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Die
Erfindung betrifft einen Mischbehälter, der ein Gehäuse aus
zumindest einem Mantel und einem Boden aufweist, mit einem Rührwerk,
das in einer in dem Gehäuse
befindlichen Flüssigkeit
eine Strömung
erzeugt. Zusätzlich
kann der Mischbehälter
mit einem Rotor/Stator-Homogenisator zur Herstellung von Cremes,
Pasten, Lotionen, etc. ausgestattet sein. Zur Reinigung des Behälterinnenraums sind
innerhalb des Behälters
Reinigungsdüsen
angeordnet, die mit Wasser nach, Bedarf auch mit Reinigungs- oder
Desinfektionsmitteln beschickt werden. Die Versorgung der Düsen kann über Druckerhöhungspumpen
mit Frischwasser (bei Bedarf mit Reinigungs- oder Desinfektionsmitteln
versetzt) oder über
einen direkt am Mischbehälter
angeflanschten bzw. über
eine Rohrleitung verbundenen Homogenisator über eine Umlaufleitung erfolgen.
In anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zum Mischen von Feststoffen, Flüssigkeiten und
Gasen sowie eine Verwendung der Vorrichtung.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Flüssigkeit
alle fließfähigen anorganischen,
organischen oder biologischen Systeme oder Gemische, beispielsweise
echte oder kolloidale Lösungen,
Suspensionen, Emulsionen, Schmelzen, Dispersionen, Flüssig/Gas-Dispersionen
oder Mischungen daraus, verstanden.
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Es
ist allgemein bekannt, für
Mischaufgaben Rührbehälter einzusetzen,
die mit Rührern
versehen sind, wobei die Anordnung des Rührbehälters selbst sowie auch die
relative Anordnung von Rührer
zu Rührbehälter prinzipiell
keinen Einschränkungen
unterliegen. Bei zentrisch in unbewehrten Rührbehältern angeordneten Rührern wird
die Flüssigkeit
in Rotation versetzt, wobei sich eine sogenannte Flüssigkeitstrombe
ausbildet. Solange die Trombe nicht so groß ist, daß der Rührer Luft in die Flüssigkeit
einschlagen kann, hat die Trombenform sowohl auf die Rührleistung
als auch auf die Mischwirkung keinen Einfluß.
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Die
Form und Tiefe von Tromben in gerührten Behältern hängen unter anderem von der
Rührerdrehzahl,
dem Rührertyp
und der Rührergeometrie, von
den Stoffeigenschaften der Flüssigkeit,
von der Füllstandshöhe sowie
vom Behälterdurchmesser
ab.
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Das
Eindringen von Gas in die Flüssigkeit über die
Trombe ist häufig
unerwünscht,
weil dadurch die Dichte des Gas-Flüssigkeits- Gemisches um den Rührer und
damit die Rührerleistung
herabgesetzt wird. Zusätzlich
werden durch das inhomogene Gas-Flüssigkeitsgemisch
sowie den Umstand, daß der
Rührer
teilweise in der Luft rotiert und damit die Flüssigkeitslagerung fehlt, die
Rührwelle
sowie Lagerung und Abdichtung außerordentlich starken mechanischen
Belastungen ausgesetzt.
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In
unbewehrten Rührbehältern mit
zentralem Rührorgan
ist die Mischwirkung in der Regel aufgrund der vorstehend genannten
Phänomene
nicht befriedigend. Daher werden in Mischbehältern oft Wandbewehrungen eingesetzt,
die zu einer erhöhten Turbulenz
und somit einer verbesserten Mischwirkung führen. Allerdings hat der Einsatz
solcher Wandbewehrungen auch Nachteile: Durch die Wandbewehrungen
kommt es zu unterschiedlichen Scherraten, wobei sich in Regionen
geringer Scherung oft sehr große
bewegungslose oder bewegungsarme Zonen ausbilden, in denen Stoffübergänge nur
durch ungenügend
schnelle Diffusion erfolgen können. Dies
führt beispielsweise
zur Unterversorgung von Mikroorganismen mit Sauerstoff bei Fermentationen, zu
nicht ausreichend engen Molmassenverteilungen bei Polymerisationen
in Masse, Lösung
oder Dispersion. Zudem lassen sich Mischbehälter mit Wandbewehrungen deutlich
schlechter reinigen.
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Anstelle
von Wandbewehrungen werden im Stand der Technik auch Einbauten ohne
Wandkontakt vorgeschlagen, welche beispielsweise am Boden oder Deckel
des Mischbehälters
befestigt sind. Solche Stromstörer
werden in Rührbehältern dazu verwendet,
eine Vermischung von in dem Behälter befindlichen
Inhaltsstoffen zu gewährleisten.
Dies wird dadurch bewirkt, daß der
Stromstörer
eine Mitbewegung des Mediums mit etwa gleicher Geschwindigkeit wie
der Rührer
im Behälter
verhindert. Der Stromstörer
bewirkt eine Umwandlung von Tangential- in Axialströmung.
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Allerdings
weisen auch die im Stand der Technik vorgeschlagenen fest eingebauten
Stromstörer
den Nachteil auf, daß sie
nach der Beendigung von Herstellprozessen, welche eine Reinigung
des Behälterinneren
erfordern, Hindernisse darstellen, die die Reinigung erschweren.
Aufgrund von Sprühschatten
ist der Einsatz aufwendiger Reinigungssysteme oder gar manueller
Reinigung erforderlich, und die Reinigungszeiten sind deutlich erhöht.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten
zur Verfügung zu
stellen, die eine schnelle und intensive Vermischung gewährleistet,
aber dennoch leicht gereinigt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
soll insbesondere auch für
Flüssigkeiten
mit höheren
Viskositäten,
sowie für
Flüssigkeiten
mit nicht-Newton'schem
Fließverhalten,
beispielsweise mit strukturviskosem Fließverhalten oder für Bingham-Körper eine
gleichmäßige Vermischung
ohne Ausbildung von stagnanten Zonen, bei geringer volumenbezogener
Mischzeit gewährleisten.
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Insbesondere
soll die erfindungsgemäße Vorrichtung
leicht, schnell und kostengünstig
gereinigt werden können,
ohne dabei Abstriche im Reinigungserfolg machen zu müssen.
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Es
wurde nun gefunden, daß sich
Mischbehälter
mit drehbaren Stromstörern
bei Nutzung aller Vorteile der Strombrecher im Herstellprozeß wesentlich
leichter, effizienter, schneller und kostengünstiger reinigen lassen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist in einer ersten Ausführungsform
ein Mischbehälter, der
ein Gehäuse
aus zumindest einem Kessel und einem Deckel aufweist, mit einem
Rührwerk,
das in einer in dem Gehäuse
befindlichen Flüssigkeit
eine Strömung
erzeugt, wobei am Boden des Kessels oder am Deckel mindestens ein
Stromstörer
angeordnet ist, welcher um seine Vertikalachse drehbar ausgeführt ist.
Zusätzlich
kann der Mischbehälter
mit einem Rotor/Stator-Homogenisator zur Herstellung von Cremes,
Pasten, Lotionen, etc. ausgestattet sein. Zur Reinigung des Behälterinnenraums
sind innerhalb des Behälters
vorzugsweise Reinigungsdüsen
angeordnet, die mit Wasser nach Bedarf auch Reinigungs- oder Desinfektionsmitteln
beschickt werden.
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Der
erfindungsgemäße Misch-
bzw. Rührbehälter ist
im wesentlichen vertikal stehend, d. h. die Hauptachse ist in der
Regel vertikal, wobei geringfügige
Abweichungen möglich
sind.
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Der
Bauform des Rührbehälters sind
grundsätzlich
keine Grenzen gesetzt. Sie ist bevorzugt rotationssymetrisch, insbesondere
zylindrisch. Möglich sind
jedoch auch konisch nach unten und/oder oben zulaufende Formen oder
Bauformen, die einen ovalen, runden oder anderen Querschnitt aufweisen.
Der Schlankheitsgrad des Rührbehälters unterliegt
prinzipiell keinen Beschränkungen.
Für einen
zylindrischen Rührbehälter liegt
der Schlankheitsgrad bevorzugt zwischen 0,5 und 5.
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Deckel
und Boden des Rührbehälters können prinzipiell
jede beliebige Bauform aufweisen, wobei bezüglich der Rührbehälterhauptachse rotationssymmetrische
Bauformen bevorzugt sind. Der Behälterboden ist vorzugsweise
flach, halbrund oder als Klöpperboden
ausgebildet. Der Behälter
wird in der Regel mit einem Deckel, bei Bedarf druckdicht und hermetisch,
verschlossen.
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Der
Rührbehälter kann
mit üblichen
Temperiermöglichkeiten
für die
zu mischende Flüssigkeiten) beispielsweise
einem äußeren Doppelmantel,
mit außerhalb
auf der Rührbehälterwand
anliegenden Rohren oder mit aufgeschweißten Halbrohrprofilen ausgerüstet sein.
Wärmetauscherrohre
oder aufgeschweißte
Halbrohrprofile können
sich auch in jeder beliebigen Ausführungsform und Länge innerhalb des
Behälters
befinden. Bevorzugte Ausführungsformen
sind diejenigen, die die Ausbildung einer frei umlaufenden Rotationsströmung der
zu mischenden Flüssigkeiten)
möglichst
wenig behindern. Die Heiz- bzw. Kühlmedien können flüssig oder gasförmig sein. Möglich ist
auch jede Ausführung
einer elektrischen Beheizung auf der Rührbehälteraußenwand.
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Der
Rührbehälter kann
eine beliebige Füllhöhe mit der
zu mischenden Flüssigkeiten)
aufweisen. Bevorzugt ist ein von Füllhöhe-zu-Behälter-Durchmesserverhältnis von
0,5 bis 5.
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Der
Rührbehälter kann
beliebig an der Wand wie auch am Deckel und am Boden mit Öffnungen und
Stutzen für
Zu- und Abläufe
versehen sein. Vorzugsweise erfolgen die Zuläufe durch Öffnungen/Stutzen im Rührbehälterdeckel
derart, daß die zulaufenden
Stoffe möglichst
schnell mit dem Rührbehälterinhalt
gemischt werden. Dies kann zum Beispiel durch Zulauf in die Trombe
oder in den umgelenkten Schälstrom
der Flüssigkeit
erfolgen. Einlaufrohre mit beliebiger Länge und Form zum Zuführen von
Stoffen können
an jedem beliebigen Ort des Kessels angeordnet sein. Abläufe können durch
Einsteckrohre jeder beliebigen Länge
und Form oder auch nur durch Ablauföffnungen realisiert werden. Vorteilhaft
kann auch die Entnahme von Flüssigkeit aus
dem abgeschälten
Teilstrom unter Ausnutzung der Bewegungsenergie sein. Weitere Öffnungen
können
als Zuführungen
oder Abführungen
von gasförmigen
Substanzen genutzt werden.
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Weitere Öffnungen
in der Rührbehälterwand, dem
Boden oder dem Deckel können
zum Einbringen von handelsüblichen
Instrumenten oder Sonden zur Überwachung
des Mischprozesses, wie z. B. Temperatur, Druck, Füllstand,
Konzentrationen, pH-Wert oder andere qualitätsrelevante Größen genutzt
werden. Ebenso können
eine oder mehrere Öffnungen zur
qualitätskontrollrelevanten
Probenahme genutzt werden. Auch können Öffnungen zur visuellen Beobachtung
des Mischprozesses mittels Schaugläsern genutzt werden.
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Zum
Einbringen von gasförmigen
Komponenten mit dem Ziel zum Beispiel einer Reaktion, eines Stoffaustausches,
zum Strippen oder zu Reinigungszwecken kann der Rührbehälter mit
einer dem Fachmann bekannten Form einer Gaszuführung, beispielsweise mit Rohrverteilern,
Ringverteilern oder Fritten ausgerüstet werden. Eine gute Begasung
der Flüssigkeit
kann auch über
die Oberflächenturbulenz in
der Trombe durch die erfindungsgemäße Rezirkulation der Flüssigkeit
erfolgen. Öffnungen
zum Auslaß des
eingebrachten Gases können,
sofern erforderlich, an beliebiger technisch geeigneter Stelle des Rührbehälters angebracht
sein.
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Möglich ist
der Anschluß weiterer
Apparate, zum Beispiel Feststoffzuführungseinrichtung, Dosiereinrichtungen
oder auch einer Adsorptions- oder Destillationskolonne zur Abtrennung
von gasförmigen Produkten
oder Edukten über
geeignete Öffnungen am
Rührbehälter.
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Als
Werkstoffe zur Herstellung des Rührbehälters sowie
des Deckels und des Bodens können alle
metallischen oder nichtmetallischen Materialien verwendet werden,
die dem Rührbehälter eine
ausreichende Festigkeit, Härte
und Resistenz gegenüber
den im Inneren gehandhabten chemischen Stoffen und physikalischen
Bedingungen wie Über- oder Unterdruck
und Temperatur aufweisen. Es können dazu
als Konstruktionsmaterialien zum Beispiel legierte oder unlegierte
Stähle,
Zirkon, Titan, Glas, Emaille oder Kunststoffe verwendet werden.
Möglich sind
auch mit Kunststoffen oder Emaille beschichtete Eisen- oder Stahlkonstruktionen.
Vorteilhaft sind glatte Innenwände
des Rührbehälters, die
zum Beispiel durch Elektropolieren von Edelstählen erreicht werden können.
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Der
Rührbehälter kann
für sich
allein wie auch innerhalb einer Prozeßkette eingesetzt, zum Beispiel
als Reaktor für
chemische Reaktionen. Die Vorrichtung eignet sich sowohl für absatzweisen (Batch-)Betrieb,
bei dem die beteiligten Komponenten im wesentlichen vorgelegt werden,
aber auch eine Zudosierung weiterer Komponenten erfolgen kann, wie
auch für
kontinuierliche Prozesse, wobei kontinuierlich feste, gasförmige oder
flüssige Stoffe zu-
bzw. abgeführt
werden. Der Rührbehälter kann auch
als Verdampfer im Sinne einer Destillationsblase mit aufgesetzter
Kolonne verwendet werden. Selbstverständlich ist der Rührbehälter auch
als ein Bestandteil einer Rührkesselkaskade
einsetzbar.
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Mehrere
der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
lassen sich zu einer Kaskade verschalten. In einer möglichen,
hinsichtlich der Sterilität
(Keimfreiheit) geschlossenen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die über
alle dem Fachmann bekannten Hilfsmittel, zum Beispiel chemische
oder Dampfsterilisierbarkeit, sterile Begasung und alle sonst erforderlichen
Maßnahmen
zur Erlangung einer Keimfreiheit im Rührbehälter verfügt, können biotechnologische Verfahren,
wie Fermentationen oder Abwasserbehandlungen durchgeführt werden.
Denkbar ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als
Mixer für
eine Extraktionsaufgabe unter Nutzung des Mixer/Settler-Prinzips
oder als Kristallisationsapparat.
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Zur
Erzeugung einer im Rührbehälter umlaufenden
Rotationsströmung
der Flüssigkeiten)
ist der Rührbehälter mit
einem zentralen Rührer
versehen, der in bekannter Weise aus einer Rührerwelle und daran angeordneten
Rührorganen
aufgebaut ist. Die Drehbewegung der Rührerwelle wird in bekannter Weise
durch Ankopplung an einen außerhalb
des Rührbehälters befindlichen
Motor mit Getriebe bewirkt. Der Antrieb kann sich dabei unterhalb,
mit Wellendurchführung
durch den Boden, oder oberhalb des Rührbehälters mit Wellendurchführung durch den
Deckel, befinden. Als Wellendurchführungen kommen die dem Fachmann
bekannten Vorrichtungen, beispielsweise Stopfpackungen, Gleitringdichtungen
oder doppelwirkende Gleichringdichtungen in Frage. Möglich ist
aber auch ein magnetgekoppelter Antrieb des Rührers ohne Wellendurchführung.
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Als
an der Welle befestigte Rührorgane,
die die Bewegungsenergie des Rührers
auf die Flüssigkeit übertragen,
sind alle dem Fachmann bekannten handelsüblichen Ausführungen
geeignet, die in der Lage sind, eine im Rührbehälter rotierende Flüssigkeitsströmung mit
Trombe zu erzeugen.
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Das
Rührer-
zu Rührbehälterdurchmesser-Verhältnis ist
dabei beliebig zwischen 0,1 und 1 wählbar. Bei kleinem Rührer-zu
Rührbehälterdurchmesser-Verhältnis wird
sich in der rotierenden Flüssigkeit
ein radialer Geschwindigkeits- und Schergradient aufbauen, was durchaus
vorteilhaft sein kann. Bei vorteilhaft großem Rührer-zu Rührbehälterdurchmesser-Verhältnis wird
der auftretende radiale Geschwindigkeits- und Schergradient vergleichsweise klein
sein, dafür
die Förder-
und Mischwirkung der Vorrichtung deutlich gesteigert. Beispiele
für verwendbare
Rührerbauarten
können
sein:
Rührer
mit geringem Rührer-zu
Rührbehälterdurchmesser,
wie Propellerrührer,
Scheibenrührer, Schrägblattrührer, Impellerrührer oder
weitere bekannte Ausführungen,
Rührer
für mittlere
Rührer-
zu Rührbehälterdurchmesser-Verhältnis, wie
Blattrührer,
Kreuzbalkenrührer,
Mehrphasen-Gegenstromrührer
oder Mehrphasen-Interferenz-Gegenstromrührer, oder
Rührer
mit großem
Rührer-
zu Rührbehälterdurchmesser-Verhältnis, zum
Beispiel Fingerrührer,
Ankerrührer
oder Wendelrührer.
Vorteilhaft sind Rührerbauformen
mit Primärförderrichtung
für die
Flüssigkeit
axial nach unten und/oder radial nach außen, um die durch die Schälschaufeln
hervorgerufene überlagernde
axiale Zirkulationsströmung
zu unterstützen.
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Es
können
ein oder mehrere Rührorgane
von gleicher oder unterschiedlicher Bauart an der Rührerwelle
befestigt werden, wobei die Einbautiefe, bezogen auf den betriebsbedingten
Flüssigkeitsstand,
beliebig ist; vorteilhaft ist die Befestigung zumindest eines Rührorgans
im unteren Drittel der Flüssigkeit. Weitere
Rührorgane,
in beliebiger Einbauhöhe,
können
eine möglicherweise
gewünschte
Erhöhung
der Scher- und Dispergierwirkung und/oder des Stoffaustausches mit
der Gasphase über
die Oberfläche
bewirken.
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Es
sind ebenso sämtliche
dem Fachmann bekannten Ausführungen
von Hohlrührern
im Zusammenhang mit einer Hohlwelle einsetzbar, falls die Einbringung
einer gasförmigen
Komponente über den
Rührer
als Eigenbegasung oder Druckbegasung von Vorteil ist.
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Der
spezifische Leistungseintrag unter Verwendung eines beliebigen Rührers zum
Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist trotz einer deutlicher schnelleren und effektiveren Vermischung
deutlich geringer als in bewehrten Behältern, da die Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen Rührer
und Flüssigkeit
vorteilhafterweise gering ist, und die Schälschaufeln vorzugsweise mit
geringem Strömungswiderstand
gestaltet sind.
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Zum
Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine Rotationsbewegung der Flüssigkeit erforderlich. Die
Umfangsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
ist dazu entsprechend durch die Drehbewegung des Rührers einzustellen.
Radiale Geschwindigkeitsgradienten erhöhen die Scherung innerhalb der
Flüssigkeit,
was für
bestimmte Anwendungen von Vorteil sein kann, sie sind aber nicht
zwingend erforderlich. Bei Vergrößerung des
Rührbehälterdurchmessers
ist eine höhere
Umfangsgeschwindigkeit zum erfindungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung
notwendig.
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Die
Drehzahl des Rührers
und damit die auf seine Bewegung bezogene rührerspezifische Reynoldszahl
ist je nach Größe und Form
des Rührbehälters sowie
abhängig
vom gewählten
Rührersystem zu
wählen.
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Erfindungsgemäß ist/sind
der/die Stromstörer
nicht an der Wandung des Mischbehälterkessels befestigt, sondern
am Boden des Kessels und/oder am Deckel. Hierdurch kann jeder Stromstörer drehbar
ausgestaltet werden. Drehbar im Sinne der vorliegenden Anmeldung
ist ein Stromstörer
dann, wenn er um seine Vertikalachse gedreht werden kann, wobei die
Ausprägung
der Drehbarkeit von wenigen Winkelgraden, beispielsweise 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45° bis hin
zu Viertel-, Halb- oder Dreiviertelkreisen, beispielsweise 90°, 100°, 110°, 120°, 130°, 140°, 150°, 160°, 170°, 180°, 190°, 200°, 210°, 220°, 230°, 240°, 250°, 260°, 270° reichen
kann. Insbesondere bevorzugt ist es, wenn mindestens ein Stromstörer um seine
Vertikalachse eine Drehung von 360° ausführen kann, d.h. frei drehbar
ist. Entsprechend sind erfindungsgemäße Mischbehälter bevorzugt, bei denen mindestens
ein Stromstörer
um seine Vertikalachse rotierbar ausgeführt ist.
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Die
Vertikalachse des Stromstörers
muß nicht
zwingend mit der Vertikalachse des Rührwerkes übereinstimmen. Die Stromstörelemente
können sich
demnach auch schräg
in den Rührbehälter hineinerstrecken.
Bevorzugt sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Stromstörer, deren
Vertikalachse maximal um 10° von
der Vertikalachse des Rührwerks
abweicht, die ihrerseits vorzugsweise senkrecht auf der horizontalen Öffnungsfläche des
Mischbehälters
steht.
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Um
ein Abfließen
von Medium zu ermöglichen,
sind die Stromstörelemente
im eingebauten Zustand vorzugsweise geringfügig, beispielsweise um 3° bis 5° relativ
zur Vertikalen des Mischbehälters geneigt.
Eine Neigung nach innen oder außen
ist ebenso denkbar wie ein "Verkippen
in tangentialer Richtung".
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist jedem Stromstörelement
eine sich beispielsweise etwa senkrecht, d.h. in einem Winkel von
etwa 85° bis
95° zu seiner
Längserstreckung
erstreckender Halter bzw. eine Lasche zugeordnet, die entweder unmittelbar
zwischen dem oberen Rand des Unterkessels und dem zugeordneten Umfangsrand
des Deckels klemmbar ist, oder die Teil eines sich radial nach innen
erstreckenden teil- oder vollringförmigen Befestigungselements
ist, das zwischen dem oberen Rand des Unterkessels und dem zugeordneten
Umfangsrand des Deckels klemmbar ist. Diese Lasche dient der Halterung
des Stromstörelements.
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Mittels
der oben genannten Lasche bzw. Befestigungselements ist eine Distanz
des Stromstörelements
von dem Befestigungselement und damit von der Umfangswand des Rührbehälters vorgebbar.
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Das
Befestigungselement für
die Stromstörer
läßt sich
auf den oberen Rand des Unterkessels auflegen, bevor dieser mit
dem Deckel verschlossen wird. Besonders bevorzugt ist die vollringförmige Ausbildung
des Befestigungselements, da mit dieser vermieden wird, daß der Stromstörer versehentlich
in den Unterkessel fällt.
Darüber
hinaus bietet die vollringförmige
Ausführung
den Vorteil einer sicheren Einbaumöglichkeit des Stromstörers zwischen
zwei planebene Flansche, wobei eine gute Abdichtung gewährleistet
wird.
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Bei
einer teilringförmigen
Ausgestaltung des Befestigungselements kann dieses ein Halteelement, beispielsweise
in Form eines Hakens, aufweisen, das verhindert, daß der Stromstörer in den
Unterkessel kippt.
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Das
Stromstörelement
ist auch an der Unterseite des Deckels oder im oberen Bereich des
Unterkessels anbringbar, insbesondere einhäng- oder einsteckbar. Bei dieser
Variante sind entweder Hülsen oder
Auflage- oder Aufnahmeeinheiten vorgesehen, in die entweder nur
das Stromstörelement
oder aber an diesem befestigte Bauteile, wie beispielsweise eine
Lasche oder ein hakenförmiges
Befestigungselement, an- oder eingreifen können. Beispielsweise kann der
innere obere Umfangsrand des Unterkessels einen Vorsprung aufweisen,
an dem das Befestigungselement aufhängbar ist.
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Erfindungsgemäß ist das
Stromstörelement fest
mit der Lasche verbunden, beispielsweise vernietet oder verschraubt
oder gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung einstückig,
insbesondere verschweißt
oder verlötet,
ausgebildet.
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Das
Befestigungselement kann auch selbst als Dichtring ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist das Befestigungselement so ausgebildet, daß der Behälter druckdicht
verschlossen werden kann. Das Befestigungselement wird durch die
Klemmwirkung zwischen Unterkessel und Deckel so festgeklemmt, daß der Stromstörer ortsfest
und verkippsicher fixiert ist. Zur Befestigung des Deckels auf dem
Unterkessel können
beispielsweise Klammerschrauben oder sonstige geeignete übliche Verschlußmechanismen gewählt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
können
die Stromstörer
d.h. das ringförmige
Befestigungselement, die Lasche(n) und die eigentlichen Stromstörelemente,
je nach Reaktionszusammensetzung aus Kunststoff, vorzugsweise mit
einer inerten Beschichtung, beispielsweise aus PTFE, hergestellt
sein.
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Üblicherweise
ist als Material jedoch Stahl oder Edelstahl, im Falle aggressiver
zu rührender Materialien
in emaillierter Form, vorteilhaft. In diesem Fall ist zumindest
das Stromstörelement
und/oder die Lasche emailliert ausgeführt. Die Emaillierung besteht
vorzugsweise aus einem hochkorrosionsfesten Überzug, der das Stromstörelement
und nach Bedarf auch die Lasche vor korrosiven und/oder abrasiven Einflüssen schützt. Je
nach Bedarf kann auch das Befestigungselement, an dem zumindest
eine, vorzugsweise jedoch über
den Umfang verteilt zwei, drei oder mehr Laschen mit zugeordneten
stabförmigen oder
flächigen
Stromstörelementen
angeordnet sind, mit einem derartigen hochkorrosionsbeständigen Überzug versehen
sein. Die jeweilige Ausführungsform
richtet sich hierbei in erster Linie nach den in dem Rührkessel
befindlichen Materialien und deren chemisch-physikalischen Eigenschaften.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind das Stromstörelement,
die Lasche und das Befestigungselement einstückig ausgebildet, was aufgrund
des Fehlens von lösbaren
Verbindungsstellen zwischen einzelnen Bauteilen zusätzliche
Stabilität
gewährleistet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung kann der Stromstörer
Mittel zur Erfassung vom Prozeßparametern
(z.B. Temperatur, Viskosität, Dichte,
pH-Wert u.a) aufweisen. In vorteilhafter Weise sind diese Mittel
in das Stromstörelement
des Stromstörers
integriert oder an dieses an-, respektive aufgesetzt. Die meßtechnischen
Elemente können hierbei
auf ein oder alle Stromstörelemente,
insbesondere Rohre, aufgebracht oder eingebaut werden. Auf diese
Weise ist eine beispielsweise Temperaturmessung an einzelnen Punkten
des Reaktorbehälters
oder über
das gesamte Reaktorvolumen möglich.
Dies ist insbesondere deshalb sehr vorteilhaft, da die Temperaturmessung
so einfach und direkt im Behälter
erfolgt.
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Erfindungsgemäß sind die
Mittel zur Erfassung der vorgenannten Prozeßparameter, insbesondere für aggressive
zu rührende
Substanzen, in Email eingebettet oder in bevorzugter Weise in Email eingeschmolzen.
Diese Ausführungsform
eignet sich vor allem für
Temperatursensoren.
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Das
stabförmig
gestaltete Stromstörelement kann
als Rohr, gegebenenfalls auch als flachgedrücktes Rohr, also jeweils hohl
ausgebildet sein. Eine alternative, ggf. auch hohle, Ausführungsform eines
im wesentlichen flächigen
Stromstörelements ist
ein Paddelstromstörer
oder ein Stromstörelement in
einer löffelartigen
oder schaufelförmigen
Gestalt. Vorzugsweise weist das Stromstörelement einen C- oder sichelförmigen Querschnitt
auf. An dieser Stelle sei betont, daß prinzipiell alle, auch dreidimensionale Geometrien
zur Optimierung der Vermischung des Gefäßinhalts möglich sind.
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Ebenso
ist die Oberflächenform
des stabförmigen
oder flächigen
Profils nahezu beliebig wählbar. Diese
kann für
eine möglichst
laminare Umströmung einerseits
oder beispielsweise durch eine lochförmige Ausgestaltung, für die Verursachung
von beispielsweise (Mikro-)Verwirbelungen andererseits ausgelegt
sein.
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Des
weiteren ist das Stromstörelement
für die
Zu- bzw. Abführung
von Stoffen in und/oder aus dem Behälter geeignet. Hierfür ist das
Stromstörelement
hohl ausgebildet und weist Öffnungen
auf, durch die ein Fluid in den Rührbehälter strömen oder aus diesem entfernt
werden kann. Darüber
hinaus weist bei dieser Ausführungsform
die jeweilige Lasche, an der das Stromstörelement angeordnet ist, sowie
das Befestigungselement entsprechende Zu- und/oder Abflußkanäle auf,
die mit externen Rohr- oder Schlauchleitungen verbindbar sind.
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Vorzugsweise
weist das Befestigungselement zu diesem Zweck, sowie für die Anbringung
von Sonden und Meßinstrumenten
Anschlußtutzen
auf.
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In äußerst kostengünstiger
Weise ist somit eine Doppelnutzung der Stromstörer für eine gleichzeitige Regelung
und/oder Einstellung der Prozeßparameter
möglich.
Die entsprechenden Öffnungen
in dem Stromstörelement
sind nach Bedarf verschließbar.
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Besonders
bevorzugte Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung sehen vor, daß das Rührwerk und/oder die Stromstörer Bleche
aufweisen, welche vorzugsweise orthogonal zur jeweiligen Drehachse
angeordnet sind. Hierdurch wird der Durmischungsgrad deutlich erhöht und die übermäßige Trombebildung
vermieden.
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In
weiter bevorzugten Ausführungsformen de
vorliegenden Erfindung ist das Rührwerk
als Ankerrührwerk
ausgestaltet.
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Diese
weiter bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann derart ausgestaltet werden, daß sowohl
der bzw. die Stromstörer
als auch das Rührwerk
Bleche aufweisen, die vorzugsweise bei der Rotation so ineinander
greifen, daß eine
hohe Durchmischungsrate gewährleistet
ist.
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Besonders
bevorzugte erfindungsgemäße Mischbehälter sind
daher dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Stromstörer umfassen,
deren Bleche mit den Blechen des Ankerrührwerks so ineinander greifen,
daß die
Rotationskörper
der Bleche bei Rotation des Ankerrührwerkes und der Stromstörer mindestens
50 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 60 Vol.-% und insbesondere mindestens
70 Vol.-% des Volumens des Mischbehälters ausfüllen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben,
das anhand der Abbildungen näher
erläutert
wird.
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Hierbei
zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Mischbhälters mit
Stromstörern.
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In 1 ist
ein Mischbehälter
gezeigt, der ein Gehäuse 1 aus
zumindest einem Kessel 2 und einem Deckel 3 aufweist.
In den Mischbehälter
ragt ein Rührwerk 4 hinein,
das in dieser Ausführungsform
als Ankrerrührwerk 4 ausgestaltet
ist. Das Rührwerk 4 weist
Bleche 7 auf, welche orthogonal zur Drehachse des Rührwerks 4 angeordnet
sind, und erzeugt bei Rotation um seine Vertikalachse in einer in
dem Gehäuse 1 befindlichen
Flüssigkeit
eine Strömung.
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Am
Deckel 3 des Kessels 2 sind zwei Stromstörer 5, 6 angeordnet,
welche mittels einer Antriebseinheit 15 um ihre Vertikalachse
drehbar ausgeführt sind
und Bleche 8, 9 aufweisen, welche orthogonal zur
Drehachse der Stromstörer 5, 6 angeordnet
sind. Die Bleche 8, 9 der zwei Stromstörer 5, 6 greifen
mit den Blechen 7 des Ankerrührwerks 4 so ineinander, daß die Rotationskörper der
Bleche 7, 8, 9 bei Rotation des Ankerrührwerkes 4 und
der Stromstörer 5, 6 mindestens
70 Vol.-% des Volumens des Mischbehälters ausfüllen.
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Zusätzlich weist
der in 1 gezeigte Mischbehälter eine Umpumpleitung 10 auf.
Der Deckel 3 ist mit einem Schnellverschlußring am
Kessel 2 befestigt. Am Stromstörer 5 ist zusätzlich ein
Meßwertaufnehmer 11 angebracht.
Ein Homogenisator 12, ein der Isolierung dienender Doppelmantel 13 und
eine Reinigungsdüsen 14 sind
weitere zusätzliche
Merkmale des in 1 dargestellten Mischbehälters.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung
von erfindungsgemäßen Mischbehältern zum
Mischen von Flüssigkeiten mit
Flüssigkeiten
und/oder Feststoffen und/oder Gasen.
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Für bevorzugte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verwendung
gilt mutatis mutandis das zu den erfindungsgemäßen Mischbehältern weiter
oben Ausgeführte.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Reinigung von Mischbehältern,
die ein Gehäuse,
ein Rührwerk
und mindestens einen Stromstörer
umfassen, bei dem der/die Stromstörer während des Reinigungsvorganges
um ihre Vertikalachse gedreht wird/werden.
-
Bevorzugte
erfindungsgemäße Verfahren sind
dabei dadurch gekennzeichnet, daß der/die Stromstörer während des
Reinigungsvorganges um mindestens 90°, vorzugsweise um mindestens
180° und
insbesondere um mindestens 360° um
ihre Vertikalachse gedreht wird/werden.
-
Insbesondere
bevorzugt ist es, das erfindungsgemäße Verfahren mit erfindungsgemäßen Mischbehältern durchzuführen. Hierbei
gilt für
bevorzugte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfahren
mutatis mutandis das zu den erfindungsgemäßen Mischbehältern weiter
oben Ausgeführte.
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Kessel
- 3
- Deckel
- 4
- Rührwerk
- 5
- Stromstörer
- 6
- Stromstörer
- 7
- Bleche
- 8
- Bleche
- 9
- Bleche
- 10
- Umpump-Leitung
- 11
- Messweraufnehmer
- 12
- Homogenisator
- 13
- Doppelmantel
- 14
- Reinigungsdüsen
- 15
- Antriebseinheit
für Stromstörer