhindert werden soll. Dadurch wird der Flüssigkeitsfilm der Schaumblasen, bzw. entstehender Schaumblasen, spontan verdampft, was zur Zerstörung bzw. Verhinderung des Schaums führt. Wie bereits erwähnt, können als Strahlungsquellen Mikrowellensender, Laser oder Hochspannungselektroden eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der Vorrichtung, wie bereits in Fig. 1 dargestellt, jedoch wird hier ein Mikrowellensender 4 als Strah­ lungsquelle eingesetzt. Aus diesem Grund wird ein elektrisch iso­ liertes Metallgitter 5 über der Flüssigkeitsoberfläche 2 ange­ bracht. Somit kann die Mikrowellenstrahlung von dem Gitter 5 reflektiert werden, wodurch es zu keiner unerwünschten Energieab­ sorption und somit zu keinen Energieverlusten durch die Flüssigkeit l kommt. Es ist somit weiter gewährleistet, daß die Schaumbildung zuverlässig unterdrückt bzw. der Schaum zuverlässig zerstört wird, ohne dabei die Flüssigkeit durch die Mikrowellenbestrahlung zu erwärmen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Zerstörung und Unter­ drückung von Schaumbereichen gemäß dem Hochspannungsverfahren. Wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen befindet sich Flüssigkeit 1 in dem Becken 6, wobei über der Flüssigkeitsoberfläche 2 der Schaumbereich 3 angeordnet ist. Oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 2, in den Schaumbereich 3 hineinragend, befinden sich zwei Elektro­ den 4a, 4b, an die mit Hilfe eines Hochspannungsnetzteils 7 eine Spannung U_E angelegt werden kann. Das Hochspannungsnetzteil weist einen Sicherheitsschalter 9 auf. Die Spannung wird über einen va­ riablen Widerstand 8 an die Elektroden 4a, 4b angelegt. Als Elek­ troden 4a, 4b werden beispielsweise Platindrähte 11 verwendet, die in einem Glas- oder Keramikkörper 13, der einen Elektrolyten 12 enthält, eingeschmolzen sind. Wird eine Spannung UE an die Elektro­ den 4a,b angelegt, so kann es zu einer Entladung im Entladungsbe­ reich 10 zwischen den Elektroden kommen, wenn der Isolationswider­ stand zwischen den Elektroden durch Anwesenheit von Schaum herabge­ setzt wird. Somit können die Schaumblasen wirkungsvoll durch Ver­ dampfen ihres Flüssigkeitsfilms zerstört werden. Je nach Ladungska­ pazität können die Schaumblasen abgelenkt oder verdampft werden.

Wie in Fig. 4 verdeutlicht werden soll, kann die Spannung auch an einem Elektrodenkamm 4c, 4d angelegt werden. Mit Hilfe dieses Elek­ trodenkamms können größere Schaumbereiche behandelt werden.

Um das Verfahren zum Zerstören und Unterdrücken von Schaum noch effizienter zu gestalten, kann ein Schaumdetektor (nicht darge­ stellt) am Becken 6 angebracht werden, der das Vorhandensein von Schaum anzeigt.

Fig. 5 zeigt den Spannungs-Zeit-Plan für ein Detektorsignal und die Elektrodenspannung. Wird zu einem Zeitpunkt t₁ Schaum detektiert, so wird dies durch das Detektorsignal S_D angezeigt. Daraufhin wird zum Zeitpunkt t₂ eine Spannung U_E an die Elektroden 4a,b angelegt, was zur Zerstörung des Schaums führt. Ist der Schaum zum Zeitpunkt t₃ zerstört, wird dies vom Spannungsdetektor dadurch angezeigt, daß das Detektorsignal S_D auf 0 zurückfällt, woraufhin auch die Elek­ trodenspannung U_E zeitverzögert zum Zeitpunkt t₄ auf 0 abfällt.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl im großtech­ nischen Bereich einsetzbar als auch für die Anwendung im Labor geeignet, und ermöglicht somit eine einfache und zuverlässige Zer­ störung und Verhinderung von Schaum jeder Art.

Claims (21)

1. Verfahren zum Zerstören und Unterdrücken von Schaumbereichen auf Flüssigkeitsoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbereich (3) mit elektromagnetischer Strahlung be­ strahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbereich (3) mit Mikrowellen bestrahlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenfrequenz variabel ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleistung variabel ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen an einem elektrisch isolierten Metallgitter (5), das über der Flüssigkeitsoberfläche (2) angebracht ist, re­ flektiert werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbereich (3) von oben, in bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche (2), bestrahlt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbereich (3) seitlich, in bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche (2), bestrahlt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbereich (3) von unten, in bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche (2), bestrahlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schaumbereich (3) mit Laserlicht bestrahlt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der schaumbereich (3) von oben, in bezug auf die Flüssigkeits­ oberfläche (2), bestrahlt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der schaumbereich (3) seitlich, in bezug auf die Flüssigkeits­ oberfläche (2), bestrahlt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochspannung (U_E) an mindestens eine Elektrode (4a,b), die über der Flüssigkeitsoberfläche (2) im schaumbereich (3) an­ geordnet ist, angelegt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannung (U_E) an mindestens eine Elektrode (4a,b), die über der Flüssigkeitsoberfläche (2) im schaumbereich (3) an­ geordnet ist, angelegt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine hochfrequente Wechselspannung (U_E) an mindestens eine Elek­ trode (4a,b), die über der Flüssigkeitsoberfläche (2) im Schaumbereich (3) angeordnet ist, angelegt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochspannung (U_E) an einen Elektrodenkamm (4c,d), der über der Flüssigkeitsoberfläche (2) im Schaumbereich (3) angeord­ net ist, angelegt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannung (U_E) an einen Elektrodenkamm (4c, d), der über der Flüssigkeitsoberfläche (2) im Schaumbereich (3) angeord­ net ist, angelegt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine hochfrequente Wechselspannung (U_E) an einen Elektrodenkamm (4c, d), der über der Flüssigkeitsoberfläche (2) im Schaumbe­ reich (3) angeordnet ist, angelegt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannungen (U_E) über einem variablen Wider­ stand (8) angelegt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannungen (U_E) in Form von Spannungspulsen angelegt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Span­ nungsimpulse (U_E) in Abhängigkeit eines Detektorsignals (S_D), das von einem Schaumdetektor geliefert wird, an die Elektro­ den angelegt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Elektroden Platindrähte (11) verwendet wer­ den, die in einem Elektrolyten (12) enthaltenden Glas- oder Keramikkörper (13) eingeschmolzen sind.