DE10006253A1 - Rührvorrichtung - Google Patents
RührvorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung, insbesondere zum Mischen, Granulieren und Trocknen von Feststoffen in einem Rührbehälter. DOLLAR A Der Rührbehälter hat einen kegelförmigen Bodenteil, in welchem mittels einer Welle antreibbare Rührblätter angeordnet sind, die von innen nach außen schräg nach oben verlaufen. An ihren oberen Enden haben die Rührblätter Seitenblätter, welche das axial nach oben geförderte Rührgut radial zur Mitte transportieren. DOLLAR A Hierdurch wird eine sehr gute Mischqualität und ein sehr hoher Wärmeübergang mit einem gleichmäßigen Temperaturprofil erreicht.
Description
Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung, insbesondere zum Mischen,
Granulieren und Trocknen von Feststoffen, mit wenigstens einem Rührorgan,
das zum Beispiel zwei Rührblätter aufweist, die mit einer motorisch antreib
baren Welle verbunden sind.
Die Rührvorrichtung kann auch zum Aufheizen und Abkühlen von Feststoffen
verwendet werden, aber auch zur Ausführung von chemischen Reaktionen,
zum Abdampfen von Lösungsmitteln, oder auch zur Verdampfungs- oder
Kühlungskristallisation.
Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere eine hohe Mischgüte und einen
hohen inneren Wärmeübergang zu erreichen.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die insbesondere eben
ausgebildeten Rührblätter in einem Winkel α von etwa 15° bis etwa 60° zur
Horizontalen angeordnet sind.
Zweckmäßigerweise hat der innere und der äußere Umfangsrand jedes
Rührblattes elliptische Form.
Vorteilhafterweise hat jedes Rührblatt an seinem inneren Ende die geringsten
und an seinem äußeren Ende die größte Breite.
Wenigstens eines der Rührblätter ist zweckmäßigerweise an seinem inneren
Ende mit einem einen Bodenräumer bildenden Bodenblatt versehen.
Vorzugsweise hat das Bodenblatt an seinem oberen Ende die größte und an
seinem unteren Ende die geringste Breite.
Vorteilhafterweise ist das Bodenblatt schraubenlinienartig verwunden und in
einem Winkel δ zur Horizontalen angestellt, wobei der Anstellwinkel δ von
oben nach unten zunimmt und im Bereich von 5° bis etwa 55° liegt.
Vorzugsweise ist jedes Rührblatt an seinem oberen, äußeren Ende mit einem
insbesondere ebenen Seitenblatt ausgerüstet, wobei die Seitenblätter unter
einem Neigungswinkel γ von etwa 1° bis etwa 30° zur Vertikalen angestellt
sind. Ferner haben die Seitenblätter zweckmäßigerweise einen Freiwinkel β
von etwa 1° bis etwa 30° zur inneren Wand des Rührbehälters 12.
Vorzugsweise hat die vorlaufende Kante bzw. der vorlaufende Rand jedes
Seitenblattes einen im wesentlichen konstanten Abstand zur zylindrischen
Innenwand des Rührbehälters, wobei der Abstand zweckmäßigerweise etwa
5 bis 10 mm beträgt.
Wenigstens diese vorlaufende Kante jedes Seitenblattes hat vorteilhafter
weise eine elliptische Form.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann oberhalb der Rührblätter ein
vorzugsweise ebener Stromstörer eingebaut sein, dessen Unterkante in
einem Winkel ε zur Horizontalen verläuft, der im Bereich von etwa 15° bis
60° liegt.
Zweckmäßigerweise ist der Stromstörer in einem Winkel ψ, der in einem
Bereich von etwa 0° bis etwa 75° liegt, zu einer Radialen angestellt, die
durch die Mittelachse der Rührwelle und durch die Mittelachse des Strom
störers 32 geht.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann oberhalb der
Rührblätter wenigstens ein motorisch antreibbarer Zerhacker eingebaut sein,
der an seinem Ende eine Mehrzahl von Messern trägt. Die Umfangsge
schwindigkeit des Zerhackers liegt zweckmäßigerweise über 15 m/sec..
Vorzugsweise besteht der Rührbehälter aus einem oberen zylindrischen Teil
und einem sich daran anschließenden unteren kegelförmigen Bodenteil,
wobei dessen Kegelwinkel im Bereich von etwa 60° bis etwa 120° liegt und
insbesondere im wesentlichen 90° beträgt.
Vorteilhafterweise sind die Rührarme im wesentlichen im kegeligen Teil des
Rührbehälters angeordnet.
Das Verhältnis der Höhen des kegeligen Teils zum zylindrischen Teil des
Rührbehälters liegt vorteilhafterweise im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 2 : 1.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an
Hand der Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 schematisch eine Ansicht des erfindungsgemäßen Rührbehäl
ters zeigt,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rührbehälter nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 und 4 zeigen entsprechend eine Ansicht und eine Draufsicht auf eine
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rührbehäl
ters,
Fig. 5 zeigt schematisch noch eine Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Rührbehälters, und
Fig. 6 zeigt eine Einzelheit der Anordnung eines Rührblattes mit dem
zugehörigen Seitenblatt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Rührvorrichtung 10 mit einem nur strichpunk
tiert angedeuteten Rührbehälter 12, der aus einem oberen zylindrischen Teil
14 und einem sich an diesen anschließenden unteren kegelförmigen Boden
teil 16 gebildet ist.
Der zylindrische Teil 14 ist oben durch einen gewölbten Deckel 18 geschlos
sen, während am unteren Ende des kegeligen Bodenteils 16 ein Auslaß 20
ausgebildet ist.
Eine Antriebswelle 22 erstreckt sich von oben her durch den Deckel 18
hindurch nach unten in den Rührbehälter 12 hinein und an der Welle 22 sind
mittels je eines Holmes 24 zwei Rührblätter 26 angebracht, welche im we
sentlichen im kegeligen Bodenteil 26 des Rührbehälters 12 untergebracht
sind und von innen unten nach außen oben in einem Winkel α zur Horizonta
len verlaufen, der im Bereich von etwa 15° bis etwa 60° liegt.
Der Kegelwinkel des Bodenteils 16 des Rührbehälters 12 liegt in einem
Bereich von etwa 60° bis etwa 120° und er beträgt vorzugsweise im wesentli
chen 90°.
Der in der Beschreibung verwendete Begriff "vertikal" bezieht sich auf die
Richtung der Mittelachse der Welle 22 und der Begriff "horizontal" bezieht
sich auf alle Richtungen, die rechtwinklig zur Mittelachse der Welle 22 ver
laufen.
Wenigstens bei einem der Rührblätter 26 schließt sich an sein unteres Ende
ein einen Bodenräumer bildendes Bodenblatt 28 an, dessen oberes Ende 48
fest mit dem inneren, unteren Ende 44 des betreffenden Rührblattes 26
verbunden ist. (Fig. 3)
Das Bodenblatt 28, dessen unteres Ende 50 sich bis in den Auslaß 20 hinein
erstreckt, ist schraubenlinienartig verwunden und in einem Winkel δ zur
Drehebene nach unten bzw. zur Horizontalen angestellt, der von oben nach
unten zunimmt und im Bereich von etwa 5° bis etwa 55° liegt.
Die Geometrie der Rührblätter 26 wird durch einen schrägen Schnitt durch
einen Kegel erzeugt, so daß der innere Umfangsrand 40 und der äußere
Umfangsrand 42 jedes Rührblattes 26 eine elliptische Form haben und die
Rührblätter 26 selbst eben bleiben.
Die Breite der Rührblätter 26 nimmt von innen nach außen zu und jedes
Rührblatt 26 hat an seinem inneren Ende 44 die geringste Breite und an
seinem äußeren Ende 46 die größte Breite.
Die Breite des Bodenblattes 28 nimmt hingegen von oben nach unten ab und
es hat daher seine größte Breite an seinem oberen Ende 48 und seine
geringste Breite an seinem unteren Ende 50.
Mit jedem Rührblatt 26 ist an seinem oberen, äußeren Ende 46 ein Seiten
blatt 30 fest verbunden. Die Seitenblätter sind eben und ihre Geometrie wird
durch einen schrägen Schnitt durch einen Zylinder erzeugt, wobei wenigstens
die vorlaufende Kante oder der vorlaufende Rand 52 der Seitenblätter 30
eine elliptische Form hat.
Die gegenüber den Rührblättern 26 nach oben abgeknickt ausgebildeten
Seitenblätter 30 sind in einem Neigungswinkel γ zur Vertikalen nach außen
angestellt, der im Bereich von etwa 1° bis etwa 30° liegt.
Bezüglich der Innenwand des Rührbehälters 12 haben die Seitenblätter 30
einen Freiwinkel β von etwa 1° bis etwa 30°, wie Fig. 4 zeigt.
Dieser Winkel β wird wie folgt bestimmt.
Zwischen dem Mittelpunkt M der Welle 22 und dem Schnittpunkt P des
Seitenblattes 30 mit dem Rührblatt 26 wird eine Linie 64 gezogen. Die Senk
rechte 66 auf diese Linie 64 im Punkt P ist die Bezugslinie für den Winkel β,
der sich zwischen dieser Senkrechten 66 und der Schnittlinie 68 zwischen
dem Rührblatt 26 und dem Seitenblatt 30 erstreckt.
(Der Schnittpunkt P bezeichnet das in Drehrichtung D der Rührvorrichtung
vordere Ende der Schnittlinie 68.)
Wie insbesondere Fig. 6 zeigt, hat die vorlaufende Kante 52 jedes Seiten
blattes 30 einen im wesentlichen konstanten Abstand 58 von etwa 5 mm bis
10 mm zur zylindrischen Innenwand 56 des Rührbehälters 12.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsformen, bei denen Hilfsgeräte in
Form eines Stromstörers 32 und/oder eines Zerhackers 34 von oben her in
den Rührbehälter 12 eingebaut sind.
Es kann, wie gesagt, ein Stromstörer 32 oder ein Zerhacker 34 oder es
können gegebenenfalls auch beide Geräte verwendet werden.
Der vorzugsweise in Form einer ebenen Platte ausgebildete Stromstörer 32
ist vertikal von oben her in den Rührbehälter 12 eingebaut und hat, wie
dargestellt, etwa V-förmige Gestalt, wobei seine untere Kante 60 einen
Winkel ε zur Horizontalen bildet, der im Bereich von etwa 15° bis etwa 60°
liegt.
Die Kante 60 verläuft von innen unten nach außen oben.
Wie Fig. 4 zeigt, ist der Stromstörer 32 in Drehrichtung D in einem Winkel
ψ zu einer Radialen 62 angestellt, der in einem Bereich von etwa 0° bis etwa
75° liegt.
Die Radiale 62 verläuft durch die Mittelachse der Welle 22 und durch die
Mittelachse des Stromstörers 32. (Fig. 4)
Der Zerhacker 34 ist ebenfalls von oben her durch den Deckel 18 in den
Rührbehälter 12 eingeführt und taucht wie der Stromstörer 32 in das Rührgut
ein, wie Fig. 3 zeigt.
Der Zerhacker 34 besteht aus einer motorisch antreibbaren Welle 36, die an
ihrem unteren Ende eine Mehrzahl von Messern oder auch anderen geeigne
ten Werkzeugen trägt, durch die etwaige Klumpen im Rührgut zertrennt oder
aufgelöst werden können.
Der nichtgezeigte Antrieb für den Zerhacker 34 ist auf dem Deckel 18 ange
bracht und die Welle 36 verläuft exzentrisch zwischen der Welle 22 und den
Rührblättern 26.
Die Umfangsgeschwindigkeit des Zerhackers 34 liegt vorzugsweise über 15 m/sec,
wodurch lokal sehr hohe Scherkräfte in das Produkt eingebracht
werden können. Hierdurch werden vor allem schwer zufallende Klumpen und
Knollen im Produkt zerteilt. An Stelle der Messer 34 können, wie vorstehend
ausgeführt, auch andere Werkzeuge verwendet werden, um je nach den
Produkteigenschaften mehr oder weniger Scherung im Produkt zu erzeugen.
Der Stromstörer 32 verringert die Rotationsbewegung im Rührgut, außerdem
führt er größere Klumpen, die sich möglicherweise während einer Trocknung
gebildet haben, den Rührblättern zu, wo sie zerteilt werden.
Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, sind die Holme 24 am unteren Ende der
Welle 22 und in der unteren Hälfte des kegelförmigen Bodenteils 16 an
geordnet, um möglichst viel Freiraum für Einbauten, wie den Stromstörer 32
oder den Zerhacker 34, zu schaffen.
Wie Fig. 5 zeigt, kann aber zusätzlich zu dem Holmpaar 24 und oberhalb
des letzteren ein weiteres Holmpaar 54 zur Halterung der Rührblätter 26 an
der Antriebswelle 22 im Bedarfsfalle vorgesehen werden.
Die erfindungsgemäße Rührvorrichtung arbeitet wie folgt:
Bei Drehung der Rührblätter 26 in Drehrichtung D wird das Produkt längs der
Wand des Rührbehälters schräg und dann axial nach oben gefördert und
dann im Bereich der Produktoberfläche durch die Seitenblätter 30 zur Mitte
transportiert. Im mittleren Bereich wird das Produkt dann durch den Massen
fluß nach unten gezogen, wodurch eine großräumige, im wesentlichen to
traumfreie Mischbewegung entsteht, die kurze Mischzeiten und hohe Wärme
übergänge gewährleistet. Die Umfangsgeschwindigkeit liegt so hoch, daß
leicht zerfallende Klumpen und Knollen durch die Schubspannungen, welche
durch die Rührblätter 26 erzeugt werden, aufgeschlossen werden. Mittel
schwer zerfallende Klumpen können durch den Einbau eines oder mehrerer
Stromstörer 32 zerlegt werden, während schwer zerfallende Klumpen durch
den exzentrisch von oben her eingebauten Zerhacker 34 zerstört werden.
Das einen Bodenräumer bildende Bodenblatt 28 erlaubt ein totraumfreies
Mischen im unteren Bereich des kegelförmigen Bodenteiles 16 oberhalb des
nicht dargestellten Auslaßventiles. Der oben beschriebene nach unten zuneh
mende Anstellwinkel δ des Bodenblatts 28 dient dazu, eine gute Mischwir
kung aufrecht zu erhalten, da diese bei gleichbleibendem Einstellwinkel
nachlassen würde, weil die Umfangsgeschwindigkeit am Bodenblatt 28 zum
Auslaßventil hin immer geringer wird. Der zunehmende Anstellwinkel δ
kompensiert diesen Effekt und sorgt für eine totraumfreie Durchmischung des
gesamten Behälters.
Der oben erwähnte enge Wandabstand der Seitenblätter 30 zur Innenwand
des Rührbehälters 12 verhindert mindestens im wesentlichen Wandbeläge
und Krustenbildung und gewährleistet damit gute Wärmeübergangskoeffi
zienten.
Die erfindungsgemäße Rührvorrichtung eignet sich deshalb nicht nur für
rieselfähige Produkte, sondern auch für teigige und bei der Trocknung Knol
len bildende Produkte, wie sie beispielsweise in der pharmazeutischen
Industrie auftreten.
Die erfindungsgemäße Rührvorrichtung ermöglicht eine hohe Mischgüte
durch vollständige Produktumwälzung. Sie ermöglicht damit einen hohen
inneren Wärmeübergang und ein gleichmäßiges Temperaturprofil und damit
eine große Oberflächenerneuerung und einen guten Abtransport ohne Rekon
densation im kühleren Produkt. Die hohe Wärmeübergangsfläche führt zu
kürzeren Trocknungszeiten und Kühlzeiten. Die Rührblätter ermöglichen
insbesondere in Verbindung mit Stromstörern und Zerhackern eine gute
Grobzerkleinerung und einen schnellen und leichteren Zerfall von Klumpen
und Knollen.
Es können somit auch Agglomerate dispergiert oder Granulate erzeugt
werden, ebenso können teigige oder wachsige Massen umgewälzt werden.
Infolge der höheren Blattanstellwinkel wird eine gute quantitative Entleerung
erreicht und es können Ablagerungen und Krustenbildungen weitgehend
vermieden werden. Der kegelige Bodenteil erlaubt ein gutes Abfließen des
trockenen Produktes.
Da die Antriebswelle 22 von oben her fliegend eingebaut ist, sind keine Lager
oder Dichtungen im Produktbereich erforderlich.
Claims (20)
1. Rührvorrichtung, insbesondere zum Mischen, Granulieren und
Trocknen von Feststoffen in einem Rührbehälter, mit wenigstens
einem Rührorgan, das zum Beispiel zwei Rührblätter aufweist, die mit
einer motorisch antreibbaren Welle verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die insbesondere eben ausgebildeten
Rührblätter (26) in einem Winkel α, der in einem Bereich von etwa 15°
bis etwa 60° liegt, von innen nach außen aufwärts geneigt zur
Horizontalen angeordnet sind.
2. Rührvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
innere (40) und der äußere Umfangsrand (42) jedes Rührblattes (26)
eine elliptische Form hat.
3. Rührvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Rührblatt (26) an seinem inneren Ende (44) die geringste
und an seinem äußeren Ende (46) die größte Breite hat.
4. Rührvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Rührblätter (26) an
seinem inneren Ende (44) mit einem einen Bodenräumer bildenden
Bodenblatt (28) ausgerüstet ist.
5. Rührvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bodenblatt (28) an seinem oberen Ende (48) die größte und an
seinem unteren Ende (50) die geringste Breite aufweist.
6. Rührvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bodenblatt (28) schraubenlinienartig verwunden ist.
7. Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bodenblatt in einem Winkel δ zur
Horizontalen nach unten geneigt angestellt ist, daß der Anstellwinkel
δ von oben nach unten zunimmt und im Bereich von etwa 5° bis etwa
55° liegt.
8. Rührvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Rührblatt (26) an seinem oberen äußeren
Ende (46) mit einem insbesondere ebenen Seitenblatt (30)
ausgerüstet ist und die Seitenblätter unter einem Neigungswinkel γ
von etwa 1° bis etwa 30° zur Vertikalen nach außen angestellt sind.
9. Rührvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Seitenblätter (30) in einem Freiwinkel β von etwa 1° bis etwa 30° zur
Wand des Rührbehälters (12) angestellt sind.
10. Rührvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorlaufende Kante (52) jedes Seitenblattes (30) einen im
wesentlichen konstanten Abstand (58) zur zylindrischen Wand des
Rührbehälters (12) hat.
11. Rührvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand (58) etwa 5 mm bis 10 mm beträgt.
12. Rührvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die vorlaufende Kante (52) jedes Seitenblattes (30) eine
elliptische Form hat.
13. Rührvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß oberhalb der Rührblätter (26) wenigstens ein
insbesondere ebener Stromstörer (32) eingebaut ist, dessen
Unterkante (60) in einem Winkel ε zur Horizontalen verläuft, der im
Bereich von etwa 15° bis etwa 60° liegt.
14. Rührvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stromstörer (32) in Drehrichtung D in einem Winkel ψ, der in
einem Bereich von etwa 0° bis etwa 75° liegt, zu einer Radialen (62)
angestellt ist, die durch die Mittelachse der Rührerwelle (22) und
durch die Mittelachse des Stromstörers 32 geht.
15. Rührvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß oberhalb der Rührblätter (26) wenigstens ein
motorisch antreibbarer Zerhacker (34) eingebaut ist, der an seinem
Ende eine Mehrzahl von Messern (38) trägt.
16. Rührvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umfangsgeschwindigkeit des Zerhackers (34) über 15 m/sec liegt.
17. Rührvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rührbehälter (12) aus einem oberen
zylindrischen Teil (14) und einem sich an diesen anschließenden
unteren kegelförmigen Bodenteil (16) gebildet ist.
18. Rührvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kegelwinkel des kegelförmigen Bodenteils im Bereich von etwa
60° bis 120° liegt und insbesondere im wesentlichen 90° beträgt.
19. Rührvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verhältnis der Höhen des kegelförmigen Bodenteils
(16) zum zylindrischen Teil (14) im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 2 : 1
liegt.
20. Rührvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rührarme (26) im wesentlichen im
kegelförmigen Bodenteil (16) des Rührbehälters (12) eingebaut sind.
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