DE944667C

DE944667C - Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen

Info

Publication number: DE944667C
Application number: DES25335A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Eugen Sauter
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1951-10-27
Filing date: 1951-10-27
Publication date: 1956-06-21

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Herstellung von Emulsionen hohen Dispersionsgrades mittels Schall- bzw. Ultraschallwellen.
Man hat bereilts mit mehr oder weniger großem Erfolg versucht, Emulsionen mittels Ultraschallwellen herzustellen. So ist es z. B. bekannt, Emulsionen dadurch herzustellen, daß man die Emulsionen mehrfach die in der Umgebung des Schwingers auftretenden Kavitationszonen durch strömen läßt. Bei einer anderen Anordnung wird dem zu emulgierenden Stoff zunächst Luft bei gemischt, worauf dieses Gemisch dann mit Hilfe mechanischer Schwingungen emulgiert wird. Bjeizdso Anordnungen ~ sind verhältnismäßig aufwendig.
Auch ist der Dispersionsgrad und somit die Haltbarkeit der auf diese Weise hergestellten Emulsionen für manche Bledarfsfälle noch nicht ausreichend.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Emulsion hohen Dispersionsgrades in einem Schall- bzw. Ultraschallfeld nur dann zustande kommen kann, wenn in dem Gefäß, in dem die Emulsion beschallt wird, keine stehenden Wellen auftreten können, wenn also das Gemisch nur fort- schreitenden Wellen ausgesetzt wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Emulsion in einem allseits geschlossenen und ganz mit der zu behandelnden Emulsion gefüllten Gefäß beschallt wird, dessen Wandungen mit einem die Schall- bzw. Ultraschallschwingengen gut absorbierenden Stoff ausgekleidet sind. Zweckmäßig wird als schallabsorbierende Auskleidung ein flüssigkeitsdurchlässiger Stoff, z. B. Samt, Schaumgummi oder Faserstoffe, angebracht: Durch eine solche Auskleidung können Reflexionen in dem Gefäß nicht auftreten, und ,damit werden stehende Wellen zuverlässig vermieden. Das Verfahren kann stationär oder im Durchlaufverfahren betrieben werden; es muß erfindlungsgemäß lediglich darauf geachtet. werden, daß als Beschallungsgefäß ein allseits geschlossenes Gefäß verwendet wird, dessen Wandungen mit einz die Schall- bzw. Ultraschallschwingungen gut absorbierenden Stoff ausgekleidet sind und das einen vorzugsweise in die Wandung des Gefäßes eingebauten Schall- bzw.
Ultraschallgeber besitzt, dessen Schwingungen auf den Innenraum des Gefäßes gerichtet sind.
Einige vorteilhafte Ausführungsformen, von Vorrichtungen nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig 1 ein einfaches Ausführungsbeispiel für stationäre Emulgierung, Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele für Durchlaufbetrieb und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
Dem Gefäß I wird an seinem Boden 2 die Schall-bzw. Ultraschallenergie zugeführt, beispielsweise indem das Gefäß in ein ölbad eingetaucht wird, das z. B. mit einem piezoelektrischen Schwinger erregt ist (Fig. I). Der Boden 2 kann eine Membran sein.
Das Gefäß ist erfindungsgemäß mit der schallabsorbierenden Schicht 3 ausgekleidet. Die Größe des Behandlungsgefäßes kann durch den verstellbaren Kolben 4, der ebenfalls mit schallabsorbierendem Stoff ausgekleidet ist, eingestellt werden.
Der Kolben bat Oeffnungen, damit -- bei-m Niederdrücken des Kolbens Luft, die in dem Gefäß etwa vorhanden ist, entweichen kann. Hierzu muß auch der schallabsorbierende Stoff 3 zumindest an dem Kolben 4 gasdurchlässig sein, jedoch kann dieser schallabsorbierende Stoff je nach seiner Art auch flüs sigkeits durchlässig verwendet wer den.
Die Einrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der- Einrichtung nach Fig. I im wesentlichen dadurch, daß an dem Beschallungsgefäß I zwei Rohrstutzen 5 und 6 angebracht sind, die zum Zu-bzw. Abführen --der Flüssigkeit dienen. Der B(eschallungsraum des Gefäßes wird wiederum nach oben von dem mit schallabsorbierendem Stoff überzogenen Kolben 4 abgeschlossen. Der Kolben und sein schallabsorbierender Verzug müssen in diesem Fall flüssigkeitsdurchlässig sein. Zur Homogenisierung der Strömung ist parallel zu dem Gefäßboden 2, durchiden die Schwingungen eintreten,~eine flüssigkeitsdurchlässige Membran in Form des Siebes 7 angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, daß alle Flüssigkeitsteilchen etwa gleich lang den Schall- bzw. Ultraschal.lschw ingungen ausgesetzt sind.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfin,dungsgedankens kann die Einrichtung nach der Erfindung auch so ausgebildet werden, daß mit ihr neben der Emulgierung gleichzeitig in einer Vorstufe eine Voremuigierung stattfindet (Fig. 3 und 4).
Die Komponenten dfer zu emulgierenden Flüssigkeit treten unter hohem Druck aus einer Düse 8 in den Raum zwischen dem schallabsorbierend ausgekleideten Boden 2 und der Membran 7. Die Düse 8 bildet zusammen mit einem ihr vorgelagerten, in der Zeichnung nicht dargestellten Schaeidkörper eine Flüssigkeitspfeife, die durch die durchströmende Flüssigkeit zu Schwingungen erregt wird und hierdurch die Flüssigkeit feinst zerteilt. Die von der Pfeife ausgehenden Schwillt gungen durchsetzen gleichzeitig die gesamte Flüssigkeitsfüllung des Gefäßes I uud bewirken - hierdurch eine wekere Emulgierung. Es ist aber auch möglich, den Boden des Gefäßes - in der gleichen Weise w,ie in der Fig. I und 2 - zur Einführung von Schall- bzw. Ultraschallwellen zu verwe-uden, wodurch die Emulgierung in der zweiten Stufe noch erhöht wird.
Ist es (bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung erforderlich und erwünscht, ein zusätzliches Dispersionsmittel zu verwenden, so kann dieses bei der Einrichtung nach Fig. 3 und 4 vorteilhaft.durch die Rohrstutzen 9 und Io (Fig. 4) zugeführt werden, die beiderseits der Düse bzw.
Pfeife 8 angeordnet sind. Es kommt Vor, daß ein Teil der zu emulgierenden Flüssigkeitskomponenten nicht ausreichend dispergiert, um in die Emulsion einzugehen. Es kann daher erwünscht sein, die nicht emulgierten Flüssigkeitskomponenten getrennt von der Emulsion abzuführen. Dies kann bei einem im Durchlaufbetrieb arbeitenden Beschallungsgefäß dadurch in einfacher Weise erreicht werden, daß an dem Behandlungsgefäß mindestens zwei Ventile zur Abnahme der nicht emulgierten Komponente der Emulsion vorgesehen sind, die teils oberhalb und teils unterhalb der Ausflußöffnung der Emulsion angebracht sind. Bei dem Beschallungsgefäß nach Fig. 3 sind zu diesem Zweck unter- bzw. oberhalb der Ausflußöffnung 6 des Gefäßes noch die beiden Ventile ii und 12 angeordnet, wobei die leichtere Komponente der zu emulgierenden Flüssigkeit von dem Ventil II abgenommen werden kanil, während die schwerere aus dem Ventil I2 entnommen wird.
Einrichtungen nach der Erfindung sind nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können mannigfach abgewandelt werden.
Beispielsweise kann bei den Einrichtungen nach Fig. I bis 3 der Schwingungserzeuger selbst in den -Boden des Gefäßes eingebaut werden oder auch einen Teil einer Seitenwand bilden; in letzterem Fall wäre der Boden des Behandlungsgefäßes ebenfalls mit einem schallabsorbierenden Stoff zu überziehen: Der Schwingungserzeuger kann auch in den Kolben 4 eingebaut werden. Ferner ist es möglich, statt eines oder mehrerer fest mit der Gefäßwandung verbundenen Schwingungsgeber einen oder mehrere Schwinger innehalb des Gefäßes anzuordnen, die vorteilhaft so ausgebildet werden, daß ihre Schwingungen nach zwei oder mehreren Richtungen abstrahlen. Diese innerhalb des Gefäßes angeordneten Schwinger können auch mit einem Antrieb versehen werden, durch den sie während der Beschallung eine Relativbewegung gegenüber dem Gefäß, beispielsweise eine drehende Pendeibewegung, erhalten. Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Einrichtung können zur Erhöhung der Beschallungsleistung längs des Umfanges des Behandlungsraumes mehrere Düsen gleichzeitig vorgesehen werden.
Die Einrichtung nach der Erfindung beschränkt sich auch nicht auf die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Form des Gefäßes sowie Ausbildung des den Beschallungsraum begrenzenden Kolbens 4, beispielsweise kann der zur Auskleidung des Gefäßes dienende schallabsorbierende Überzug aus einem in seinem Volumen veränderbaren Gummihohikörper bestehen, der je nach Größe des Behandlungsraumes mehr oder weniger verändert, z. B. aufgeblasen, wird.
Auch die Anwendung des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung ist nicht auf einzelne Fälle beschränkt. Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo es darauf ankommt, beim Beschallen einer Flüssigkeit - im stationären Verfahren oder im Durchlaufbetriebdas Auftreten stehender Wellen weitestgehend auszuschalten und die Flüssigkeit mit fortschreitenden Schall-bzw Ultraschallwellen zu behandeln. Beispielsweise eignet sich das Verfahren nach der Erfindung besonders zum Extrahieren von Bestandteilen aus pflanzlichen Stoffen, z. B. Hopfen in einer Flüssigkeit, sowie auch zum Feinstverteilen beliebiger anderer Stoffe in Flüssigkeiten.
Als Schwingungserzeuger sind neben hochfrequenten Schwingern, wie piezoelektrischen und magnetostriktiven Schwingern, - andere niederfrequente Schwinger, insbesondere elektromagnetische oder elektrodynamische Schwingungsgeber anwendbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen hohen Dispersionsgrades aus einer vorzugsweise voremulgierten Flüssigkeit mittels Schall-oder Ultraschallwellen, gekennzeichnet durch ein allseits geschlossenes und ganz mit der zu behandelnden Emulsion gefülltes Gefäß, dessen Wandungen mit einem Schall- bzw. Ultraschallschwingungen absorbierenden Stoff ausgekleidet sind, und durch eine Einrichtung zur Erzeugung fortschreitender Schall- bzw. Ultraschallwellen.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Schall- bzw. Ultraschallgeber in der Wandung derart eingebaut ist, daß seine Schwingungen auf den Innenraum des Gefäßes gerichtet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schallabsorbierende Auskleidung ein flüssigkeitsdurchlässiger Stoff, z. B. Samt, Schaumgummi oder Faserstoff, verwendet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß mit Mitteln zur Veränderung seines Fassungsvolumens versehen ist, beispielsweise einem ein zylindrisches Gefäß abschließenden verstellbaren Kolben (Fig. I).
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß als Durchlaufgefäß ausgebildet ist (Fig. 2 und 3).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchlaufgefäß mindestens eine flüssigkeitsdurchlässige. Membran parallel zu der schwingungserregenden Fläche des Schall- bzw. Ultraschallgebers und vorzugsweise in dessen Nähe angeordnet ist (Fig. 2 und 3).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuflußleitung des Durchlaufgefäßes eine Ultraschallpfeife dient, durch die die zu behandelnde Emulsion voremulgiert wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an demBehandlungsgefäß mindestens zwei Ventile zur Abnahme der nicht emulgiertenKomponente derEmulsion vorgesehen sind, die teils oberhalb und teils unterhalb der Ausflußöffnungen der Emulsion angebracht sind.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 718 744, 727 155.