CH404368A - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung fliessfähiger Stoffe durch hochfrequente Schwingungen - Google Patents

Description

  



  Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung   fliessfähiger    Stoffe durch hochfrequente Schwingungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung   fliessfähiger    Stoffe durch hochfrequente Schwingungen, z. B. zwecks Lösung, Mischung, Zerstäubung, Zerfaserung,   Aufschliessung    verschiedenster Art, Verfeinerung, Imprägnierung, Einleitung oder Beschleunigung einer chemischen Reaktion, z. B. Oxydation, Reduktion, Bleichung.



   Unter dem Begriff     fliessfähige Stoffeo im    Sinne der vorliegenden Erfindung sind sowohl die von Natur aus fliessfähigen und somit pumpfähigen Stoffe und Stoffgemische zu verstehen als auch solche, die durch Einführen in eine Transportflüssigkeit, durch Erwärmen oder sonstige Massnahmen   fliessfähig    und somit pumpfähig gemacht werden können.



   Durch die schweizerische Patentschrift 372 537 ist ein Verfahren zur Schwingungsbehandlung von Stoffen und Stoffgemischen bekannt geworden, bei welchem die Dauer und Wirkung der Behandlung der in kleinen Hohlräumen in hochfrequente Schwingungen versetzten Stoffteilchen geregelt wird. Zu diesem Zweck ist der zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens dienende Schwingungsgenerator mit einer   Verweilzeit-undGogendrqck-Reguliervorrichtung    versehen.



   Die Homogenität der diese bekannte Vorrichtung verlassenden Endprodukte ist u. a. weitgehend von der   Gleichmässigkeit    der zu behandelnden Stoffe bzw. Stoffgemische vor ihrer Einführung in die Vorrichtung abhängig. Wenn beispielsweise in die Vorrichtung ein heterogenes Gemisch mit Teilchen von sehr unterschiedlicher Grosse eingeführt wird, kann es vorkommen, dass die Homogenität des die Vorrichtung verlassenden Endproduktes nicht den Erwartungen entspricht ; in diesem Falle bleibt nichts anderes übrig, als die Behandlung des Stoffes in einem nochmaligen Durchgang des letzteren durch die Vorrichtung zu wiederholen.



   Man hat zwar schon versucht, die zu   behandeln-    den Stoffe zwecks Vorzerkleinerung einer Vorbehandlung in   Desintegratoren    und anderen bekannten Vorrichtungen zu unterwerfen. Durch eine solche gesonderte Vorbehandlung wird jedoch die   erforder-    liche Homogenität nicht in allen Fällen gewährleistet.



   Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, auch aus   ungleichmässigen    Ausgangsstoffen in einem einzigen Arbeitsgang Endprodukte eines gewünschten Feinheitsgrades und einer stets gleichbleibenden Homogenität zu erreichen.



   Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren besteht erfindungsgemäss darin, dass der Stoff in einen ersten, vom Schwingungsfeld mindestens eines mechanischen Schwingungserzeugers durchsetzten Druckraum eingeführt und in demselben unter fortgesetzter Umwälzung durch die hochfrequenten Schwingungen beaufschlagt wird, sodann nach einer vorbestimmten Verweilzeit in Teilströmen kontinuierlich in einen zweiten Druckraum überführt und durch   zwangläufig    gesteuerte kinematische Vorgänge in eine Vielzahl kleiner Stoffquanten zerlegt wird, die stossweise durch sich periodisch öffnende und schliessende Hohlräume geführt werden, wobei der Stoff während dieser Bewegung von durch die ge  nannten    periodischen Vorgänge erzeugten, schallbzw.

   ultraschallfrequenten Druckstössen beaufschlagt wird, dergestalt, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Stoffes um ein Vielfaches kleiner ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Stoff, wobei die Überführung des Stoffes vom ersten in den zweiten Druckraum und damit die der Vorbehandlung des Stoffes dienende Verweilzeit im ersten  Druckraum nach Massgabe des vom zweiten Druckraum in den ersten zurückwirkenden Gegendruckes geregelt wird.



   Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens stellt eine Kombination von zwei an sich bekannten Vorrichtungen dar und ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Durchlaufge  häuse    eines mit Stoffumwälzung arbeitenden mechanischen Schwingungsgenerators das Druckgehäuse eines Schwingungsgenerators nachgeordnet ist, der mindestens zwei, eine   Bearbeitungsstufe    bildende, relativ zueinander drehbare koaxiale Halter aufweist, deren jeder eine Vielzahl von kranzförmig   angeord-    neten Zerkleinerungsorganen trägt,

   wobei sich die Zerkleinerungsorgane der beiden Halter über einen Verteiler-und   Zerkleinerungsspalt    gegenüberstehen und je zwei tangential benachbarte Zerkleinerungsorgane eines Halters einen der genannten Hohlräume bestimmen und die Organe mindestens eines der Halter als in tangentialer Richtung schwingungsfähige Platten oder Stege ausgebildet sind, die Halter in dem Druckgehäuse mit wenigstens einem ihm vorgeschalteten   Einlass    und einer Hohlkammer eingebaut sind, der periphere Teil des Druckgehäuses einen der Be  arbeitungsstufe bzw.    den Bearbeitungsstufen in Strömungsrichtung nachgeschalteten Hohlraum bildet und dem letzteren eine Gegendruckeinstellvorrichtung zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des Stoffes und ein Auslass für denselben nachgeordnet ist.



   Dank der erfindungsgemässen Kombination kann nunmehr die Homogenität des Endproduktes durch Einstellen der Verweilzeit-und   Gegendruck-Einstell-    vorrichtung in gewünschtem Masse genau geregelt werden ; ist das die zweite Vorrichtung verlassende Endprodukt nicht homogen genug, so wird ein   grösserer    Gegendruck eingestellt, der auf die erste Vorrichtung zurückwirkt. Dadurch, dass infolge dieses Gegendruckes pro Zeiteinheit weniger Stoff von der ersten in die zweite Vorrichtung übertreten kann, wird der Stoff gezwungen, länger in der ersten Vorrichtung zu verweilen, in der er also öfters umgewälzt, Iänger den hochfrequenten Schwingungen unterworfen und daher besser homogenisiert wird.



   In dieser, die Homogenität verbessernden   Rück-    wirkung liegt das Neue und   Vberraschende    der Erfindung.



   In der Zeichnung ist die Vorrichtung   gemäss    der Erfindung schematisch erläutert, und zwar zeigen :
Fig. 1 eine   Ausführungsform der erfindungsge-      mässen    Vorrichtung im Längsschnitt, wobei die Rotoren der beiden   Schwingungsgeneratoren    auf derselben Antriebswelle befestigt sind, und
Fig. 2 das Antriebsschema für eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei der jeder der beiden   Schwingungsgeneratoren    eine eigene Antriebswelle aufweist, wobei eine dieser beiden Wellen als die die andere   umschliessende    Hohlwelle ausgebildet ist.



   Die in Fig.   1    gezeigte erfindungsgemässe Kombination besteht aus einer oberen Vorrichtung   1    und einer unteren Vorrichtung 2. Die obere Vorrichtung 1 ist ein Schwingungsgenerator nach der   schweizeri-    schen Patentschrift 372 537, während die unter Vorrichtung 2 eine Arbeitseinheit 6 einer Vorrichtung nach der schweizerischen Patentschrift 336 249 darstellt. Das Druckgehäuse 3 der oberen Vorrichtung 1 ist mit dem Durchlaufgehäuse 4 der unteren Vorrichtung 2 verschraubt. Der Auslass-Stutzen 5 der oberen Vorrichtung 1 ist mit der Verweilzeit-und Gegendruck-Reguliervorrichtung 6 versehen, während der Einlass-Stutzen 7 der unteren Vorrichtung 2 ein Regulierventil 8 aufweist.

   Statt des seitlichen Auslassstutzens 5 könnte die obere Vorrichtung 1 einen nach oben gerichteten   Auslass-Stutzen    5' (gemäss der rechten Hälfte der Fig.   1)    aufweisen. Die Rotoren der beiden Vorrichtungen 1 und 2 werden von einem (nicht dargestellten) Motor über die Antriebswelle 9, auf deren freiem Ende sie befestigt sind, angetrieben.



  Die Wirkungsweise der beiden Vorrichtungen 1 und 2 ist in den obengenannten Patentschriften eingehend beschrieben, so dass sie hier nicht näher erläutert zu werden braucht. Bezüglich der vorliegenden Kombination   gemÅass    der Erfindung ist lediglich darauf hin  zuweisen, dass bssi völlig gweschlossener Regu} vor-    richtung 6 der sich dadurch in der oberen   Vorrishs    tung 1 aufbauende Gegendruck in die untere Vorrichtung   2 zurückwirkt ; infpigedessen    wird der in der unteren Vorrichtung 2 befindliche Stoff   vom Über-    tritt in die obere   Vorrichtung l abgehalten und ge-    zwungen, in fortgesetzter Umwälzung dauernd die untere Vorrichtung 2 zu durchlaufen, wobei er immer mehr   verfeinert    und homogenisiert wird.

   Je weiter die   Reguliervorrichtung    6 geöffnet wird, desto weniger UmlÏufe macht der Stoff in der unteren Vorrichtung 2 vor dem ¯bertritt in die obere Vorrichtung l,d.h. desto weniger verfeinert und homogenisiert tritt er in die obere   Vorrichtung l über.    Man hat es also in der Hand, durch Einstellen der Reguliervorrichtung f die Homogenität des in die obere Vorrichtung 1 eintre  tenden    und somit auch die Homogenität des die obere Vorrichtung   1    verlassenden Stoffes zu regulieren.



   Vorzugsweise wird der Stoff   iR      Einlass-Stutzen    7 unter Druck in die untere Vorrichtung 2 eingeführt.



  Durch ein Regulierventil 8 kann der   Druck im Em-      lass-Stutzen    7 reguliert werden. ¯
Bei Verarbeitung von   Gemischen aus Flüss3gseit-    und festen Bestandteilen gröberer Struktur   kana ia    vorteilhafter Weise die untere Vorrichtung 2 aus einer   Misch und Dispergiervorrichxung nach ; dr    schweizerischen   Patentschrift 311794 bestehen. Da    die genannte Vorrichtung auf der Eintrittsseite einen zentralen   Zufuhrungsraum    aufweist,   müsste    in diesem Falle lediglich der Antrieb der beiden   Vorrich"    tungen 1 und 2 von oben her erfolgen.



   Damit   die Drehzahlen der-beiden Schwingungs-    generatoren, unabhÏngig voneinander reguliert werden k¯nnen, ist es zweckmÏssig, jedem Schwingungsgenerator eine eigene Antriebswelle zuzuordnen, wobei eine dieser beiden Wellen als die andere   umsSiessendeHóhlçwelle ausgebildet sein kaun.   



   Eine   weitere    Verbesserung einer mit einem derartigen Antrieb   ausgerüsteten erficdungsgemässen    Vorrichtung besteht darin, dass die beiden Wellen Teile eines   Differential-Planetengetriebes    sind, wobei die Hohlwelle mit-dem Sonnenrad und die von ihr umschlossene, von einem Motor angetriebene andere Welle mit dem Planetenradträger verbunden ist, dessen Planetenräder einerseits mit   dem aussenverzahn-    ten Sonnenrad und andererseits mit dem innenver  zahnten,    abbremsbaren Aussenrad   kämmen. Ein sol-    ches Antriebsschema ist in Fig.   2-gezeigt.    In der Hohlwelle 10 läuft die volle Welle 11.

   Die Hohlwelle 10 ist an ihrem unteren Ende mit dem Sonnenrad 12 versehen, das in Eingriff mit den Planetenrädern   13,    13'steht ; die letzteren sind am Planetenträger 14 drehbar befestigt, der ein Teil der vollen Welle 11 ist.



  Die Planetenräder 13, 13' kÏmmen mit dem innenverzahnten, umlaufenden Aussenring 15 ; dieser sitzt drehbar in einem Gehäuse 16, 16'und kann durch ein (nicht dargestelltes) Stahlband bis zum Stillstand abgebremst werden. Wenn die volle Welle an ihrem unteren Ende durch einen Motor angetrieben wird, und wenn der Aussenring nicht abgebremst wird, so drehen sich die Wellen   11 und    10 mit derselben Drehzahl. Mit zunehmender Abbremsung des   Aus-    senringes 15 wird der Drehzahlunterschied zwischen den Wellen 11 und 10 gemäss den bei Planetengetrieben herrschenden, jedem Fachmann bekannten Gesetzmässigkeiten allmählich   grösser,    bis er den Grösstwert erreicht. Man kann also durch Drehzahlregulierung des Antriebsmotors und durch Abbremsen des Aussenringes 15 alle möglichen Drehzahlen bzw.

   Drehzahlverhältnisse zwsichen den Wellen 11 und 10 einstellen und damit die   Betriebsverhdltnisse    der erfindungsgemässen Vorrichtung in weiten Grenzen ändern.



      PATENTANSPRÜCE       I.    Verfahren zur Behandlung   fliessfähiger    Stoffe durch hochfrequente Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff in einen ersten, vom Schwingungsfeld mindestens eines mechanischen Schwingungserzeugers durchsetzten Druckraum eingeführt und in demselben unter fortgesetzter   Umwäl-    zung durch die hochfrequenten Schwingungen beaufschlagt wird, sodann nach einer vorbestimmten Verweilzeit in Teilströmen kontinuierlich in einen zweiten Druckraum überführt und durch zwangläufig gesteuerte kinematische Vorgänge in eine Vielzahl kleiner Stoffquanten zerlegt wird, die stossweise durch sich periodisch öffnende und schliessende Hohlräume geführt werden, wobei der Stoff während dieser Bewegung von durch die genannten periodischen Vorgänge erzeugten,

   schall-bzw. ultraschallfrequenten Druckstössen beaufschlagt wird, dergestalt, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Stoffes um ein Vielfaches kleiner ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Stoff, wobei die   tJberführung    des Stoffes vom ersten in den zweiten   BruckM-um    und damit die der VorbehÏndIung des Stoffes dienende Verweilzeit im ersten Druckraum nach Massgabe des vom zweiten ersten zuruckwirkenden Gegendruckes geregelt wird.

Claims (1)

1. II. Vorrichtung zum Durchfuhren des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzichnet, dass dem DurchMgShäuse eines Wit StöSümwäMtng'ar- beiteneden mechanischen Schwingungsgenerators das Druckgehause eines Schwingungsgenerators nachgeordnet ist, der mindestens-zwei, eine Bearbeitungsstufe beitenden, relativ zuemäMer drehbare koaxiale Halter aufweist, deren jeder eme Vielzahl von kranz fonmg angeordneten Zerkleinerungsorganen trÏgt,

   wobei sieh die Zerkleinerungsorgane der beiden Hal ter ber emen Verteiler- und Zerkleinerungsspalt gegen berstehen und je zwei tangential benÏehbarte Zerkleinerungsorgane eines Halters einen der genannten Hohlraume bestimmen und die Organe mindestens eines der Halter als in tangentiÏler Richtung schwingungsfahige Platten oder Stege ausgebildet sind, die Halter in dem Druckgehäuse rit We-nigsUes einem ihm vorgeschalteten Einlass und einer H¯hlkammer eingebaut sind,

   der periphere Teil des DruckgehätiSes einen der BearBeituhgSstle bzwi'den Bearbeitungsstufen in Strömungsrichtung nachgeschalteten Hohlraum bildet und dem letzteren eine Gegendruckeinstellvorrichtung zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des Stoffes und ein Auslass für denselben nachgeordnet ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen der Schwingungen im ersten und zweiten Druckraum unabhängig voneinander geregelt werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff in den ersten Druckraum unter Druck eingeführt wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die in den ersten Druckraum pro Zeiteinheit eintretende Stoffmenge durch Regulieren des Eintrittsquerschnittes eingestellt wird.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stoff in mindestens einem wählbaren Zeitpunkt des Verfahrens Zusatzstoffe wählbaren Aggregatzustandes zugesetzt werden.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stoff reaktive Zusatzstoffe zugesetzt werden.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Stoffumwälzung arbeitende mechanische Schwingungsgenerator aus einer Vorrichtung mit zwei zueinander koaxial angeordneten Haltern besteht, von denen mindestens der eine drehbar ist, und welche um einen zentralen Zuführungsraum für den zu behandelnden Stoff angeordnete Zerkleinerungsorgane aufweisen, von denen mindestens ein Teil scherend zusammenarbeitet, wobei auf der Eintrittsseite des zentralen Zufiihrungsraumes die freien Enden mindestens eines Teiles der rotie renden Zerkleinerungsorgane zum Angriff des sich zum Zuführungsraum bewegenden Stoffes in axialer Richtung frei zugänglich sind.

   7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Stoffumwälzung arbeitende mechanische Schwingungsgenerator aus mindestens einer Arbeitseinheit einer Durchlaufvorrichtung mit zwei oder mehr in Serie angeordneten Arbeitsstufen besteht, von welchen mindestens eine durch eine einen Stator und Rotor aufweisende Arbeitseinheit gebildet ist, deren Stator direkt oder indirekt an einem Durchlaufgehäuse befestigt ist, wobei vom Austritt aus der Arbeitseinheit ein zum zentralen Zuführungsraum der letzteren zurückführender Umlauf- weg vorgesehen ist, zwecks Ermöglichung eines wiederholten Durchganges des zu behandelnden Stoffes durch die Arbeitseinheit.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgehäuse und das Durchlaufgehäuse unmittelbar miteinander in Verbindung stehen.

   9. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgehäuse und das Durchlaufgehäuse aus einem Stück bestehen.

   10. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Schwingungsgeneratoren eine eigene Antriebswelle aufweist, wobei eine dieser beiden Wellen als die die andere umschliessende Hohlwelle ausgebildet ist.

   11. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wellen Teile eines Differential-Planetengetriebes sind, wobei die Hohlwelle mit dem Sonnenrad und die von ihr umschlossene, von einem Motor angetriebene andere Welle mit dem Planetenradträger verbunden ist, dessen Planetenräder einerseits mit dem aussenverzahnten Sonnenrad und andererseits mit dem innenverzahnten, abbremsbaren Aussenring kämmen.

   12. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens einer Leitung zur Einführung von Zusatzstoffen versehen ist.

   13. Vorrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung für die Zusatzstoffe in das Innere eines Schwingungsgenerators führt.