DK157312B

DK157312B - Fremgangsmaade til dispergering af et fluid i en straale af et andet fluid

Info

Publication number: DK157312B
Application number: DK474981A
Authority: DK
Inventors: Yves Arbeille; Jean Lucas
Original assignee: Cemagref
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1989-12-11
Also published as: ES506599A0; DK157312C; DE3173465D1; EP0051021A2; EP0051021B1; ES8300265A1; DK474981A; EP0051021A3

Description

DK 157312 B

Den foreliggende opfindelse vedrorer en fremgangsmâde til disper-gering af et fluid i en strâle i et fluid med sterre massefylde, ved hvilken fremgangsmâde fluidet med den storste massefylde bringes til at cirkulere i form af en fluidstrâle med stor hastighed, idet den 5 nævnte strâle bringes til at folge en krum stromningsbane, hvorved der i strâlen frembringes en trykgradient vinkelret pâ væggen som folge af centrifugalkraften.

Hidtil har man til indforing af en gas i en væske i en sâ findelt tilstand som muligt benyttet forskellige apparater, i hvilke der sker 10 en lagdeling af det ene eller begge fluida, frembringes chockvirkning mellem de to fluida eller sker filtrering eller mekanisk bearbejdning af blandingen efter dannelsen af samme.

Disse kendte apparater har imidlertid haft en række ulemper, der dels skyldes, at der i apparaterne optræder store energitab, dels 15 skyldes, at apparaterne er meget komplekst opbygget og har en tendens til at blive tilstoppet. I de kendte apparater har de i væsken dannede bobler endvidere ofte haft tendens til at smelte samraen pàny, hvorved blandingens finhed begrænses.

Den foreliggende opfindelse har til formai at tilvejebringe en frem-20 gangsmâde til sikring af en homogen dispergering af en gas i en væske i form af fine bobler og mere generelt til i et forste fluid at dispergere et andet fluid med meget mindre massefylde i form af fine bobler eller smâ drâber. Den foreliggende opfindelse har yderligere til formâl at eliminere de ovenfor omhandlede ulemper ved de kendte 25 apparater.

De ovenfor angivne formâl opnâs i overensstemmelse med opfindelsen med en fremgangsmâde af den indledningsvis angivne art, hvilken fremgangsmâde er ejendommelig ved, at det fluid, der har storst massefylde, bringes til at cirkulere i en passage med en konstant 30 krumning i det mindste over et vist stykke, og at det fluid, der har mindst massefylde, og som er under tryk, fores direkte ind i det fluid, der har storst massefylde, gennem i det mindste én âbning, der er udformet i væggen af passagens krumme del med storst krumningsradius, dvs. den væg, langs hvilken trykket i fluidet, der

DK 157312 B

2 har starst massefylde, er starst som falge af trykgradienten, idet âbningen er placeret i det mindste i en vis afstand far afslutningen af den krumme del i et omrâde, hvor trykgradienten optræder.

5 Uden pà nogen mâde at være begrænset af denne teori kan fremgangsmâden ifalge opfindelsen forklares ved frembringelse af et fænomen, der afbryder den geometriske stabilitet i grænsefladen mellem de to fluida med forskellig massefylde, nâr disse sammen udsættes for en variation i et accelerationsfelt.. ünder pâvirkning af 10 de store kræfter, som induceres i accelerationsfeltet, bryder trykgradienterne i nærheden af grænsefladen mellem de to fluida den geometriske ligevægt i denne grænseflade, hvorved krumningsradien ændrer sig lokalt, indtiï de tilsvarende kapillærkræfter i grænsefladen genskaber ligevægten. Ved dispergering af et let fluid i 15 et fluid med en starre massefylde gâr denne udvikling i retning af en formindskelse af krumningsradieme for elementerne i det lette fluid, dvs. en formindskelse af disse elementers middelvolumen.

Dette fænomen kan kun realiseres ved en relativ forskydning af de to fluida, idet det tunge fluid forskydes i det skabte 20 accelerationsfelts retning, og det lette fluid forskydes i den modsatte retning. Den oprindelige konfiguration af de to fluida bar altsâ tillade denne udvikling uden for tidligt at nâ til en ny ligevægtstilstand.

Det ovenfor beskrevne fysiske fænomen medfarer i modsætning til de 25 hidtil kendte fremgangsmâder ikke nogen væsentlig fornyet sammensmeltning af det letteste element umiddelbart efter · dispergeringen.

Anvendelsen af dette dispergeringsprincip til blanding og dispergering af store væskemængder nadvendiggar udnyttels'e af en 30 kontinuerlig fremgangsmâde, dvs. at den anvendes lokalt pâ en stram af to fluida, idet disse fluida i denne stram har en fælles grænseflade.

I overensstemmelse med en farste udfarelsesform for fremgangsmâden ifalge opfindelsen bringes det fluid, der har starst massefylde, til

DK 157312 B

3 at cirkulere i en venturidyse med en aksial kerne, hvorhos midteraksen af passagesektionen efter venturidysens hais har en konkav form udefter, og at fluidet, der har mindst massefylde, og som skal dispergeres i fluidet, som har storst massefylde, indfores 5 via en àbning, der er placeret pâ kernens væg i ait væsentligt ved venturidysens hais.

I overensstenimelse med den foretrukne udferelsesform for opfindelsen suges fluidet, som har mindst massefylde, ind i strâlen af fluidet, der har storst massefylde, ved det trykfald, som skabes i 10 venturidysens hais, idet det er muligt at regulere mængden af indsuget fluid, som har mindst massefylde, ved elastisk montering, i forhold til den 0verste del, af den nederste del af venturidysens aksiale kerne, som med sin averste del afgrænser indsugningsgabet for fluidet, som har mindst massefylde.

15 Opfindelsen vil i det f0lgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, pâ hvilken fig. 1 skematisk illustrerer fremgangsmâden ifolge opfindelsen, fig. 2 viser et længdesnit gennem en dyse, som kan monteres pâ et skrueblad til ventilering af en væske ved dispergering af luft i 20 denne væske, som omrores af dette skrueblad, fig. 3 i perspektiv og skematisk et apparat til indforing af en stor mængde af et let fluid i en fluidstrom, og fig. 4 et vandret snit gennem en variant af det i fig. 3 viste apparat.

25 Som det skematisk er vist i fig. 1, har apparatet til udovelse af fremgangsmâden en kanal 1 til cirkulation af det fluid, der har den storste massefylde, fx en væske, som indfores ved A. Denne kanal har fx et rektangulært tværsnit og omfatter regnet oppefra og nedefter - set i stromningsretningen - et retlinet stykke la, en krum del lb 30 og en nederste retlinet del le. I overensstemmelse med fremgangsmâden ifolge opfindelsen indforer man gennem spalter 2, der - regnet i stromningsretningen - er placeret umiddelbart for den krumme del lb, og som er udformet i den krumme kanalvæg, der har den storste krumningsradius, det letteste fluid, især gas, som skal dispergeres 35 i den strom af fluid, der har den storste massefylde. Gassen kan

DK 157312 B

4 indfares under tryk germera spalterne 2, idet den er komprimeret i et kamroer 3. Den stabile dispersion med yderst fine gasbobler ledes bort gennem kanalen ved B.

I den i fig. 2 viste udfarelsesform for opfindelsen angiver 4 et rar, 5 der tjener til indfaring af luft, og som samtidigt udgar et forbindelsesorgan mellem et ikke-vist skrueblad og apparatet.

Raret 4 udmunder i et ægformet legeme 5, i hvilket der er udformet et âbent cylindrisk kammer 6, langs hvis akse der er monteret en stang 7, hvis frie ende er forsynet med indvendigt gevind, og hvis anden 10 ende er indskruet i et aksialt indvendigt gevind udformet i bunden af kammeret 6. Til stangen 7's indvendige gevind er fastgjort gevindet pâ en skrue 8, der strækker sig gennem en basning 9, som danner et anslag, samt gennem en skruefjeder 10. Basningen 9 og skruefjederen 10 danner henholdsvis et stop ved enden af strammen og et elastisk 15 tilbagefaringsorgan for selve dysen. Dysen udgares af en central kerne 11, der med sin rarformede ende 12 er monteret forskydeligt pà stangen 7, og som har med en konisk flade 13, der omslutter denne rarformede ende 12 og svarer til en konisk flade 14, der omslutter âbningen af kammeret 6. Den koniske flade 13 gâr over i en konkav 20 oindrejningsflade 15, hvis frembringer i hovedsagen er en cirkelbue, og hvis mindste tværsnit befinder sig tæt ved den centrale kernes frie ende. I den venstre halvdel af figuren er der ved 13a vist en ændret udfarelsesform, ved hvilken den koniske del 13 har en sâledes reduceret bredde, at dens ydre kant befinder sig tilbagetrukket i 25 forhold til de fluidstremme, der forlader overfladen af det ægformede legeme 5 vinkelret pâ fladen 14's kant. Ved denne ændrede udfarelsesform dannes der en grænseflade, der starter ved denne kant, og gasindfaringen forages. Lige ud for den centrale kernes frie ende, som samarbejder med fj ederen 10 og eventuelt basningen 9, er 30 fastgjort radiale eger 16, der bærer dysens ydre kappe 17. Denne kappes ydre overflade er konveks cylindrisk, medens kappens indre omdrejnings flade 18 har en sâdan frembringer, at der mellem denne flade og henholdsvis det ægformede legeme 5 og den centrale kerne 11 dannes en passage, hvis tværsnit aftager betydeligt indtil den 35 koniske flade 14's kant og derefter vokser progressivt indtil afgangsâbningen 19.

5

DK 157312 B

Den sâledes udformede dyse fungerer som venturidyse med en trykreduktion i halsen lige ud for de koniske flader 14 og 13 og mod en efterfalgende trykforagelse med etablering af en trykgradient over tværsnittet, idet trykket ved fladen 15 er starre end trykket ved 5 væggen 18 som falge af fluidstrammenes krumning. Der frembringes en langsgâende trækkraft, som pàvirker kappen 17, hvilket medfarer en forskydning af fladen 13 i forhold til fladen 14, hvorved fjederen 10 trykkes sammen, og der suges luft ind gennem raret 4, kammeret 6 og spalten mellem fladerne 13 og 14. Den sâledes indfarte luftstram 10 udsættes for en sammensnaring som falge af de turbulensfrie fluidstramme samtidig med, at de starste bobler forskydes mod væggen 18, idet de opdeles som falge af det ovenfor beskrevne stabilitetsafbrydelsesfænomen ved grænsefladen. Alt i ait opnâs der en homogen og fin dispergering af luft i den væskestram, der ledes ud 15 gennem afgangen 19.

De i fig. 3 og 4 viste udfarelsesformer er konstrueret med en ydre cylinder 21, jtil hvis averste og nederste ende der er tilsluttet ledninger 22a og 22b med rektangulære tværsnit. Ledningerne 22a og 22b er forbundet tangentielt til cylindervæggen 21 og er orienteret 20 modsat pâ en sâdan mâde, at det fluid, der indfares ved A gennem ledningen 22a, i kontakt med væggen foretager en opadstigende skruelinjebevægelse og strammer ud ved 13 gennem ledningen 22b.

Smalle spalter 23, der er parallelle med cylinderen 21's akse, er udformet i cylindervæggen (i fig. 4 er kun vist enkelte af disse 25 spalter). Gylinderens ender er lukket med vægge 24, der kan være gennemgâende eller ringformede. Nâr de er ringformede, kan der være tilvejebragt en indre cylindervæg 25, men denne væg er ikke absolut nadvendig, idet den væske, som indfares ved A, cirkulerer i kontakt med væggen 21 og lober ud ved B. Uden om væggen 21 er der anbragt en 30 ydre kappe 26, der sammen med denne væg danner et trykkammer. Denne ydre kappe 26 kan være af en hvilken som helst form. Det perifere kammer er forbundet til en forsyningskilde under tryk for det fluid, der har den mindste massefylde, og som skal dispergeres i den væske, der indfares ved A. Dette kammer kan være isoleret termisk og 35 eventuelt omfatte varmevekslerorganer til ophedning af damp, nâr fluidet med den mindste massefylde er overophedet damp.

Claims

15 Den damp, som trænger ind gennem spalterne 23 i en mængde pâ ca. 25 1/s, dispergeres i form af meget fine bobler, som meget hurtigt kondenseres, nâr de som folge af centrifugalvirkningen trænger ind i mælkemassen. Under sin skruelinjeformede gennemstromning stiger mælkens temperatur 20 altsâ meget hurtigt pâ homogen mâde, hvilket sikrer en effektiv stérilisation. Opfindelsen er ogsâ egnet til talrige andre anvendelser, der vedrerer dispergering af gas i væsker.

1. Fremgangsmâde til dispergering af et fluid i en strâle af et fluid med sterre massefylde, ved hvilken fremgangsmâde fluidet med den storste massefylde bringes til at cirkulere i form af en fluidstrâle med stor hastighed, idet den nævnte strâle bringes til at felge en krum stremningsbane, hvorved der i strâlen frembringes en 30 trykgradient vinkelret pâ væggen som felge af centrifugalkraften, DK 157312 B kendetegnet ved, at det fluid, der har storst massefylde, bringes til at cirkulere i en passage med en konstant krumning i det mindste over et vist stykke, og at det fluid, der har mindst massefylde, og som er under tryk, fores direkte ind i det fluid, der 5 har storst massefylde, gennem i det mindste én âbning, der er udformet i væggen af passagens krumme del med storst krumningsradius, dvs. den væg, langs hvilken trykket i fluidet, der har storst massefylde, er storst som folge af trykgradienten, idet âbningen er placeret i det mindste i en vis afstand for afslutningen 10 af den krumme del i et omrâde, hvor trykgradienten optræder.

2. Fremgangsmâde ifolge krav 1, kendetegnet ved, at fluidet, der har storst massefylde, bringes til at cirkulere i en venturidyse med en aksial kerne, hvorhos midteraksen af passagesektionen efter venturidysens hais har 15 en konkav form udefter, og at fluidet, der har mindst massefylde, og som skal dispergeres i fluidet, som har storst massefylde, indfores via en âbning, der er placeret pâ kernens væg i ait væsentligt ved venturidysens hais.

3. Fremgangsmâde ifolge krav 2, 20 kendetegnet ved, at fluidet, der har mindst massefylde, suges ind i strâlen af fluidet, som har storst massefylde, ved det trykfald, som skabes i venturidysens hais.

4. Fremgangsmâde ifolge krav 3, kendetegnet ved, at mængden af fluid, som har mindst 25 massefylde, og som suges ind, justeres ved elastisk montering, i forhold til den overste del af den nederste del af venturidysens aksiale kerne, som med sin overste del afgrænser indsugningsgabet for det fluid, som har mindst massefylde.