Verfahren und Vorrichtung zum Mischen strömender Medien mittels ortsfester
Leitelemente
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Mischen strömender Medien mittels ortsfester Leitelemente. Solche Verfahren sind bereits bekannt.
Die mit diesen Verfahren erreichbaren Vorteile sind verschiedener Art. An erster Stelle kann man beim Mischen hochviskoser Medien im voraus das Mischresultat mit diesem Mischer genau voraussagen, da dies nur von der Konstruktion des Mischers abhängig ist und mit diesem Mischer nur auf eine bestimmte Art gemischt werden kann. Auf diese Weise ist man dann imstande, eine Mischung jeder erwünschten Gleichmässigkeit zu erhalten. Weitere Vorteile sind, dass das Verfahren mit einem stillstehenden System ausgeführt werden kann und dass die erforderliche Mischenergie ein kleiner Teil derjenigen ist, die man bei anderen bekannten Mischmethoden nötig hat, bei denen die zu mischenden Stoffe mechanisch gerührt werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Verfahren auch Nachteile hat. So zeigt es sich besonders bei einer Ausführungsform, bei der die zu mischenden Medien als konzentrische Ströme einander zugeführt werden, dass dieses konzentrische Zuführen einen technischen Nachteil ergeben kann. Eine geringe Abweichung der Konzentrizität der zwei Ströme hat bereits ein sehr viel schlechteres Mischresultat zur Folge. Ein anderer Nachteil ist, dass Teile der zusammenfliessenden Medien, die nahe beieinanderliegen, sehr intensiv gemischt werden, dass aber die Teilströme als Ganzes nicht intensiv durcheinandergeführt werden.
Diese Nachteile sollen durch das erfindungsgemässe Verfahren behoben werden. Es zeigt sich, dass man bei diesem neuen Verfahren die zu mischenden Medien geometrisch beliebig zusammenfliessen lassen kann, während dennoch eine Mischung zwischen allen Schichten des Hauptstromes erhalten wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Medien zunächst zu einem Hauptstrom vereinigt werden, der sodann in einer ersten Spaltung in mehrere Teilströme zerteilt wird, deren jeder wieder in einer zweiten Spaltung in eine gleiche Anzahl von Teilströmen zerlegt wird, worauf ein oder mehrere Male bei einer weiteren Spaltung ein Teil eines jeden Teilstromes mit einem Teil eines anderen Teilstromes zur Bildung einer gleichen Anzahl Teilströme wieder vereinigt werden, wobei ein Gesamtquerschnitt entsteht, der zu dem bei der letzten Spaltung entstandenen Gesamtquerschnitt spiegelbildlich ist, und dass hierauf alle Teilströme wieder in einen Hauptstrom vereinigt werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auch auf einen Mischer zum Ausführen des beschriebenen Verfahrens, der eine Zufuhr, eine Abfuhr und ortsfeste Leitelemente aufweist.
Erfindungsgemäss ist der Mischer derart ausgebildet, dass er aus einem durch feststehende Leitelemente in mehrere Teilkanäle unterteilten Kanal besteht, wobei die Teilkanäle sowohl ihren Querschnitt als auch ihre gegenseitige Lage innerhalb des Gesamtkanalquerschnittes ändern und wobei beim tSberströ- men von einem Kanal in den anderen eine Teilung des eintretenden Teilstromes oder eine Vereinigung der austretenden Teilströme erfolgt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Mischers dargestellt, und anhand desselben wird das erfindungsgemässe Verfahren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Abbildung eines rechteckigen Bleches, aus dem die Leitelemente gebildet werden,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines gebildeten Leitelementes,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Einheit von zwei zusammengefügten Leitelementen,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Teiles eines Mischers, mit dem Einlauf, wobei die Rohrwand teilweise entfernt ist,
Fig. 5 einen Querschnitt durch den Mischer nach Fig. 4 in der Ebene V-V,
Fig. 6, bis 82 Querschnitte durch den Mischer nach Fig. 4 unmittelbar vor und nach den Ebenen VI-VI, VII-VII und VIII-VIII, Fig. 9, einen Querschnitt unmittelbar vor der Ebene IX-IX und
Fig.
10 einen Querschnitt in der Ebene X-X.
In Fig. 1 ist ein rechteckiges, flaches Metallblech 1 dargestellt, aus welchem die Leitelemente 2 aufgebaut werden. Dieses Blech ist mit zwei ungleichen Einkerbungen 3 mitten in und quer zu den kurzen Rechteckseiten des Bleches versehen. Dadurch werden vier Lappen 4 und 4, gebildet. Wenn man nun diese Lappen umbiegt, auf die Weise wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein Leitelement 2 gebildet. Anstatt die Lappen 4 und 41 auf die in Fig. 2 dargestellte Weise zu biegen, ist es auch möglich, sie in entgegengesetzter Richtung zu biegen. Auf diese Weise erhält man ein zum Leitelement 2 symmetrisches Leitelement 2' (Fig. 3). Diese Leitelemente 2 bzw. 2' werden je zwei und zwei ineinandergeschoben, auf die Weise wie in Fig. 3 dargestellt ist, und sodann durch Punktschweissen an den Eckpunkten aneinander befestigt, so dass Einheiten 5 entstehen.
Es ist auch möglich, die Leitelemente auf andere Weise aneinander zu befestigen, z. B. durch Löten. Ausserdem ist es möglich, die Leitelemente lose ineinander zu schieben und an ihrer Stelle zu halten, indem man die Einheiten 5 vorsichtig in ein Rohr mit quadratischem Querschnitt schiebt, dessen Seiten den kurzen Rechteckseiten der Bleche 1 entsprechen.
Die so erhaltenen Einheiten können ineinandergeschoben werden. In Fig. 4 ist eine Anzahl dieser Einheiten dargestellt, während sie ineinander und als Ganzes in ein Rohr 6 geschoben sind, wodurch ein Mischer entsteht. Die einzelnen Lappen der Elemente 2 und 2' sind in Fig. 4 ebenfalls mit 4 und 41 bzw.
4' und 4,' bezeichnet. Im Rohr 6 befindet sich links der aus den Elementen 2 und 2' bestehenden Einheit nach Fig. 3 eine weitere aus zwei Elementen bestehende Einheit, deren Teile mit dem Index O bezeichnet sind. Diese Einheit ist gleich ausgebildet wie die in Fig. 3 dargestellte Einheit, mit dem Unterschied, dass der linke Lappen 40 keinen Schlitz 3 aufweist. Das Rohr 6 hat viereckigen Querschnitt, von welchem die Seite der Länge der kurzen Rechteckseite der Bleche 1 entspricht. Dadurch entstehen innerhalb des Rohres 6 ein aneinandergeschlossens Kanalsystem und einige abgeschlossene Räume. In der Fig. 4 sind von diesem Rohr 6 die obere und die vordere Wand nicht dargestellt mit Ausnahme der Teile, welche die abgeschlossenen Räume begrenzen.
Dadurch kann man frei in das Kanalsystem sehen.
Die nicht umgebogenen Lappen 40 bilden eine vertikale Scheidewand am Eintritt des Rohres 6. An der rechten Seite sind das Rohr und die Leitelemente abgebrochen dargestellt. Sie können sich aber noch in derselben Reihenfolge weiter fortsetzen.
Ein Flüssigkeitsstrom wird nun von links in den so gebildeten Mischer geführt und durchströmt diesen gemäss den Pfeilen in Fig. 4.
Zur Erläuterung der Wirkung dieses Mischers sind in den Fig. 5 bis 10 Abbildungen des Verlaufes der Zusammensetzung des Flüssigkeitsstromes in den aufeinanderfolgenden Querschnitten dargestellt. Dabei ist angenommen, dass ein Strom einer viskosen Flüssigkeit mit zwei Mischkomponenten von links in den Mischer tritt. Hierbei ist die eine Mischkomponente durch eine einzige schwarze Querlinie dargestellt. Naturgemäss ist der Mischeffekt nicht auf einen Flüssigkeitsstrom mit nur zwei Komponenten beschränkt.
Der Hauptstrom wird zuerst gemäss Fig. 5 durch den Lappen 40 in zwei Teilströme A und B aufgeteilt.
Hierauf werden die Querschnitte dieser Teilströme durch die Lappen 4,' derart verändert, dass der in Fig. 6, dargestellte Gesamtquerschnitt entsteht. Dieser Querschnitt liegt unmittelbar vor der Ebene VI-VI, während unmittelbar nach dieser Ebene, wie in Fig. 62 dargestellt, jeder Teilstrom A durch die Lappen 4, in Teilströme A,, A2 und jeder Teilstrom B in die Teilströme B,, B unterteilt wird. Die Querschnitte der beiden Teilströme A,, A2 bzw. B,, B erweitern sich dann auf die ganze Breite des Rohres 6, so dass sich unmittelbar vor und nach der Ebene VII-VII der in den Fig. 7, und 72 dargestellte Querschnitt mit zwei schwarzen Querlinien ergibt.
Nun werden zwischen den Ebenen Vil-Vil und VIII-VIII die Teilströme A j, Bl und die Teilströme A2, B. einer Querschnittsänderung unterworfen, so dass sich unmittelbar vor der Ebene VIII-VIII der in Fig. 8, dargestellte Querschnitt ergibt.
Zwischen den Querschnitten nach den Fig. 8, und 82, d. h. in der Ebene VIII-VIII wird je eine Hälfte des Teilstromes A, mit je einer Hälfte des Teilstromes B, und je eine Hälfte des Teilstromes A2 mit je einer Hälfte des Teilstromes ss vereinigt. Dadurch werden neue Teilströme C,, C, und D1, D2 gebildet. Der Gesamtquerschnitt nach Fig. 8 ist spiegelbildlich zu dem bei der letzten Spaltung der Teilströme entstandenen Querschnitt nach Fig. 62. Die Teilströme werden dann vor der Ebene IX-IX auf die ganze Breite des Rohres 6 erweitert, so dass unmittelbar der Gesamtquerschnitt nach Fig. 9, entsteht.
Nun beginnt wiederum die Querschnittsverminderung und die Vereinigung der Teilströme C,, D, bzw.
C2, D2, wobei sich in der Ebene X-X der in Fig. 10 dargestellte Querschnitt ergibt, der den Querschnitten nach den Fig. 6, und 8, entspricht, wobei nun jedoch in den Teilströmen vier schwarze Querlinien vorhanden sind.
Der in Fig. 4 teilweise dargestellte Mischer kann beispielsweise zehn Einheiten von Leitelementen nach Fig. 3 enthalten, so dass schliesslich der den Mischer verlassende Hauptstrom im Querschnitt mehr als 1000 schwarze Querlinien aufweist. Am Schluss werden die Teilströme in einen Hauptstrom vereinigt.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Mischers ist der Kanal von einem Rohr 6 von viereckigem Querschnitt gebildet, in welchem die Leitelemente Teilkanäle bilden, deren Querschnitt von einem Rechteck, dessen Breite sich zur Höhe verhält wie 1: 2, über ein Quadrat zu einem Rechteck übergeht, dessen Breite sich zur Höhe verhält wie 2:1 oder umgekehrt.
Je nachdem man weiter oder weniger weit zu mischen wünscht, ist es möglich, mehr oder weniger Einheiten von Leitelemente im Rohr 6 anzuordnen.
Obwohl das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zum Mischen von strömenden Medien jeder Art, wie feinkörnige Stoffe, Gase und Flüssigkeiten in Betracht kommen, haben sie sich als besonders geeignet erwiesen zum Mischen von hochviskosen Flüssigkeiten wie Spinnlösungen, insbesondere Viskose gegenseitig oder von diesen Flüssigkeiten mit pulverförmigen Stoffen.