Bei vielen Prozessen zur Verarbeitung von Produkten sowohl im Lebensmittelbereich als auch im Nicht-Lebensmittelbereich spielen die rheologischen Eigenschaften des Produktes, insbesondere, während ihrer Verarbeitung, eine entscheidende Rolle für die erzielbare Qualität der Endprodukte.

Eine Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften von Produktmassen, wie z. B. vis- kosen Fluiden aber auch viskoelastischen Pasten oder Elastomermischungen, oder auch der"rheologischen Eigenschaften"von fluidisierten Schüttgütern, kann z. B. durch Scherung, Dehnung bzw. Fluidisierung erreicht werden.

Bei diesen Produkten handelt es sich in der Regel um homogene Gemische oftmals verschiedener Phasen (z. B. Suspension, Emulsion). Besonders wichtig ist daher in die- sem Zusammenhang auch die Beherrschung von Strömen der Produktmassen. Dabei treten häufig Probleme an bestimmten Stellen des Fluidstroms auf, an dem ein Teil des Fluids sich anders verhält als der überwiegende Teil des strömenden Fluids. Erwäh- nenswert ist z. B. die Grenzfläche zwischen dem strömenden Fluid und der inneren Oberfläche eines Maschinen-oder Leitungsteils, bei denen oftmals starke Reibung bzw. eine stark verlangsamte Produktströmung stattfindet. Negative Folgen sind z. B. zu grosse Verweilzeitspektren, Entmischung, zeitliche und örtliche Temperaturspitzen, etc.

Oft stösst auch eine vorgegebene Maschine bei gewissen zu bearbeitenden Fluiden an ihre Leistungs-und Stabilitätsgrenze. Die übliche Abhilfe bestand dann immer darin, eine noch stärkere bzw. stabilere und damit teurere Maschine zu bauen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, diese Nachteile und Unzulänglichkei- ten der bekannten Verfahren und Anlagen zur Verarbeitung fliessfähiger Produkte zu überwinden und insbesondere eine Verbesserung der Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften derartiger Produkte herbe zuführen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Indem mindestens ein Teil der das Fluid bildenden Fluidelemente zu Schwingungen angeregt wird, können die rheologischen Eigenschaften zumindest eines Teils des Flu- ids gezielt beeinflusst werden. Insbesondere kann eine Verringerung der internen Flu- idreibung sowie der externen Fluidreibung an Fluid/Maschinen-Grenzflächen erzielt werden. Dies ermöglicht es, den Energieeintrag in das Fluid zu verringern, wodurch ei- nerseits die Lebensdauer einer Maschine deutlich erhöht wird und andererseits auch der Bau von Maschinen mit grösseren Dimensionen ermöglicht wird, ohne dass man an die Grenzen der von der Maschine erbringbaren Kraft/Leistung und ihrer Stabilität stösst. Mit anderen Worten kann eine Durchsatzerhöhung bei gleicher Förderleistung erzielt werden.

Die Schwingungsanregung stellt auch eine Einwirkung auf das Fluid dar, mit der die eigentlichen rheologischen Eigenschaften zu effektiven rheologischen Eigenschaften verändert werden. Anstatt zu versuchen, die komplexen rheologischen Eigenschaften eines realen Fluids zu erfassen und zu steuern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die realen rheologischen Eigenschaften durch das Aufprägen von Schwingungen auf die das Fluid bildende Fluidelemente zu effektiven rheologischen Eigenschaften zu verän- dern, die sich leichter handhaben lassen als die ihnen zu Grunde liegenden realen rheologischen Eigenschaften. Mit andern Worten wird das Fluid"künstlich"durch die eingeleiteten Vibrationen derart verändert, dass es sich zumindest in diesem veränder- ten Zustand leichter beherrschen lässt.

Vorzugsweise werden Fluidelemente in ganz bestimmten Bereichen des Fluids zu Schwingungen angeregt. So können z. B. durch gezielte Schwingungsanregungen er- höhte Verweilzeiten des Fluids in Nischen und Totvolumina verringert werden oder die Reibung an Wand/Fluid-Grenzflächen, insbesondere in Leitungen für Fluidtransport, verringert werden. Dies hat eine Verringerung des Verweilzeitspektrums des in der Ma- schine behandelten bzw. in der Leitung transportierten Fluids zur Folge und führt zu der auch schon erwähnten Material-und Energieeinsparung.

Das Fluid kann ein Gemisch aus mindest einer gasförmigen, einer flüssigen oder einer festen Phase sein, wobei jede Phase aus verschiedenen Phasenelementen (finiten Elementen) besteht. Die Phasenelemente können insbesondere Partikel, Blasen oder Agglomerate sein, sodass es sich bei dem Fluid um eine Suspension, eine Emulsion, ein fluidisiertes Pulver bzw. Pulvergemisch, einen Schaum bzw. Schaumgemisch oder ein Kolloid bzw. Kolloidgemisch handelt. Insbesondere kann das Fluid auch ein Polymer bzw. ein Polymergemisch sein. Bei all diesen Fluiden ermöglicht die erwähnte bevor- zugte Ausführung sowohl eine lokale als auch eine globale Beeinflussung des Fluids.

Zweckmässigerweise werden die verschiedenen Arten der Elemente des Fluids selektiv zu Schwingungen angeregt. So können auch hier Problemzonen lokal und/oder global bearbeitet werden. Solche Problemzonen sind z. B. Düsen oder Totvolumina. Bei den Düsen entsteht z. B. bei Verwendung des unbehandelten Fluids mit seinen realen, das heisst nicht, durch Vibration zu effektiven rheologischen Eigenschaften veränderten rheologischen Eigenschaften ein hoher Druckgradient, der sich bei Verwendung des Fluids mit den effektiven, das heisst durch Vibration veränderten rheologischen Eigen- schaften deutlich verringern lässt. Als weiteres Beispiel können Totvolumina in dem zu verarbeitenden Fluid durch gezielte Schwingungsbeeinflussung belebt werden.

Vorzugsweise findet die selektive Schwingungsanregung an einer ganzen Gruppe von Elementen oder mehreren Gruppen von Elementen statt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Schwingungsan- regung durch mindestens eine Quelle für mechanische Schwingungen, die auf das Fluid einwirkt. Dies ermöglicht die Eintragung verschiedener Schwingungen mit verschiede- nen Amplituden und verschiedenen Frequenzen in das Fluid. Auf diese Weise können in ausgewählten Bereichen durch Überlagerungen der verschiedenen Schwingungen extrem grosse Schwingungsamplituden im Fluid erzielt werden. Die Schwingungen können dabei zum Teil pneumatisch und/oder zum Teil hydraulisch erzeugt werden. Insbesondere ist auch eine mechanische Schwingung durch Stossan- regung, insbesondere durch mehrere aufeinanderfolgende Stossanregungen vorteilhaft.

Die schlagartige Stossanregung entspricht einer Überlagerung sehr vieler verschiede- ner Schwingungsfrequenzen, sodass durch eine Stossanregung über einen sehr gros- sen Frequenzbereich Resonanzschwingungen angeregt werden können, die durch auf- einanderfolgende Stossanregungen auch über einen längeren Zeitraum hinweg auf- rechterhalten werden können.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Quelle für mechanische Schwingungen die min- destens eine Grenzfläche des Anlagen-bzw. Maschinenteils ist. Auf diese Weise wer- den weniger Teile benötigt, und es kann dennoch eine gezielte Beeinflussung des Flu- ids stattfinden.

Vorzugsweise besitzt die mindestens eine schwingende Grenzfläche mindestens eine Schwingungskomponente in der Tangentialebene der Wand/Fluid-Grenzfläche.

Auf diese Weise lässt sich die Fluid/Wandreibung reduzieren oder steuern, indem man einen gezielten Gleit/Rutsch-Effekt hervorruft. Eine ggf. notwendige Änderung oder An- passung des Wandmaterials an spezielle Fluide erübrigt sich daher. Stattdessen lässt sich durch Auswahl der Frequenz und/oder Amplitude der tangentialen Schwingungs- komponente ein steuerbarer Reibungskoeffizient zwischen Wand und Fluid herstellen.

Besonders zweckmässig ist es auch, wenn die mindestens eine Grenzfläche eine Schwingungskomponente normal zur Tangentialebene der Wand/Fluid-Grenzfläche besitzt. Durch diese Normalkomponente der Grenzflächenschwingung kann besonders viel Schwingungsenergie in das Fluidvolumen eingetragen werden. Somit lässt sich ins- besondere durch eine Kombination der tangentialen und der normalen Schwingungs- komponente der Wand/Fluid-Grenzfläche eine äusserst gezielte und spezifische Zufuhr von Schwingungsenergie in das Fluid erzeugen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Schwingungsanregung durch mindestens eine Quelle für elektromagnetische Wel- len, die auf das Fluid einwirken. Durch die elektromagnetische Schwingungsanregung erfolgt ein sanfterer Einfluss auf das Fluid, wobei die Schwingungsanregung vorwie- gend auf der molekularen Ebene oder auf der Ebene kleiner Agglomerate stattfindet, wenn es sich bei ihnen um temporäre oder permanente Dipole wie z. B. Wassermolekü- le oder Tensidmoleküle handelt. bei Verwendung mehrerer Quellen für elektromagneti- sche Wellen ist auch eine Anregung mit mehreren Frequenzen bzw. Frequenzbereichen möglich, und es können gezielt verschiedene Partikel mit Dipolcharakter in dem Fluid zu Rotationsschwingungen angeregt werden.

Die das Fluid berührende Fluid/Wand-Grenzfläche kann eine Wand einer für den Transport des Fluids bestimmten Leitung oder aber eine Oberfläche eines Bearbei- tungselements einer das Fluid bearbeitenden Maschine sein.

Insbesondere kann es sich um eine Grenzfläche handeln, die ausser ihrer Schwin- gungsbewegung keine weitere Bewegung durchführt. Dies ist z. B. bei einem statischen Mischer der Fall.

Die Grenzfläche kann jedoch auch zusätzlich zu ihrer Schwingungsbewegung noch mindestens eine weitere Bewegung durchführen, wie z. B. eine Translation und/oder Rotation. Auch hier ist die Wandreibung auf Grund der Schwingung der Grenzfläche reduziert. Dies ist insbesondere bei Rohrleitungen beim Transport viskoser Fluide oder bei dynamischen Mischern vorteilhaft.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei verschiedenen Fluidströmungen eingesetzt werden. So kann es sich bei der Fluidströmung um eine Schleppströmung, eine Druck- strömung, eine Kombination aus Schlepp-und Druckströmung, um eine Dehnströmung, eine Scherströmung sowie auch um eine Kavitationsströmung handeln.

Eine Kombination von Dehnströmung und Vibration ist besonders vorteilhaft. Die schon durch die Dehnströmung hervorgerufene Desagglomeration wird durch die Vibration der Agglomerate unterstützt : Diese Synergie lässt sich besonders vorteilhaft in einer vibrie- renden Spaltmühle durch Überlagerung von Dehnung und Vibration verwirklichen. Auch bei der Desagglomeration mittels Scherströmung erweist sich die überlagerte Vibration als äusserst nützlich, da diese Vibration einer Entmischung der desagglomerierten Teil- chen entlang verschiedener Strömungsschichten in laminar strömenden Bereichen ent- gegenwirkt und somit auch eine erneute Agglomeration der zerkleinerten Teilchen ver- hindert wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Schwingungsanregung in ausgewählten Frequenzen bzw. Frequenzbereichen, ins- besondere in Kombination mit einer Schwingungsanregung mit ausgewählten Amplitu- den bzw. Amplitudenbereichen. Dadurch kann eine gezielte und selektive Einwirkung auf verschiedene Phasenelemente, wie z. B. Partikel, Blasen, Aggregate, etc. nach Grösse, Typ, Zusammensetzung, Form etc. bewirkt werden. Insbesondere können auch die ausgewählten Anregungsfrequenzen und Amplituden dem jeweiligen Verarbei- tungsgrad des Fluids, das heisst dem jeweiligen Zustand der Phasenelemente ange- passt werden. So können z. B. mit zunehmender Desagglomerierung der Partikel die zunehmend kleineren Partikel mit ansteigenden Frequenzen weiter angeregt werden.

Insbesondere ist auch hier die Schwingungsanregung durch aufeinanderfolgende Schläge besonders vorteilhaft, da durch die Schläge ein breites Frequenzspektrum in das Fluid eingebracht wird.

Vorzugsweise werden aufeinanderfolgende Schläge durchgeführt, die jeweils durch ein Zeitintervall konstanter Länge voneinander getrennt sind. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass nach dem Abklingen der durch einen Schlag verursachten Schwingungen von Phasenelementen immer wieder erneut dieselben Schwingungen an den Phasen- elementen mit grosser Anfangsamplitude angeregt werden.

Vorzugsweise können die aufeinanderfolgenden Schläge auch jeweils durch einen Zeit- intervall stochastischer Länge voneinander getrennt sein. Auf diese Weise wird verhin- dert, dass dem Fluid von aussen ein periodisches Verhalten aufgeprägt wird. Vielmehr wird durch die Schwingungsanregung, die durch die mit stochastischen Zeitabständen aufeinanderfolgenden Schläge hervorgerufen wird, verhindert, dass die Fluidströmung einen stationären Zustand einnehmen kann. Dies ist besonders vorteilhaft, um Entmi- schungsvorgänge zu verhindern. Anstelle von Zeitintervallen stochastischer Länge kön- nen die aufeinanderfolgenden Schläge auch durch Zeitintervalle voneinander getrennt sein, deren Längen normal verteilt sind. Auf diese Weise kann man eine Art Kompro- miss zwischen der Vorgehensweise mit Zeitintervallen konstanter Länge und der Vor- gehensweise mit Zeitintervallen rein stochastischer Länge erreichen.

Zweckmässigerweise sind die ausgewählten Frequenzen bzw. Frequenzbereiche der Anregungsschwingung bestimmten Schwingungsmoden zugeordnete Eigenfrequenzen bestimmter Arten von Phasenelementen. Wie schon erwähnt, kann auf diese Weise gezielt auf Phasenelemente bestimmter Art, Grösse, Zusammensetzung oder Form eingewirkt werden.

Als unterstützende Massnahme kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren auch mindestens eine oberflächenaktive Substanz dem Fluid hinzugegeben werden. Dadurch lässt sich z. B. eine durch die Schwingungsanregung hervorgerufene Desagglomerie- rung von Phasenelementen stabilisieren. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn für verschiedene Phasenelemente des Fluids dem Fluid jeweils mindestens eine spezifische oberflächenaktive Substanz hinzugegeben wird. Durch einen den Prozess begleitenden örtlich und zeitlich abgestimmten Einsatz verschiedener Schwingungsan- regungen und verschiedener oberflächenaktiver Substanzen können die verschiedens- ten Prozesse optimiert werden.