CH412811A - Verfahren zum Mischen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Mischen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen, bei welchem aus einem das Mischgut enthaltenden Behälter ein Strom des Gutes seitlich herausgeführt und unter Druck wenigstens annähernd zentral zurückgeführt wird.



   Das Verfahren zum Mischen eignet sich beispielsweise zur Beschleunigung von Lösungsvorgängen, zur Herstellung von Dispersionen, Suspensionen, Emulsionen, kolloidalen Lösungen, Aufschwemmungen, zum Homogenisieren, zur Herstellung und Behandlung von Pasten, zur Beschleunigung von chemischen, physikalischen oder atomaren Reaktionen und Fermentationen, zum Waschen von Gasen in Flüssigkeiten oder Auswaschen von Flüssigkeiten durch Gase oder Dämpfe und für andere Behandlungsverfahren von Stoffen, bei denen ein Mischen notwendig oder vorteilhaft ist.



   Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass durch die Heraus- und die Zurückführung des Stromes je eine von zwei im wesentlich zueinander senkrechten Strömungskomponenten entsteht und dass die Zurückführung des Stromes in einem eingeschnürten, im Gut sich radial nach allen Seiten ausbreitenden Strahl erfolgt, wodurch eine Quellströmung mit durch Rückführung zum Ausgangspunkt in sich geschlossenen Strömungswegen erzeugt wird, welche die eine Strömungskomponente bildet und bei   Üb erl agerung    durch die zweite Komponente in eine wendelförmige Strömung mit kreisbogenähnlicher Wendelachse übergeführt wird.



   Das Verfahren eignet sich besonders auch für kontinuierlichen Betrieb. Die resultierende wendelförmige Strömung im Gut ergibt besonders lange und turbulente Strömungswege und eine entsprechend wirksame Mischung.



   Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich aus durch wenigstens eine seitliche Ableitung, eine wenigstens annähernd zentrale Zuleitung mit verengter Mündung, eine Vorrichtung zur radialen Ausbreitung des aus der Zuleitung austretenden Strahls und eine Pumpe, deren Einlass mit der Ableitung und deren Auslass mit der Zuleitung verbunden ist.



   Durch die Erfindung erzielte Vorteile sind: eine wesentlich intensivere und dementsprechend raschere Mischung, eine grössere zur Mischung anwendbare Pumpenleistung pro Volumeneinheit des Mischbehälters und die Möglichkeit, mit einem   dementspre    chend kleineren Behälter auszukommen,   eme    gleichmässigere Verteilung des Mischvorgangs auf den Inhalt des Behälters infolge gleichmässiger Behandlung aller Strömungsfäden, kontinuierliche Regelbarkeit der Mischwirkung von Null an, keine bewegten Teile im Mischbehälter, so dass derselbe hermetisch abgeschlossen werden kann, wozu zu bemerken ist, dass hermetisch abgeschlossene Pumpen bekannt sind.



   In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt. Im Zusammenhang damit wird auch das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise beschrieben.



   Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Mischeinrichtung für kontinuierlichen Betrieb,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Variante eines Teiles von Fig. 1.



   Die dargestellte Einrichtung hat einen Mischbehälter 1 mit einer Zufuhrleitung 7 und einer Entnahmeleitung 9 für das Gut. Drei nur teilweise dargestellte Beschickungsgefässe 8a, 8b, 8c stehen je über  einen Durchflussmesser 9a, 9b, 9c und je ein Regulierventil 10a, lOb, 10c mit der Zufuhrleitung 7 in Verbindung. Die Entnahmeleitung 9 enthält ein Regulierventil 16.



   Der Behälter 1 hat drei Ableitungen 5a, 5b, 5c, deren jede ein Regulierventil 6a, 6b, 6c enthält. Diese drei Ableitungen sind an eine Sammelleitung 5 angeschlossen, welche mit dem Einlass einer Pumpe 2 verbunden ist. Der den Antriebsmotor der Pumpe enthaltende Raum ist mit 2a bezeichnet.



   Der Behälter 1 hat eine Zuleitung, welche aus einem Rohr 3 besteht, dessen eines Ende in den Behälter hineinragt und dessen anderes Ende an den Auslass der Pumpe 2 angeschlossen ist. Das Rohr 3 führt ausserhalb des Behälters durch einen Wärmeaustauscher 17 hindurch, welcher dazu dient, das durch das Rohr strömende Gut zu erwärmen oder zu kühlen, und hat an seinem in den Behälter hineinragenden Ende ein verengtes Mundstück in Form einer Düse 4.



   Die Zufuhrleitung 7 und Entnahmeleitung 9 sind an Stellen des Behälters angeschlossen, welche einander in bezug auf die Zufuhrrichtung der Zuleitung 3 gegenüber liegen und in dieser Richtung gegeneinander versetzt sind. Dabei hat die Anschlussstelle 13 der Zufuhrleitung 7 einen kleineren Abstand von der geometrischen Achse des Mündungsstückes der Zuleitung 3 als die Anschlusstelle der Entnahmeleitung 9.



   Die Stoffe, deren wenigstens einer flüssig ist, und die innig miteinander vermischt werden sollen, werden den Beschickungsgefässen 8a, 8b, 8c zugeführt und   gelangen    in einem durch die Regulierventile   1 pa,      lob,    10c   einlgestellten    und mittels der Durchflussmesser 9a, 9b, 9c überwachten Mengenverhältnis kontinuierlich in die Zufuhrleitung 7 und durch diese in den Behälter 1. Die Pumpe 2 saugt dauernd einen Teil des im Behälter enthaltenen Gutes durch die Leitungen Sa, 5b, 5c und 5 an und fördert diesen angesaugten Teil des Gutes unter Druck durch die Leitung 3 in den Behälter zurück.

   Durch entsprechende Ein  Stellung der Ventile 6a, 6b, 6c kann n dieser Teil des    Gutes unten, in der Mitte oder oben oder in   bestimin-    ter Verteilung auf diese drei Stellen dem Behälter 1 entnommen werden. An der Düse4 erfährt das in den Behälter   zurückgefuhrte    Gut eine erhebliche Steige rung der Strömungsgeschwindigkeit. Es strömt also mit einer   grossen      Geschwindigkeit    in das im Behälter befindliche Gut hinein und breitet sich dort nach allen Seiten radial aus. So wird, wie in Fig. 1 durch   lla,      llb    veranschaulicht, eine Quellströmung mit durch Rückführung zum Ausgangspunkt in sich geschlossenen Strömungswegen erzeugt, die eine von zwei auf das Mischgut einwirkenden Strömungskomponenten bildet.



   Die Strömung entlang   1 1a    nimmt die an der Mündung 13 der Zufuhrleitung 7 in den Behälter 1 eintretenden Stoffe sofort mit, so dass diese unmittelbar nach ihrem Eintritt in den Behälter bereits am Mischvorgang teilnehmen. Von der Strömung entlang   llb    werden Teilströme 15 abgezweigt, welche den durch die Pumpe 2 in den Behälter unter Druck zurückgeführten Strom des Gutes bilden. Da am Behälter die Anschlussstelle der Entnahmeleitung 9 und der Ableitungen 5a, 5b, 5c gegenüber der Anschlussstelle 13 der Zufuhrleitung 7, von oben gesehen, in bezug auf die geometrische Achse der Mündung der Zuleitung 3 versetzt sind, tritt im Behälter auch eine Strömungskomponente mit annähernd horizontaler Richtung auf.

   Die dadurch entstehenden kreisbogenförmigen Strömungswege sind in Fig. 2 mit 12a, 12b,
12c,   1 2d    angedeutet. Die beiden im wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Strömungskomponenten überlagern sich, wodurch sich eine wendelförmige Strömung mit kreisbogenähnlicher Wendelachse ausbildet, die das Gut von der Mündung 13 der Zufuhrleitung 7 und von der Mündung der Zuleitung 3 zwangsläufig bis zur Entnahmeleitung 9 und zu den Ableitungen 5a, 5b, 5c mitnimmt. Auf diese Weise wird ein im Vergleich zu den Abmessungen des Behälters sehr langer Weg der im Gut im Behälter verlaufenden Strömungsfäden und eine entsprechend intensive Mischwirkung erzielt.

   Diese Mischwirkung wird noch gesteigert, weil der Strömungsweg zusätzlich erheblich verlängert ist, indem der durch den Behälter 1 hindurch gehenden (von 7 nach 9 führenden) wendelförmigen Strömung, bevor sie die Entnahmeleitung 9 erreicht, Teilströme entzogen und durch die Düse 4 unter Druck wieder den wendelförmigen Strömungen hinzugefügt werden. Auf diese Weise dient das Herausführen eines Teiles des Gutes und das Zurückführen desselben nicht nur dazu, die an sich bereits sehr vorteilhafte, wendelförmige Strömung der vorliegenden Art zu erzeugen, sondern zusätzlich dazu, zu bewirken, dass das Gut den wendelförmigen Wegen teilweise mehrfach nacheinander folgt. In welchem Masse das der Fall ist, hängt von der angewandten Förderleistung der Pumpe 2 und von dem mittels des Ventils 16 einstellbaren   Durch-    satz durch den Behälter 1 ab.

   Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, dass durch die radiale Ausbreitung des durch die Düse 4 austretenden Strahles eine intensive Verwirbelung entsteht, die eine entsprechend intensive Mischwirkung hat.



   Betrachtet man in Fig. 2 den Weg 11 der wendelförmigen Strömung, so zeigt sich, dass die einzelnen Wendelgänge aussen einen weit grösseren Abstand voneinander haben als innen; auch dieser Umstand ist der Mischwirkung sehr förderlich.



   Wenn der Mischvorgang oder ein anderer durch Mischen zu bewirkender oder zu unterstützender Vorgang (z. B. Lösen) oder eine derartige Reaktion durch Erwärmung oder Abkühlung beeinflusst werden soll, wird der Wärmeaustauscher 17 entsprechend in Betrieb gesetzt.



   Die Düse 4 kann, wie Fig. 3 zeigt, der Grundfläche la des Behälters 1 auf eine kleine Distanz 18, welche das 0,2- bis 2-fache des Durchmessers der verengten Mündung betragen kann, genähert sein, um an dieser Stelle auch durch den Aufprall des Strahles auf die Wand eine intenisve radiale Durch  mischung zu erzielen. Demselben Zweck kann auch eine vor der Düse 4 angeordnete Prallwand dienen.



   Die Düse 4 kann auch eine Mehrzahl Austritts öffnungen, deren Austrittsrichtungen strahlenförmig in einer Ebene liegen, oder einen entsprechenden ringförmigen Austrittsschlitz haben.



   Um dem Gut im Behälter ein Gas zuzuführen und im Gut zu verteilen, kann die Düse 4 der Zuleitung 3 als Mischdüse ausgeführt und das Gas dieser Mischdüse zugeführt werden.



   Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung eignen sich für alle die Fälle, in denen es sich darum handelt, mit geringem Aufwand und in kurzer Zeit eine intensive Mischung vorzunehmen, beispielsweise zum Homogenisieren, zur Förderung von Lösungsvorgängen, zum Emulgieren und Dispergieren, zur Herstellung von Suspensionen und kolloidalen Lösungen, von Aufschwemmungen, zur Förderung von Reaktionen usw. Wenn die Einrichtung nur zum Homogenisieren dient, genügt es, einen einzigen Beschickungsbehälter vorzusehen.



  Wenn mehr als drei Komponenten zu mischen sind, kann die Zahl der Beschickungsbehälter entsprechend erhöht werden. Es ist zweckmässig, die   Über-    gänge vom Boden und Deckel des Behälters zu dessen Mantel abweichend von dem gezeichneten Beispiel abzurunden, um tote Räume zu vermeiden.



   Zur Erzielung eines noch längeren, ebenfalls wendelförmigen Strömungsweges dient eine (nicht dargestellte) Variante der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsform der Einrichtung. Bei dieser Variante hat der Behälter eine parallel zur geometrischen Achse der Mündung (Düse) der Zuleitung angeordnete Trennwand, welche sich von den Wänden des Behälters bis an diese Zuleitung erstreckt. Dicht neben dieser Wand ist an einer Seite derselben eine der Leitung 7 entsprechende Zufuhrleitung und an der anderen Seite eine der Leitung 9 entsprechende Entnahmeleitung angeschlossen, wobei die Anschlussstellen in der Richtung der Achse der Mündung der Zuleitung gegeneinander versetzt sind. Die Ableitungen sind dabei an derselben Seite der Wand angeordnet, an welcher die der Entnahmeleitung 9 entsprechende Leitung angeschlossen ist.



  Beim Betrieb dieser Variante der Einrichtung bildet die Achse der durch den Behälter hindurch führenden wendelförmigen Strömung einen nahezu vollständigen Kreis, dessen Enden sich beiderseits der Trennwand befinden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Mischen, bei welchem aus einem das Mischgut enthaltenden Behälter ein Strom des Gutes seitlich herausgeführt und unter Druck wenigstens annähernd zentral zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Heraus-und die Zurückführung des Stromes je eine von zwei im wesentlichen zueinander senkrechten Strömungskomponenten entsteht und dass die Zurückführung des Stromes in einem eingeschnürten, im Gut sich radial nach allen Seiten ausbreitenden Strahl erfolgt, wodurch eine Quellströmung mit durch Rückführung zum Ausgangspunkt in sich geschlossenen Strömungswegen erzeugt wird, welche die eine Strömungskomponente bildet und bei Überlagerung durch die zweite Komponente in eine wendelförmige Strömung mit kreisbogenähnlicher Wendel achse übergeführt wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Behälter herausgeführte Strom des Gutes vor seiner Zurückführung in den Behälter erwärmt oder gekühlt wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, mit Gaszufuhr zum Gut, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas gemeinsam mit dem in den Behälter zurückführenden Strom durch eine Mischdüse in das im Behälter enthaltene Gut geleitet wird.

   PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch wenigstens eine seitliche Ableitung (Sa, 5b, 5c), eine wenigstens annähernd zentrale Zuleitung (3) mit verengter Mündung (4), eine Vorrichtung zur radialen Ausbreitung des aus der Zuleitung austretenden Strahls und eine Pumpe (2), deren Einlass mit der Ableitung und deren Auslass mit der Zuleitung verbunden ist.

   UNTERANSPRÜCHE 3. Einrichtung nach Patentanspruca II, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung ein in den Behälter (1) hineinragendes Rohr (3) ist.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der an die Pumpe (2) angeschlossenen Leitungen (3, 5) durch einen Wärmeaustauscher (17) führt.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch mehrere im Abstand voneinander an den Behälter (1) angeschlossene und je mit einem Regelventil (6a, 6b, 6c) ausgerüstete Ableitungen (5a, 5b, 5c).

   6. Einrichtung nach Patentanspruch II, für kontinuierlichen Betrieb, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhrleitung (7) und eine Entnahmeleitung (9) für das Gut an einander in bezug auf die Zufuhrrichtung der Zuleitung (3) gegenüberliegenden und in dieser Richtung gegeneinander versetzten Stellen an dem Behälter (1) angeschlossen sind.

   7. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstelle (13) der Zufuhrleitung (7) für das Gut einen kleineren Abstand von der geometrischen Achse des Mündungsstückes der Zuleitung (3) hat als die Anschlussstelle der Entnahmeleitung (9) für das Gut.

   8. Einrichtung nach Patentanspruch II, für konti- nuierlichen Betrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine parallel zur geometrischen Achse der Mündung (4) der Zuleitung (3) angeordnete Trennwand enthält, die sich von den Wänden des Behälters bis an diese geometrische Achse erstreckt, und dass einerseits der Trennwand die Zufuhrleitung (7), anderseits der Trennwand die in Richtung der genannten Achse gegenüber der Zufuhrleitung versetzte Entnahmeleitung (9) und die Ableitung (5) an den Behälter dicht neben dieser Wand angeschlossen sind.

   9. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Zuleitung (3) austretende Strahl auf eine zu seiner Strömungsrichtung senkrechte Fläche auftrifft.

   10. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der Zuleitung (3) auf eine Prallwand gerichtet ist, deren Abstand von der Mündung das 0,2- bis 2-fache des Mündungsdurchmessers beträgt.

   11. Einrichtung nach den Unteransprüchen 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwand durch einen Teil der Behälterwand gebildet ist.

   12. Einrichtung nach Patentanspruch II, mit Gasc zufuhr zum zu behandelnden Gut, gekennzeichnet durch eine Mischdüse, welche an der Mündung (4) der Zuleitung (3) angeordnet und mit einer Leitung für das zuzuführende Gas verbunden ist.