DD143864A1 - METHOD AND DEVICE FOR MIXING FLUID COMPONENT STRUMS - Google Patents
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Description
2 j 4 6V2 j 4 6V
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen flüssiger Kornp onen t ens t r ömeMethod and device for mixing liquid grain pattings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermischen flüssiger Komponentenströme nach dem Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung, insbesondere zum Vermischen von schnell miteinander reagierenden Komponenten, wie z. B. bei der Herstellung von Pormkörpern aus Polyurethan.The invention relates to a method and an apparatus for mixing liquid component streams according to the principle of the jet mixer with countercurrent arrangement, in particular for mixing components which react rapidly with each other, such as. B. in the production of Pormkörpern of polyurethane.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Für eine Vielzahl von Mischaufgaben beim Einsatz von flüssigen Komponenten hat sich das Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung als sehr günstig erwiesen. Beim Vermischen von schnell miteinander reagierenden Komponenten ist die gute Reinigungsmöglichkeit der Mischeinrichtung von besonderem Vorteil.For a variety of mixing tasks when using liquid components, the principle of the jet mixer with counterflow arrangement has proven to be very favorable. When mixing fast reacting with each other components, the good cleaning ability of the mixing device is of particular advantage.
Demgegenüber steht der hohe maschinentechnische Aufwand, der erforderlich ist, um die hohen Arbeitsdrücke zur Erreichung 'einer ausreichenden Mischgüte zu erzeugen.In contrast, there is the high mechanical complexity required to produce the high working pressures to achieve 'sufficient mixing quality.
Es wurde versucht, eine Vermischung der Komponenten in der Mischkaromer zu erreichen, wobei die Mischkammer mit Ultraschall bestrahlt wurde. Hierbei konnte jedoch nichtAn attempt was made to achieve a mixing of the components in the Mischkaromer, wherein the mixing chamber was irradiated with ultrasound. This was not possible
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in allen Fällen eine ausreichende Mischgüte erzielt werden.In all cases, a sufficient mixing quality can be achieved.
Daraus folgend wurde entsprechend der OS 2 131 540 (BRD) vorgeschlagen, die Komponenten in eine Form zu füllen und diese mit Schwingungen bis in den Ultraschallbereich zu "bestrahlen.Accordingly, it has been proposed according to OS 2 131 540 (FRG) to fill the components in a mold and to irradiate them with vibrations up to the ultrasonic range.
In ähnlicher Weise, d. h. durch Anordnung eines Ultra-' schallstrahlers am Boden eines mit Flüssigkeit gefüllten Gefäßes, erfolgt die Vermischung entsprechend der PS 429 257 (CH).Similarly, d. H. by arranging an ultrasonic beacon at the bottom of a vessel filled with liquid, the mixing takes place according to PS 429 257 (CH).
Beide Lösungen sind jedoch nicht ökonomisch und lassen keine Universalität in ihrer Anwendung zu.However, both solutions are not economical and do not allow universality in their application.
Gemäß OS 2 649 973 (BRD) wurde vorgeschlagen, Komponentenstrahlen in eine rührwerkslose Mischkammer einzuleiten und im Anschluß an die dort stattfindende Vorvermischung den Strom des Komponentengemisches unter Druck mit hoher Geschwindigkeit über eine Zunge zu leiten, die im Ultraschallbereich schwingt und damit eine weitere Vermischung bewirkt.According to OS 2 649 973 (FRG), it has been proposed to introduce component jets into a mixing chamber free from agitating and, following the pre-mixing occurring there, to conduct the flow of the component mixture under pressure at high speed over a tongue which oscillates in the ultrasound range and thus causes further mixing ,
Nachteilig hierbei ist, daß die Zunge ein mechanisches Element darstellt, das durch einen konstanten Komponentenstrom in Schwingungen versetzt werden muß, die von der Geschwindigkeit dieses Stromes und der konstruktiven Ausführung abhängen. Hierdurch ergibt sich eine schlechte Vermischung zum Zeitpunkt der Anfahr- und Abschaltphase, woraus Qualitätsmängel an dem hergestellten Produkt resultieren. Beim Einsatz von schnell miteinander reagierenden Komponenten ist eine Reinigung der Mischeinrichtung mit Reinigungsmitteln erforderlich, die in vielen Fällen teuer, gesundlieitsgefährdend und umweltbelastend sind. Es fällt ein unbrauchbares Restgemisch an.The disadvantage here is that the tongue is a mechanical element that must be vibrated by a constant stream of components that depend on the speed of this stream and the structural design. This results in a poor mixing at the time of the start-up and shutdown phase, resulting in quality defects in the product produced. When using rapidly reacting components, a cleaning of the mixing device with cleaning agents is required, which are expensive in many cases, endanger health and harm the environment. It falls to an unusable residual mixture.
Entsprechend der OS 2 730 568 (BRD) wurde vorgeschlagen, die Ultraschallschwingungen zum Vermischen flüssiger Komponenten durch die Umwandlung lokaler Verdichtungen eines fluiden Mediums in mechanische Schwingungen zu erzeugen.According to OS 2 730 568 (FRG), it has been proposed to generate the ultrasonic vibrations for mixing liquid components by converting local densities of a fluid medium into mechanical vibrations.
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Der iJachteil besteht dabei in dem dafür notwendigen Rotor-Stator-System, welches mit einem aus elastischem Material bestehendem Oszillator zusammenwirkt und auf Grund seiner komplizierten Gestaltung keine Reinigung der Mischeinrichtung ohne Spülmittel zuläßt.The iJachteil consists in the necessary rotor-stator system, which cooperates with an existing elastic material of the oscillator and due to its complicated design does not allow cleaning of the mixing device without detergent.
Auch bei der Vermischung gemäß OS 2 155 176 (BRD), bei der das zu vermischende Medium mittels einer Ultraschallsonde in einem spiralförmig ausgebildeten Kanal quer zur Strömungsrichtung bestrahlt wird, ist eine Reinigung nur mit Spülmittel möglich, wobei ein weiterer IJachteil in dem relativ geringen Durchsatz besteht.Even when mixing according to OS 2 155 176 (FRG), in which the medium to be mixed is irradiated by means of an ultrasonic probe in a spiral channel transversely to the flow direction, a cleaning is possible only with detergent, with a further IJachteil in the relatively low throughput consists.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht in der Weiterentwicklung des Prinzips des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung.The aim of the invention is the further development of the principle of the jet mixer with counter-current arrangement.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, Komponentenströme nach dem Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung auch bei niedrigen Drücken, z. B. unter 2 MPa mit ausreichender Mischgüte zu vermischen und dabei die Vorteile hinsichtlich der leichten Reinigung der Mischeinrichtung mindestens zu erhalten.The object of the invention is to component flows according to the principle of the jet mixer with countercurrent arrangement even at low pressures, eg. B. below 2 MPa to mix with sufficient mixing quality and thereby at least to obtain the advantages in terms of easy cleaning of the mixing device.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß beim Vermischen von flüssigen Komponentenströmen nach dem Prinzip des Strahlmischers mit Gegenstromanordnung wenigstens ein Eoinponentenstrom unmittelbar vor bzw« während seines Eintritts in den Mischraum mit Ultraschall bestrahlt wird. Die Ultraschallschwingungen werden dabei so und in der Stärke eingeleitet, daß sie sich noch am Auftreffpunkt der Komponentenstrome auswirken. Zusätzlich kann das im Mischraum entstehende Komponentengemicch in Strömungsrichtung mit Ultraschall bestrahlt werden. .According to the invention the object is achieved in that when mixing liquid component streams according to the principle of the jet mixer with counter-current arrangement at least one Eoinponentenstrom immediately before or «is irradiated during its entry into the mixing chamber with ultrasound. The ultrasonic vibrations are initiated in such a way and in the strength that they still affect the impact point of the component currents. In addition, the component mixture formed in the mixing chamber can be irradiated in the flow direction with ultrasound. ,
Die Vorrichtung zum Vermischen flüssiger Komponenten, . insbesondere schnell miteinander reagierender Komponenten, weist ein Mischraumgehäuse auf, in dem sich ein Mischraum befindet, der einen in Länge des Mischrauines komplementär zur Mischraumbohrung ausgebildeten, in Längsrichtung bewegbaren Ausstoßkolben aufnimmt. Der verbleibende Teil des Ausstoßkolbens ist als Exponentialhorn ausgebildet und nimmt stirnseitig wenigstens einen Ultras challschv.'inger auf, der mittels einer Druckplatte fest arretiert ist. Das Mischraumgehäuse besitzt in den Mischraum mündende EinlaufÖffnungen für die Komponenten, die diametral gegenüberliegen oder unter einem bestimmten Winkel zur Längsachse des Mischraumes angeordnet sind.The device for mixing liquid components,. In particular, quickly reacting with each other components, has a mixing chamber housing, in which a mixing chamber is located, which receives a length of Mischrauines complementary to the mixing chamber bore, formed in the longitudinal direction movable ejection piston. The remaining part of the ejection piston is designed as an exponential horn and receives at least one Ultras challschv.'inger frontally, which is firmly locked by means of a pressure plate. The mixing chamber housing has in the mixing chamber opening inlet openings for the components which are diametrically opposed or arranged at a certain angle to the longitudinal axis of the mixing chamber.
An jede EinlaufÖffnung schließt sich eine Einlaufkammer an. An der dem Mischraum entgegengesetzten Seite wenigstens einer Einlaufkammer befindet sich ein Ultraschallschwinger, insbesondere ein fokussierender Ultraschallschwinger, dessen Brennpunkt innerhalb des Mischraumes, vorzugsweise im Auftreffpunkt der Komponentenströme, liegt. Jede Einlaufkammer, die vorteilhaft trichterförmig ausgebildet ist, besitzt eine Zuleitung für eine Komponente. Jede Komponente gelangt von einem nicht dargestellten Vorratssystem mit einem im Niederdruckbereich (etwa bis 2 MPa) liegenden Druck über eine Zuleitung in die Einlaufkammer und von hier über die Einlauföffnungen in den Mischraum. Der in den Mischraum eintretende Kornponentenstrahl trifft mit wenigstens einem weiteren Komponentenstrahl einer anderen Komponente im Mischraum zusammen, wobei die Strahlwirkung eine Vermischung bewirkt.Each inlet opening is followed by an inlet chamber. At the opposite side of the mixing chamber at least one inlet chamber is an ultrasonic transducer, in particular a focusing ultrasonic transducer whose focus is within the mixing chamber, preferably at the point of impact of the component flows. Each inlet chamber, which is advantageously funnel-shaped, has a supply line for a component. Each component arrives from a storage system, not shown, with a pressure lying in the low pressure range (approximately up to 2 MPa) via a feed line into the inlet chamber and from here via the inlet openings into the mixing chamber. The particle-jet jet entering the mixing chamber meets at least one further component jet of another component in the mixing chamber, the jet effect causing a mixing.
Der an wenigstens einer'Einlaufkammer angeordnete, mit frei wählbarer Frequenz arbeitende, fokussierende Ultraschallschwinger strahlt gleichzeitig seine Energie so ab, daß am Ort des Zusammentreffens der einzelnen als Koppiungsraedien für die Schwingungen verwendeten Komponentenströme im Mischraum die höchste Energiedichte auftritt, wodurch die Homogenität der Mischung im mikro-The arranged at least one 'inlet chamber, working with arbitrary frequency, focusing ultrasonic vibrator simultaneously radiates its energy so that the highest energy density occurs at the location of the meeting of the individual used as Koppiungsraedien for the oscillations component flows in the mixing chamber, whereby the homogeneity of the mixture micro-
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skopischen Bereich verbessert wirdskopical area is improved
Zur weiteren Verbesserung der Homogenität kann das To further improve the homogeneity, the
entstehende Gemisch im Misehraura zur gleichen Zeit zusätzlich mit Ultraschallschwingungen, die von dem mit wenigstens einem Ultraschallschwinger gekoppelten Ausstoßkolben ausgehen, in Austragsrichtung überlagert werden. Ein besonderer Vorteil hierbei ist, daß derresulting mixture in Misehraura at the same time in addition to ultrasonic vibrations that emanate from the coupled with at least one ultrasonic oscillator discharge piston, are superimposed in the discharge. A special advantage here is that the
sich zwischen Ausstoßkolben und Mischraumwandung bildende Restgemischfilm bei schwingendem Ausstoßkolben am Kolbenmantel nicht fest anhaftet und dadurch die Rückzugkraft für den Ausstoßkolben minimal gehalten wird.The residual mixture film forming between the ejection piston and the mixing chamber wall does not firmly adhere to the piston skirt when the ejection piston oscillates, and the retraction force for the ejection piston is thereby minimized.
Ausführungsbeispielembodiment
In der Zeichnung ist die Erfindung prinzipiell dargestellt. Sie zeigt eine Mischvorrichtung in Arbeitsstellung mit Anordnung des Ultraschallschwingers für jede Komponente bei gegenüberliegenden EinlaufÖffnungen.In the drawing, the invention is shown in principle. It shows a mixing device in working position with arrangement of the ultrasonic vibrator for each component at opposite inlet openings.
Von einem nicht dargestellten Vorratssystem gelangt jeder flüssige Komponentenstrom A; B mit einem Druck, z.B. bis etwa 2 IiPa, über eine Zuleitung 5 in eine Einlaufkammer 4, füllt diese und tritt durch eine Einlauföffnung β in einen LTischraum 2 ein, wenn der im Mischraum 2 in Längsrichtung C-D bewegbar angeordnete Ausstoßkolben 8 in die obere Stellung, d. h. in Arbeitsstellung, bewegt wurde und die Querschnitte der EinlaufÖffnung 6 freigegeben hat. Am Umfang des Mischraumes 2 können für jede Komponente A; B auch mehrere EinlaufÖffnungen 6 mit dazugehörigen Einlaufkammern angeordnet seinFrom a storage system, not shown, each liquid component stream A passes; B with a pressure, e.g. to about 2 IiPa, via a supply line 5 in an inlet chamber 4, this fills and enters through an inlet opening β in an LTischraum 2 when the mixing chamber 2 in the longitudinal direction C-D movably arranged ejection piston 8 in the upper position, d. H. in working position, was moved and the cross sections of the inlet opening 6 has released. At the periphery of the mixing chamber 2 can for each component A; B also several inlet openings 6 may be arranged with associated inlet chambers
In jeder Einl aufkämme r 4 v/erden der Komponente durch einen fokussierenden Ultraschallschwinger 7 Schwingungen im Ultraschallbereich derart mitgeteilt, daß die höchste Energiedichte innerhalb des Mischraumes 2 vor- In each inlet comb 4 vibrations of the ultrasound region are imparted to the component by a focusing ultrasound transducer 7 in such a way that the highest energy density within the mixing chamber 2 prevails.
16O handen ist.16O is.
Gemäß Zeichnung sind die Einlauföffnungen 6 gegenüberliegend im I.iischrauingehäuse 1 angeordnet. Bei dieserAccording to the drawing, the inlet openings 6 are arranged opposite each other in the I.iirriein housing 1. At this
Anordnung treffen die Komponentenströme auf den Achsen X1; Xp; ···; χ im Mischraum 2 unter einem bestimmtenArrangement meet the component currents on the axes X 1 ; xp; ···; χ in the mixing chamber 2 under a certain
; Winkel c^ zur Längsachse ζ des Mischrauines 2 aufeinander und werden durch die Strahlwirkung der Komponentenströme vermischt, wobei gleichzeitig durch den Ultraschall die Mischintensität, insbesondere im mikroskopischen Bereich, bedeutend erhöht wird und somit eine innige Vermischung stattfindet. ; Angle c ^ to the longitudinal axis ζ of the mixing line 2 on each other and are mixed by the beam effect of the component streams, at the same time by the ultrasound, the mixing intensity, especially in the microscopic range, significantly increased and thus takes place an intimate mixing.
Der Brennpunkt jedes Ultraschallschwingers 7 ist so eingerichtet, daß innerhalb des Mischraumes 2, vorzugsweise im Schnittpunkt der Achsen x.; X2; ··«; xn» die höchste Energiedichte auftritt.The focal point of each ultrasonic vibrator 7 is arranged so that within the mixing chamber 2, preferably at the intersection of the axes x .; X 2 ; ·· "; x n »the highest energy density occurs.
Beim Eintritt der Komponenten in den Mischraum 2 wird das entstehende Gemisch zur gleichen Zeit zusätzlich in Strömungsrichtung, d, h. in Austragsrichtung des Mischraumes 2, mit Ultraschall bestrahlt. Die Einleitung des Ultraschalls erfolgt über den Ausstoßkolben B, an dem außerhalb des Mischraumes 2 ein Ultraschallschwinger 9 mittels einer Druckplatte 10 befestigt ist, der den Ausstoßkolben 8 in Längsrichtung C-D in Schwingung versetzt.When the components enter the mixing chamber 2, the resulting mixture at the same time in addition in the flow direction, d, h. in the discharge direction of the mixing chamber 2, irradiated with ultrasound. The introduction of the ultrasound takes place via the ejection piston B, to which outside of the mixing chamber 2 an ultrasonic oscillator 9 is fastened by means of a pressure plate 10 which causes the ejection piston 8 to oscillate in the longitudinal direction C-D.
Die Gemischerzeugung hält so lange an, bis der in Länge des Mischraumes 2 komplementär zur Mischraumbohrung 3 ausgebildete Ausstoßkolben 8 in Pachtung C, d. h. in Austragsrichtung, bewegt wird und gleichzeitig das im Mischraum 2 befindliche Gemisch austrägt.The mixture production continues until the length of the mixing chamber 2 complementary to the mixing chamber bore 3 formed ejection piston 8 in Lease C, d. H. in the discharge, is moved and simultaneously discharges the mixture located in the mixing chamber 2.
Während der Bewegung des Ausstoßkolbens 8 in Austragsrichtung bleibt der Ultraschallschwinger 9 fortwährend in Betrieb. Die Ultraschallschwinger 7 sind nur in Arbeitsstellung des Ausstoßkolbens 8 in Funktion. Bei Bewegung des Ausstoßkolbens 8 in Austragsrichtung werden sie al) dem Zeitpunkt der Überdeckung.der Querschnitte der EinlaufÖffnungen 6 funktionslos, um Kavitationsschäden em Ausstoßkolben 8 zu vermeiden. Vorteilhaft ist, daß die Ultraschallschwinger 7 nicht mit dem Komponentengemisch, sondern nur mit jeweils einer Komponente in Berührung kommen und hierdurch gewährleistet ist, daß beim'During the movement of the ejection piston 8 in the discharge direction of the ultrasonic vibrator 9 is constantly in operation. The ultrasonic vibrator 7 are only in working position of the ejection piston 8 in function. Upon movement of the ejection piston 8 in the discharge direction they become al) the time of Überdeckung.der cross-sections of the inlet openings 6 functionless to cavitation damage em ejection piston 8 to avoid. It is advantageous that the ultrasonic vibrator 7 does not come into contact with the component mixture, but only with one component in each case and is thereby ensured that '
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Vermischen schnell miteinander reagierender Komponenten keine Verschmutzung auftritt, die "eine Reinigung ζ. Β. mit Spülmittel erforderlich macht.Mixing quickly reacting components no pollution occurs, which makes "a cleaning ζ. Β. Required with detergent.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Komponenten zwar im Gegenstrom zueinander geführt, jedoch die beim Strahlmischer notwendigen hohen Arbeitsdrücke nicht erforderlich sind und daß trotz niedriger Arbeitsdrücke im Bereich z. B« bis etwa 2 HPa keine Mischwerkzeuge im Mischraum notwendig sind, um eine innige Vermischung der Komponenten herbeizuführen. Außerdem entfällt durch die mögliche Verwendung einer Mischvorrichtung mit Ausstoßkolben der Einsatz von Reinigungsmitteln nach dem Austragen des Komponentengemisches.The advantages of the invention are that although the components are conducted in countercurrent to each other, but the high working pressures required at the jet mixer are not required and that despite low working pressures in the range z. B "to about 2 HPa no mixing tools in the mixing chamber are necessary to bring about an intimate mixing of the components. In addition, eliminates the possible use of a mixing device with ejection piston, the use of cleaning agents after discharging the component mixture.
Insgesamt gesehen wird mit der Erfindung eine ausreichende Vermischung der Komponenten bei bedeutend geringerem maschinentechnischen Aufwand gewährleistet.Overall, the invention ensures a sufficient mixing of the components with significantly lower mechanical complexity.
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