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Verfahren zur Emulgierung von Flüssigkeiten ============================================
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Emulgierung von
Flüssigkeiten durch Kavitation.
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Es ist bereits bekannt, daß nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten,
z.B. Wasser und Öle, durch Schwingungskavitation in intensiven Ultraschall-Feldern,
wie sie beispiels
weise durch Flüssigkeitspfeifen erzeugt werden
können, intensiv und über längere Zeigt stabil emulgiert werden können Diese Schwingungskavitation,
d.h. die Bildung größerer pder kleinerer heftig implodierender Hohlräume (Blasen)
in der Flüssigkeit infolge periodischer Druckschwankungen, wird z.B. im Bereich
einer in Resonanz schwingenden Schneidet die von einer Düse mit einer Flüssigkeit
angeblasen wird, erzeugt. Innerhalb dieser Schwingungskavitationezone wird die in
eine andere Flüssigkeit hinein zu emulgierende Flüssigkeit intensiv zu kleinsten
Tropfen dispergiert, so daß die im kontinuierlichen Durchfluß eingeleiteten Flüssigkeiten
die Anlage als Emulsion verlassen.
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Handelsübliche Anlagen arbeiten z.B. bei einem Leistungsbedarf von
7,5 PS mit einem Flüssigkeitsdur.chsatz (beide Komponente) von 66 L/min, können
aber bei höherer Leistung auch bis zu Durchsätzen von 1000 L/min. gebaut werden.
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Ein Nachteil dieser Anlagen ist neben einem relativ hohen Preis und
einem im Vergleich zum Leistungsaufwand geringem Flüssigkeitsdurchsatz die Notwendigkeit
relativ hoher Pumpdrücke (6 - 10 atü), die zur Beschleunigung der Flüssigkeit in
der Düsenöffnung erforderlich sind. Die optimale Emulgierung hängt je nach Art der
zu emulgierenden Flüssigkeiten von der Düsenöffnung, dem Abstand zwischen Düse und
schwingender
Schneide und dem hydrostatischen Druck im Kavitationsraum
ab und muß jeweils durch Variation dieser 3 Parameter neixteingestellt werden.
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Bei einem anderen bekannten Emu igator ("static mixer der Firma Kenics
Corp., Danvers, Massachusetts, USA) wird die Emulgierung zweier oder mehrerer nicht
miteinander mischbarer Flüssigkeiten durch Flußteilung, Flußumkehrung und Gegenstrommischung
an einer Vielzahl aufeinanderfolgender sogenannter Helixprofile (Kehrwendel) in
einem durchströmten Rohr erreicht. Die hierbei erforderlichen Pumpdrücke sind relativ
gering, doch läßt sich eine Feinstdispergierung bei einmaligem Durchfluß nur mit
relativ langen Rohrabmessungen, d.h. mit vielen Helixsekment-en erzielen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einem im Herstellungsaufwand
und in den Betriebskosten vergleichsweise einfachen bzw. billigen Emulgator durchführbares
Verfahren zu schaffen, das insbesondere auch für die Feinstdispergierung großer
Mengen minderwertiger Flüssigkeiten, wie Abwässer, Altöl usw., als Vorbereitung
fur den biologischen oder chemischen Abbau geeignet ist.
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Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch ein Kavitations-
Emulgier-Verfahren
gelöst werden kann, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu emulgierenden Flüssigkeiten
kontinuierlich durch eine Zone mit heftiger Strömungskavitation geleitet werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Strömungskavitation an einem mit großer Geschwindigkeit angeströmten
Kavitationsprofil hervorgerufen wird.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Emulgator, der
die Strömungskavitation an einem entsprechend ausgebildeten, von der Rohrströmung
angeströmten stark kavitierenden Profil ausnutzt. Bei dem durch starke Beschleunigung
einer Flüssigkeit in einer Rohrvereinigtrg oder an einem angeströmten Profil hervorgerufenen
statischen Druckabfall wird die Zerreißfestigkeit der Flüssigkeit kurzzeitig überschritten,
so daß es zur Bildung von Kavitationsblasen kommt, die beim Verlassen der Unterdruckzone
heftig imprlodieren und die gleiche Wirkung wie bei der obenbeschriebenen Schwingungskavitation
zeigen.
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Wird diese Strömungskavitation also beispielsweise durch eine Wasserströmung
erzeugt und die zu emulgierende Komponente, z.B. Öl, an geeigneter Stelle in die
Kavitaitonszone
eingeleitet, so erfolgt eine heftige Emulgierung
mit Tröpfchendurchmessern im unteren µm-Bereich.
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Die beigefügten Abbildüngen zeigen eine Ausführungsart einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und dienen gleichzeitig der Veranschaulichung
des Prinzips, auf dem dieses Verfahren beruht.
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Nach der Ausführungsart gemäß Figur la und ib wird im Bereich 1 über
ein Rohr großen Querschnitts durch eine Saugpumpe 2 Wasser, beispielsweise Meerwasser,
aus einem Dieser voir angesaugt. Die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Rohr muß
groß genug sein, um an der Rohrverengung im Berlin 3 3 der Emulgatordüse - den zur
Kavitation des Wassers notwendigen Druckabfall zu erzeugen. Die Kavitation kann
seh durch entsprechende Oberflachenrauhigkeiten des Düsenprofils erhöht werden.
Die zu emulgierende Flüssigkeit, z.B.
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Altöl von Schiffen, wird vor der Düse 4 oder an einer anderen geeigneten
Stelle in die Strömung bzw. in die Kavitationszone 5 eingeleitet. Das emulgierte
Öl verläßt die Düse bei 6. Mehrere derartige Düsen können zur Verstärkung des Effektes
oder zur Erhöhung des Durchsatzes parallel oder in Serie von einer einzigen Pumpe
2 betrieben werden
Anstelle der Rohrverengung 3 kann die Strömungskavitationr
auch mittels eingebauter Kavitationsprofile erzeugt werden, wie dies in Figuren
2a und 2b angedeutet ist. Der Druckabfall beim Umsfrömen dieser Profile 7 führt
in gleicher Weise zur Kavitation wie die Rohrverengung 3,(vergleiche Figur la ml
lb) Die Frefilscheiben Können aus mehreren sternförmig (@@@ Kenzen@@isch) angeordneten
Segmenten 8 bestehen, um Querschmict des Rchres 9 optimal auszunutzen. Sie können
@@ egünstig aus K@@ststoff gefertigt und als auswechsel-@@ S@@@ihe@ in den Strömungskanal
eingebaut werden.
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@ nache Ei@@atznöglichkeiten für des Verfahren nach der Er@iudung
sund die Beseitigung ven Altöl auf Schiffen durch @@@lgation @@s Meer- oder Flußwasser
und die Homogenisierung @@@ schwerlöslichen Industrieabwässsrn als Vorstufe des
^ @gischen oder chemischen Abbaus. Die meisten in Wasser un@öslichen Kohlenwasserstoffe
können nämlich in feindis-@@ gierter Ferm durch Bakterien leicht zu Eiweiß abgebaut
werden. Durch den Einsatz wirtschaftlicher Emulgatoren läßt sich also die Verschmutzung
unserer Küsten- und Binnengewa-ser durch von Schiffen abgelassenes Altöl mit relativ
geringen Zusatzeinrichtungen erheblich reduzieren. Das entsprechende gilt für schwerlösliche
flüssige oder feste Be-@@@ndtelie von Industrieabwässern, die durch Emulgierung
bzw.
Dispergierung für den Abbau im biologischen und chemischen Kläranlagen aufbereitet
werden können.