DE2221644A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bilden von Fluessigkeitstroepfchen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Bilden von FluessigkeitstroepfchenInfo
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Description
β MÜNCHEN 8C. ;4AUEnKIPr;MERSTR. 48
"·...... l3i Mai
Anwaltaakte 22 388 .
United Kingdom Atomic Energy Authority London, SW 1/England
Vorrichtungtund Verfahren zum Bilden von Flüssigkeit
ströp fchen .
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bilden von Flüssigkeitströpfchen.
Für bestimmte Produktionsvorgänge, beispielsweise für die Herstellung von Solen und/oder Gelen in Form von Kügelchen
und für Sprühtrocknungsverfahren bedarf es bekanntlich einer
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schnellen Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen, welche dann anschließend zur Fertigstellung des gewünschten Produkts
behandelt werden, beispielsweise durch Reaktion mit Wirkstoffen oder andere Behandlungsarten wie etwa Erhitzen.
Das Grundverfahren zur schnellen Ausbildung von Tröpfchen, bei dem eine Flüssigkeit in Form eines Strahls durch eine
gleichzeitig in Vibrationen versetzte Düse ausgestoßen wird, ist weitgehend bekannt. Auf diesem Prinzip beruhende Verfahren
weisen jedoch den Nachteil auf, daß bei der Verwendung von kleinen Düsenöffnungen für die Herstellung von kleinen
Tröpfchen die Gesamtausbeute für einen gegebenen Zeitraum sehr gering ist.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei deren Anwendung eine beträchtlich größere Ausbeute
erzielbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist bei einer Vorrichtung zum Bilden von Flüssigkeitströpfchen
durch Ausstoßen einer Flüssigkeit durch eine Düsenöffnung vorgesehen, daß sie einen Spinndüsenkopf mit mehreren
Düsenöffnungen auf v/eist, sowie einen Vibrationsantrieb für den Spinndüsenkopf. Der Spinndüsenkopf hat beispielsweise
bei einem Durchmesser von 1 cm sechs Düsenöffnungen und wird in Bezug.auf die Düsenöffnungen entweder quer oder in Axialrichtung
in Vibrationen versetzt.
Werden mehrere herkömmliche Einzeldüsen, beispielsweise
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Injektionsnadeln, zu einem Gebilde mit mehreren Düsenöffnungen zusammengefügt, so ergeben sich hinsichtlich
des Vibrationsantriebs für die Ausbildung von Tröpfchen gewisse Schwierigkeiten aus der beträchtlichen Masse der
zusammengesetzten Düsen, welche die Erzielung einer für die befriedigende Tröpfchenbildung geeigneten Vibrationsfrequenz
erschwert. Darüber hinaus ist zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Tröpfchengröße und zur Verringerung der Gefahr
der gegenseitigen Beeinträchtigung einander benachbart ausgestoßener Flüssigkeitsstrahlen eine hohe Genauigkeit und
Gleichförmigkeit hinsichtlich der Größe der Düsenöffnungen und ihrer Anordnung erforderlich. Die Verwendung eines
Spinndüsenkopfes überwindet diese Schwierigkeiten weitgehend, da hier eine Mehrzahl von Düsenöffnungen gleicher Größe und
in genau bestimmter Anordnung in einem relativ kleinen und leichten Ausstoßkopf zusammengefasst ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt nachstehend eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung,
deren einzige Figur eine schematisierte Darstellung einer unter anderem zur Herstellung von Kernbrennstoffteilchen
verwendbaren Vorrichtung zeigt.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung enthält einen
Spinndüsenkopf 1, wie er in der Rayonspinnerei Verwendung findet. Er ist auf einer über ein Verbindungsglied 3 mit einem
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elektromagnetischen Vibrationsantrieb 4 verbundenen Halterung
2 angebracht. Der Spinndüsenkopf 1 ist mit seiner Halterung über einer kreisförmigen Eintrittsöffnung 5 eines zylindrischen
und ein kegelförmiges Unterteil 7 aufweisenden Behälters 6 angeordnet. Im Betrieb wird eine zu Tröpfchen
zu versprühende und anschließend zur Ausbildung von Teilchen
mit Wirkstoffen zur Reaktion zu bringende Flüssigkeit über eine Leitung 8 dem vibrierenden Spinndüsenkopf 1 zugeführt.
Die gebildeten Tröpfchen fallen durch die öffnung 5 hindurch "
in den Behälter 6. Dazu ist der Spinndüsenkopf 1 genügend weit von der öffnung 5 entfernt, daß die Tröpfchen genügend
Zeit haben, vor dem Eintritt in den Reaktionsraum Kugelgestalt anzunehmen. Dem oberen Teil 9 des Behälters 6 wird
über einen Einlass Io ein gasförmiger Wirkstoff zugeführt.
Bei der Berührung mit dem Gas reagieren die Flüssigkeitströpfchen mit diesem unter Bildung teilweise gelierter
Kügelchen, welche ausreichend fest sind, daß sie ohne dabei zu zerreißen in einen flüssigen Wirkstoff 11 fallen, in dem
sich die gelierende Reaktion fortsetzt.
Um das Entweichen größerer Mengen des gasförmigen Wirkstoffs
aus dem oberen Ende des Behälters und damit ein vorzeitiges Gelieren teilweise ausgeformter Tröpfchen und/oder ein Verstopfen
der Düsenöffnungen des Spinndüsenkopfes 1 durch Gelieren der Flüssigkeit vor dem Auetritt daraus zu verhindern,
ist eine ringförmige Absauganordnung 12 mit einer Anzahl von Absaugleitungen 13, von denen lediglich eine dargestellt
ist, vorgesehen. Die Gasführung des Systems kann, wie in der
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Zeichnung dargestellt, aufwärts oder auch abwärts gerichtet
sein. Zum Austragen der gelierten Kügelchen aus dem unteren
Teil des Behälters 6 ist eine Abzugsleitung mit einem Absperrr organ l1» vorhanden. In einem Anwendungsbeispiel der Erfindung
wurde eine uranhaltige Eintragslösung mit Fördermengen von
37 bis 71I ml/min durch einen Spinndüsenkopf mit neunzehn
Düsenöffnungen gepumpt. Der Spinndüsenkopf wurde mit einer von der jeweiligen Fördermenge abhängigen Frequenz von
Hooo bis 8ooo Hz in axiale Schwingungen versetzt. Durch das gleichmäßige Abreißen von kurzen Teilen der aus den einzelnen
Düsenöffnungen austretenden Flüssigkeitsstrahlen entstanden an allen Düsenöffnungen Tröpfchen mit einem Durchmesser von
26o Jim. Die Düsenöffnungen hatten Durchmesser von 0,127, mm,
wobei die größte Durchflußgeschwindigkeit durch die Düsenöffnungen bei einer Fördermenge von 71J ml/min 518 cm/sec betrug.
Gegebenenfalls arbeitet die Vorrichtung auch bei höheren Durchflußgeschwindigkeiten befriedigend. Es ergibt sich die
Folgerung, daß für jede Schwingungsperiode jeweils ein Tröpfchen pro Düsenöffnung gebildet wurde. Zwar lassen sich
Tröpfchen auch durch Abreißen der Flüssigkeitsstrahlen in anderem Rythmus, beispielsweise mit 1/2,2,3,4 usw. Schwingungsperioäen
pro Tröpfchen erzielen, die Arbeitsweise mit einem Tröpfchen prp Schwingungsperiode ist jedoch vorzuziehen.
Ein Beispiel für einen mittels der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung herstellbaren Kernbrennstoff ist Urandioxid. In
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diesem Pall hat der Spinndüsenkopf beispielsweise zwei
Öffnungen und wird mit einer Frequenz von 6000 Hz in Querschwingungen versetzt. Die Flüssigkeit, beispielsweise
UranyInitrat mit einem oder mehreren gelierenden Zusätzen,
wird in einer Fördermenge von' 1/3 ml/sec, also Io ml/min
pro Düsenöffnung zugeführt. Das Gas im Behälterteil 9 ist dann vorzugsweise Ammoniak und.die Flüssigkeit 11 im Behälterteil
7 Ammoniumhydroxid.
Bezüglich der gelierenden Zusätze, also der Mittel, die eine
Lösung in Gegenwart eines geeigneten Wirkstoffs, beispielsweise Ammoniak, zum Gelieren bringen, wird auf die britischen
Patentschriften 1 175 831I, 1 231 385 und 1 253 8o7 der
Anmelderin hingewiesen.
Bei einem Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen von Kerbrennstoffteilchen wird die Lösung aus Uranylnitrat
und Zusätzen durch die Spinnöffnungen eines gleichzeitig in Vibrationen versetzten Spinndüsenkopfs ausgestoßen, die
dabei entstandenen Tröpfchen nehmen Kugelgestalt an und fallen durch einen Bereich eines Behälters, in dem sie mit
Ammoniakgas in Berührung kommen und damit reagieren; die teilweise gelierten Kügelchen fallen in einen anderen Bereich
des Behälters, in welchem sie zum vollständigen Gelieren mit Ammoniumhydroxid kontaktiert werden,und die Gelkügelchen
werden aus dem unteren Teil des Behälters ausgetragen.
- 7 209846/0127
Claims (11)
1. ) Vorrichtung zum Ausbilden von Plüssigkeitströpfchen
durch Ausstoßen der Flüssigkeit aus einer Düsenöffnung, dadurch gekennzeichnet, däß sie einen Spinndüsenkopf (1)
mit mehreren Düsenöffnungen sowie einen Vibrationsantrieb
(2,3»1O für den Spinndüsenkopf aufweist.
2. Vorrichtung zum Herstellen von Teilchen durch Gelieren von Flüssigkeitströpfchen, gekennzeichnet durch einen Spinndüsenkopf
(1), durch einen Vibrationsantrieb (2,3,4) für
den Spinndüsenkopf, durch Einrichtungen (8) zum Zuführen einer zu gelierenden Flüssigkeit zum Spinndüsenkopf und
durch einen in Wirkverbindung mit dem Spinndüsenkopf angeordneten Behälter (6) für wenigstens einen das Gelieren der
Flüssigkeit bewirkenden Wirkstoff, in welchen die Flüssigkeit ströpfchen vom Spinndüsenkopf zum Gelieren einleitbar
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (6) einen gasförmigen und einen flüssigen
Wirkstoff (9 bzw. 11) enthält.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationsantrieb für
den Spinndüsenkopf (1) einen mechanisch mit diesem gekoppel-
- 8 . 209846/0127
ten elektromagnetischen Vibrationsantrieb (4) enthält.
5. Vorrichtung zum Herstellen von Teilchen durch Gelieren von Flüssigkeitströpfchen, gekennzeichnet durch einen Spinndüsenkopf
(1), durch einen Vibrationsantrieb (2,3**0 für
den Spinndüsenkopf, durch Einrichtungen (8) zum Zuführen einer zu gelierenden Flüssigkeit zum Spinndüsenkopf und
durch einen in Wirkverbindung mit dem Spinndüsenkopf angeordneten Behälter (6) mit einem Teil (9) für einen gasförmigen
Wirkstoff und einem Teil (7) für einen flüssigen Wirkstoff (11) und mit Einrichtungen (12,13) zum Verhindern des
Austritts des gasförmigen Wirkstoffs am oberen Ende (5) des Behälters.
6. Verfahren zum Herstellen von Teilchen durch Gelieren von Flüssigkeitströpfchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu
gelierende Flüssigkeit durch die Düsenöffnungen eines gleichzeitig in Schwingungen versetzten Spinndüsenkopfes ausgestossen
wird, und daß die dabei gebildeten Tröpfchen nach einer zum Annehmen von Kugelgestalt ausreichenden Zeit mit einem
das Gelieren der Flüssigkeitströpfchen bewirkenden Wirkstoff kontaktiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitströpfchen durch Kontaktieren mit einem gas-
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förmigen Wirkstoff teilweise geliert und anschließend mit
einem flüssigen Wirkstoff kontaktiert werden, in welchem das Gelieren der Tröpfchen abgeschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiger Wirkstoff Ammoniakgas und als flüssiger
Wirkstoff Ammoniumhydroxid verwendet wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zu gelierenden Flüssigkeitströpfchen einen Kernbrennstoff enthalten.
10. Vorrichtung zum Herstellen von gelierten Teilchen im wesentlichen
wie vorstehend anhand der Zeichnung beschrieben.
11. Verfahren zum Herstellen von gelierten Teilchen, im wesentlichen
wie vorstehend beschrieben.
209846/0127
/fO
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