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Mischer mit längerer Verweilzeit zur zeitabhängigen Homogenisierung eines kontinuierlich fliessenden Mediums
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischer mit längerer Verweilzeit zur zeitabhängigen Homogenisierung eines kontinuierlich fliessenden Mediums, bestehend aus einem oder mehreren Gefässen, die in Serie geschaltet sind und deren jedes zu beiden Seiten des Mischorgans mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung versehen ist und in deren Mittel ein im wesentlichen scheibenförmiges Mischorgan drehbar gelagert ist, das als Förderorgan wirkt und einen Umlauf im Inneren des Gefässes aufrechterhält.
Mischer dieser Art sind an sich bekannt und werden unter anderem zur Homogenisierung von kontinuierlich strömenden Medien verwendet, deren Eigenschaften und Merkmale sich mit der Zeit verändern.
Die Verwendung dieser Mischer ist natürlich nicht auf das Mischen dieser Art von Medien beschränkt, sondern sie sind auch praktisch zur Durchführung jeder andern Art von Mischvorgängen geeignet.
Als Beispiel sei die Behandlung von Viskose genannt, die zu Kunstseidenfäden versponnen oder Filmen verarbeitet werden soll. Das Ausmass der zeitabhängigen Homogenisierung dieser Viskose muss exakten Anforderungen entsprechen, wenn ein einheitliches Endprodukt erhalten werden soll.
Die Viskose wird chargenweise hergestellt und nach Beendigung des Herstellvorganges in Behältern gelagert. Da die Viskose der Alterung unterliegt, müssen die nacheinander hergestellten oder zugeführten Chargen zuerst gründlich gemischt werden, damit der Spinnmaschine ein Strom mit homogenen Eigenschaften zugepumpt werden kann.
Diese zeitabhängige Homogenisierung findet üblicherweise in sogenannten Mischern mit langer Verweilzeit statt.
Diese Mischer bestehen im wesentlichen aus Gefässen mit einem solchen Volumen, dass sie von dem zu homogenisierenden Medium mehrere Chargen mit verschiedener Zusammensetzung aufnehmen können.
Durch Umrühren des Gefässinhaltes werden die verschiedenen Chargen gemischt, wobei als Endergebnis eine Homogenisierung erhalten wird. Wenn die Verhältnisse besonders günstig sind, d. h. wenn ein theoretisch idealer Mischer vorhanden ist, wird jede Mediumcharge, die in das Gefäss fliesst, sofort einheitlich im ganzen Gefäss verteilt.
Wenn z. B. durch einen solchen idealen Mischer eine weisse Flüssigkeit gepumpt und durch einige Zeit umgerührt wird, worauf der Flüssigkeitsstrom plötzlich unterbrochen und ein Strom schwarzer Flüssigkeit dem Mischer zugeführt wird, dann wird gleichzeitig eine graue Flüssigkeit beim Auslass ausfliessen. Die Farbe dieser grauen Flüssigkeit wird immer dunkler und schliesslich ganz schwarz, vorausgesetzt, dass die zwei Flüssigkeiten miteinander mischbar sind und nicht chemisch reagieren.
Der Anteil C der schwarzen Flüssigkeit in der Mischung nimmt offensichtlich zu und nähert sich endlich dem Wert 1. Mathematisch entspricht der Mischeffekt in einem idealen Mischer der folgenden Formel :
EMI1.1
Dabei bedeutet t die Zeit, die seit dem Eintritt der schwarzen Flüssigkeit in das Gefäss verlossen ist, s die Durchflussmenge des Mediums und v das Volumen des Gefässes.
Es hat sich gezeigt, dass der bekannte Mischer einen Mischeffekt ergibt, der sich demjenigen des sogenannten idealen Mischers sehr stark annähert.
Eine einiache Ausführungsfbrm der bekannten Mischerbauart besteht darin, dass das Mischorgan eine ebene runde Scheibe ist, die unter einem Winkel an der Antriebswelle angebracht ist. Diese Ausbildung ergibt trotz ihrer Einfachheit und der guten Mischwirkung in der Praxis gewisse Schwierigkeiten. Es hat sich nämlich gezeigt, dass während des Betriebes sehr ungünstige mechanische Beanspruchungen von dem zu mischenden Medium auf das Mischorgan ausgeübt werden.
Diese Beanspruchungen äussern sich insbesondere in einem grossen Biegemoment und grossen Querkräften auf die Lagerung der Antriebswelle des Mischorgan. Infolgedessen müssen die Lager besonders kräftig ausgebildet werden. Trotzdem läuft der Mischer nicht vollkommen ruhig.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass diese Nachteile durch eine Ausbildung, die etwas von dem bekannten Mischorgan abweicht, vermieden werden können. Das Mischorgan gemäss der Erfindung besteht aus einer dachartig abgebogenen Platte, an welcher die Antriebswelle senkrecht zum First und symmetrisch zu deren Mitte angebracht ist.
Es hat sich gezeigt, dass während des Betriebes jetzt die Antriebswelle nur durch Torsionskräfte beansprucht wird. Infolgedessen kann die Lagerung der Welle im Mischgefäss sehr leicht konstruiert werden.
Ausserdem wird erreicht, dass der Mischer besonders ruhig läuft. Auch hat es sich erwiesen, dass die Mischwirkung dieser Vorrichtung noch etwas besser ist als diejenige der bisher bekannten Mischer.
Die dachförmig gebogene Platte des Mischorgans kann unter verschiedenen Winkeln gebogen sein.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform beträgt dieser Winkel etwa 10-20 .
Mit dieser Ausführungsform kann ein guter Mischeffekt erzielt werden, und die zur Mischung erforliche Energie ist etwa 25% geringer als bei den bekannten Mischern.
In der Richtung der Antriebswelle gesehen, kann der Umriss der dachförmig ausgebildeten Platte verschieden sein. Vorzugsweise ist dieser Umriss symmetrisch in bezug auf den First der Platte, d. h. die Platte kann quadratisch oder rechteckig sein. Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn gemäss der Erfindung die abgebogene Platte, in der Richtung der Welle gesehen, einen kreisrunden Umriss besitzt.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an Hand beispielsweiser Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt einen Mischer bekannter Bauart. Fig. 2 zeigt einen gemäss der Erfindung ausgebildeten Mischer und Fig. 3 ist ein Diagramm mit den Leistungskurven der Mischer gemäss den Fig. 1 und 2 und des idealen Mischers. In den Fig. l und 2 sind mit 1 Gefässe bezeichnet, die beim oberen Rand eine Einlassöffnung 2 und am Boden einen Auslass 3 aufweisen. Beide Gefässe besitzen eine Höhe von ungefähr 50 cm und einen Durchmesser von ungefähr 40 cm. Der Inhalt beträgt 60 1 einer Flüssigkeit mit einer Viskosität von 5 Poise.
In den Gefässen ist ein Rührorgan 5 angeordnet, welches durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus in Umdrehung versetzt wird. Das untere Ende des Rührorgan besteht aus einer Scheibe 6, die etwa 25 cm im Durchmesser misst.
Bei dem Mischer gemäss Fig. 1 ist die Scheibe 6 an der lotrechten Welle 5 unter einem Winkel von 3 gegen die Horizontale befestigt.
Bei dem Mischer gemäss Fig. 2 ist die Scheibe 6 unter einem Winkel von 14 abgebogen und in der Mitte symmetrisch an der Welle 5 befestigt.
Die beiden Mischer wurden unter verschiedenen Bedingungen geprüft. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 veranschaulicht.
Bei den Versuchen wurde die Durchflussmenge mit 42 1 je Stunde festgesetzt und der Flüssigkeitsspiegel auf einer Höhe von 9 cm unterhalb des oberen Gefässrandes gehalten.
Fig. 3 zeigt eine Kurve, welche die Funktion
EMI2.1
darstellt.
Auf der horizontalen Achse ist die Zeit in Minuten aufgetragen, die von dem Moment an verstreicht, in dem eine Flüssigkeit mit anderer Farbe durch die Einlassöffnung 2 in das Gefäss 1 eingepumpt wird (Zeitpunkt 0).
Das Symbol-r bedeutet das Verhältnis des Flüssigkeitsvolumens im Gefäss 1 zur Durchflussmenge.
EMI2.2
EMI2.3
EMI2.4
der Fig. 1 und 2, wenn deren Welle 5 mit 25 Umdr/min umläuft. Diese Kurve ist im Bereich der Messgenauigkeit bei beiden Mischern gleich.
Es ergibt sich aus Fig. 3, dass mit diesen Mischern ein Mischeffekt erzielt werden kann, der sich von demjenigen, der durch den idealen Mischer erreichbar ist, kaum unterscheidet.
Der Mischer gemäss der Erfindung läuft sehr ruhig, und es hat sich gezeigt, dass das Biegemoment, das auf die Antriebswelle ausgeübt wird, bei der Dimensionierung der Wellenlagerung vernachlässigbar ist.
Schliesslich sei noch bemerkt, dass der Energieverbrauch des erfindungsgemässen Mischers, mit welchem der fast ideale Mischeffekt erreichbar ist, bei den für diese Bauart üblichen Umlaufgeschwindigkeiten immer kleiner ist als der Energieverbrauch der bisher bekannten Mischer.
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