DE102011077877A1 - Stirrer of standing stirred tank for suspending substrates, has lower stirring plane stirring blade with external end that is rotated in clockwise direction at right angle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rührer zum Einmischen und Homogenisieren von Feststoffen, wie Maissilage oder Kleegras, sowie zum Dispergieren von Gasen in mittel- bis hochviskosen Medien.The invention relates to a stirrer for mixing and homogenizing solids, such as corn silage or clover grass, and for dispersing gases in medium to high viscosity media.
Bei derartigen Rührern sollen eine vollständige Homogenisierung der Feststoffe sowie eine hohe Dispersion von Gasen in einem hochviskosen Medium in möglichst kurzer Zeit erreicht werden.In such stirrers complete homogenization of the solids and a high dispersion of gases in a highly viscous medium in the shortest possible time to be achieved.
Im praktischen Betrieb erfolgt die Zugabe von Feststoffen bzw. Substraten zumeist am Rand bzw. im äußeren Drittel des Querschnitts des das Medium enthaltenden Behälters. Dieser ungleichmäßige Feststoffeinsatz erschwert zusätzlich die Homogenisierung der Feststoffe im hochviskosen Medium.In practical operation, the addition of solids or substrates usually takes place at the edge or in the outer third of the cross section of the container containing the medium. This uneven use of solid additionally complicates the homogenization of the solids in a high-viscosity medium.
Die Schrift
Die
In
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In
Bei den meisten bekannten Rührern entsteht durch die erzeugte Abwärtsströmung in der Mitte des Behälters ein Trichter, in den die am Rand zugegebenen Feststoffe nicht gelangen. Die zugegebenen Feststoffe bzw. Substrate schwimmen auf der Flüssigkeitsoberfläche und lassen sich nicht im gewünschten Maße homogenisieren. Auch das Dispergieren von Gasen ist mit den bekannten Rührern nur unvollständig zu erreichen, da eine vom Gas erzeugte Aufwärtsbewegung am Rand des Behälters das eingebrachte Gas recht schnell wieder austrägt. In most known stirrers, the generated downflow in the center of the container creates a funnel into which the solids added to the rim do not enter. The added solids or substrates float on the liquid surface and can not be homogenized to the desired extent. The dispersion of gases can only be achieved incompletely with the known stirrers, since a gas-generated upward movement at the edge of the container discharges the introduced gas quite quickly.
Derzeit werden in der Biogastechnologie zum Teil Zwangsmischer eingesetzt, bei denen die Feststoffe des frisch zugeführten Substrats in einer durch einen Strömungskanal vorgegebenen örtlich stark turbulenten Strömung mit dem hochviskosen Medium vermischt werden sollen. Der Energiebedarf hierfür ist sehr hoch. Der im Wesentlichen aus einem an einer Konsole befestigten und quer zum Behälter ausgerichteten Rührwerk mit umgebendem Strömungskanal bestehende Zwangsmischer erzeugt im Behälter eine Strömung, durch die auch die eingebrachte Luft verteilt werden soll. Die Behälterströmung reicht jedoch häufig bei hochviskosen Medien nicht aus, den gesamten Behälterinhalt zu vermischen, da die Energie der turbulenten Strömung in diesem Fall bereits nach einer kurzen Lauflänge vollständig dissipiiert ist. Daher ist es bei größeren Behältern regelmäßig notwendig, auf der gegenüberliegenden Behälterseite einen so genannten Antriebsrührer zu installieren, der für eine vollständige Durchmischung des Behälters sorgt. Der Zwangsmischer und der Antriebsrührer werden aufgrund der großen Leistungsaufnahme in der Regel intervallweise gefahren, so dass dieser jeweils nur beim Eintragen von Luft und/oder beim Eintrag von Feststoffen aktiv ist. Der Nachteil dieser Technik besteht weiterhin darin, dass der Zwangsmischer nur einen begrenzten Durchsatz erzeugt und somit das Unterrühren von Feststoffen viel Zeit in Anspruch nimmt; das trifft besonders für Maissilage und Kleegras zu. Ein weiterer Nachteil ist der begrenzte Einzugsradius, so dass die Feststoffe immer in der Nähe des Zwangsmischers eingebracht werden müssen. Die erzeugte Strömung des Zwangsmischers in dem Behälter ist unregelmäßig, ungleichmäßig und schwach.At present, compulsory mixers are sometimes used in biogas technology, in which the solids of the freshly supplied substrate are to be mixed with the highly viscous medium in a locally highly turbulent flow predetermined by a flow channel. The energy requirement for this is very high. The essentially consisting of a fixed to a console and aligned transversely to the container agitator with surrounding flow channel existing compulsory mixer generated in the container a flow through which the introduced air to be distributed. However, the container flow is often not sufficient for highly viscous media to mix the entire container contents, since the energy of the turbulent flow is completely dissipated in this case after a short run length. Therefore, it is regularly necessary for larger containers to install on the opposite side of the container a so-called drive stirrer, which ensures complete mixing of the container. The compulsory mixer and the drive stirrer are usually driven at intervals due to the large power consumption, so that this is only active when entering air and / or the entry of solids. The disadvantage of this technique is further that the compulsory mixer generates only a limited throughput and thus takes the stirring of solids much time; this is especially true for corn silage and clover grass. Another disadvantage is the limited feed radius, so that the solids are always introduced in the vicinity of the compulsory mixer have to. The generated flow of the compulsory mixer in the container is irregular, uneven and weak.
Weitere häufig für den Gaseintrag verwendete Rührer sind Scheibenrührer. Ein Scheibenrührer erzeugt eine Strömung radial zur Rührachse. Dadurch werden ober- und unterhalb des Rührers Flusswirbel erzeugt, durch die das Gas dispergiert wird. In hochviskosen Flüssigkeiten sind diese Rührer aufgrund der hohen Energieaufnahme und ihrer geringen Reichweite nicht einsetzbar.Other stirrers often used for gas introduction are disc stirrers. A disk stirrer generates a flow radially to the stirring axis. As a result, vortices are created above and below the stirrer, through which the gas is dispersed. In highly viscous liquids, these stirrers can not be used due to the high energy absorption and their short range.
Die meisten zum Stand der Technik beschriebenen Rühranordnungen besitzen den Nachteil, dass sie entweder nur für die Dispersion von Gasen oder zum Suspendieren von Feststoffen in flüssigen Medien oder zum Homogenisieren viskoser Medien in Medien anderer Viskosität geeignet sind. Weiterhin weisen diese Rührer nicht die gewünschten Strömungen auf um die „leichten“ Feststoffe in das hochviskose Medium unterzurühren.Most of the stirring arrangements described in the prior art have the disadvantage that they are suitable either only for the dispersion of gases or for suspending solids in liquid media or for homogenizing viscous media in other viscosity media. Furthermore, these stirrers do not have the desired flows to stir the "light" solids into the high viscosity medium.
Es ist jedoch unabdingbar und damit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, dass sowohl Feststoffe in ein hochviskoses Medium untergerührt und homogenisiert als auch Gasblasen gleichmäßig in dem Medium verteilt werden. Außerdem soll der Rührer mit einem geringen Energieeintrag arbeiten.However, it is essential and therefore the object underlying the invention that both solids are stirred into a highly viscous medium and homogenized and gas bubbles are evenly distributed in the medium. In addition, the stirrer should work with a low energy input.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Rührer mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Die weiteren Ansprüche geben zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung wieder.The object is achieved by a stirrer having the features specified in claim 1. The other claims give expedient embodiments of the inventive solution again.
Erfindungsgemäß ist der Rührer für stehende Rührbehälter zum Suspendieren von Substraten und deren Homogenisierung sowie im Bedarfsfall zum Dispergieren von Gasen in mittel- bis hochviskosen Medien, welcher mindestens zwei Rührebenen und mindestens zwei an einer Drehachse angebrachte Rührblätter je Rührebene besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen langgestreckten Rührblätter senkrecht zur Drehachse des Rührers angeordnet sind, einen Anstellwinkel zwischen 30° und 60° zur Rührebene und entgegen der Drehrichtung aufweisen und dass die Rührblätter der untersten Rührebene an ihren äußeren Enden, in ihrer Längserstreckung gesehen, im Uhrzeigersinn verdreht sind.According to the stirrer for standing stirred tank for suspending substrates and their homogenization and, if necessary, for dispersing gases in medium to highly viscous media, which has at least two Rührebenen and at least two attached to a rotation axis stirring blades per Rührebene, characterized in that the flat elongated blades are arranged perpendicular to the axis of rotation of the stirrer, have an angle between 30 ° and 60 ° to the stirring plane and against the direction of rotation and that the stirring blades of the lowest stirring plane at its outer ends, seen in its longitudinal extent, are rotated clockwise.
Um ein Unterrühren der Feststoffe und ein Dispergieren von Gasen mit hohem Wirkungsgrad zu ermöglichen, wird durch die Anstellung der Rührblätter eine Strömung erzeugt, welche am Rand des Behälters eine Abwärtsbewegung erzeugt. Dazu wird die Strömung in einer Ebene, die in der Mitte zwischen Behälterwand und Rührachse des Behälters liegt, entgegen bekannter Zentralrührer, nach oben gerichtet. An der Oberfläche wird das Medium dadurch nach oben und schließlich zwangsweise nach außen gedrückt. In order to allow an under stirring of the solids and a dispersion of gases with high efficiency, a flow is generated by the employment of the stirring blades, which generates a downward movement at the edge of the container. For this purpose, the flow in a plane which is located in the middle between the container wall and the stirring axis of the container, contrary to known central stirrer, directed upward. On the surface, the medium is thereby pushed upwards and finally forcibly outwards.
An der Rührwelle befinden sich mindestens zwei Rührebenen. Eine Rührebene enthält mindestens zwei Rührblätter, welche einen Anstellwinkel zwischen 30° und 60° besitzen. Die Rührblätter sind an der Rührwelle im Umfang gleichmäßig verteilt. Die Rührwelle ist eine starre, stabförmige Antriebswelle beliebiger Länge und beliebigen Durchmessers, welche verschiedene Querschnitte aufweisen kann, vorzugsweise jedoch einen runden Querschnitt besitzt. At the stirrer shaft are at least two Rührebenen. An agitating plane contains at least two stirring blades, which have an angle of attack between 30 ° and 60 °. The stirring blades are evenly distributed on the agitator shaft in the circumference. The stirring shaft is a rigid, rod-shaped drive shaft of any length and any diameter, which may have different cross sections, but preferably has a round cross section.
Bei der Verwendung von mehreren Rührebenen sollte der Abstand der Rührebenen nicht unter 0,06 × Behälterdurchmesser und nicht über 0,13 × Behälterdurchmesser betragen. Bei zu wenig Rührebenen funktioniert das Wirkprinzip nicht mehr; bei zu vielen Rührebenen ist der gewünschte Einspareffekt nicht mehr vorhanden bzw. der Energieeintrag zu hoch.When using more than one scrub layer, the scrub layer spacing should not be less than 0.06 × container diameter and not over 0.13 × container diameter. If there are too few scrubbing layers, the active principle no longer works; if you have too many scrubbing levels, the desired saving effect is no longer available or the energy input is too high.
Der Durchmesser des Rührers sollte so gewählt werden, dass das Wirkprinzip erhalten bleibt, jedoch der Energieeintrag nicht zu hoch wird. Vorrangig ist ein Rührerdurchmesser zwischen 0,5 und 0,8 × Behälterdurchmesser zu wählen.The diameter of the stirrer should be chosen so that the active principle is maintained, but the energy input is not too high. Priority is to choose a stirrer diameter between 0.5 and 0.8 × container diameter.
Die Rührebenen sind, je nach Anzahl der Rührblätter je Rührebene, in Richtung der Antriebswelle gesehen, um 30° bis 90° gegeneinander gedreht angeordnet. The Rührebenen are, depending on the number of stirring blades per Rührebene seen in the direction of the drive shaft, rotated by 30 ° to 90 ° against each other.
Vorteilhaft sind die Rührblätter der untersten Rührebene an ihren äußeren Enden, in ihrer Längserstreckung gesehen, im Uhrzeigersinn gegenüber der Ebene des übrigen Rührblattes um 90° verdreht.Advantageously, the stirring blades of the lowermost stirring plane are at their outer ends, seen in their longitudinal extent, rotated in a clockwise direction relative to the plane of the other stirring blade by 90 °.
Die Längen und/oder Breiten der Rührblätter einer Rührebene können gegenüber denen einer anderen Rührebene unterschiedlich sein. The lengths and / or widths of the stirring blades of a stirring plane may be different from those of another stirring plane.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren in den Zeichnungen näher erläutert werden. The invention will be explained below using an exemplary embodiment with reference to the figures in the drawings.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Wie in
Die Draufsicht auf den Rührer gemäß
In
Durch kontinuierliches Rühren im laminaren Strömungsfeld wird mit dem erfindungsgemäßen Rührer unter sehr geringem Energieaufwand eine gleichmäßige und konstante Strömung erzeugt. Dadurch entfällt das beim Start eines Rührers sehr hohe Drehmoment und somit auch eine Lastspitze. Energieverluste durch die turbulente Energiedissipation werden vermieden. Insgesamt führt der Rührer, verglichen mit den vorbekannten Rührern, zu einer Verringerung des Energieeintrages bei wesentlich zuverlässigerer und homogenerer Einmischung von Feststoffen. By continuous stirring in the laminar flow field, a uniform and constant flow is produced with the stirrer according to the invention with very little expenditure of energy. This eliminates the very high torque when starting a stirrer and thus also a peak load. Energy losses due to the turbulent energy dissipation are avoided. Overall, the stirrer, compared to the prior art stirrers, leads to a reduction of the energy input with much more reliable and homogeneous mixing of solids.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Behälter container
- 22
- Rührer stirrer
- 33
- Rührblatt der oberen drei Ebenen Stirring blade of the upper three levels
- 44
- Rührblatt der oberen drei Ebenen Stirring blade of the upper three levels
- 55
- Rührblatt der oberen drei Ebenen Stirring blade of the upper three levels
- 66
- Rührblatt der unteren vierten Ebene Stirring blade of the lower fourth level
- 77
- Drehachse axis of rotation
- 88th
- Verdrehung twisting
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DD 283338 A5 [0005] DD 283338 A5 [0005]
- DE 4219733 A1 [0006] DE 4219733 A1 [0006]
- DE 602005000650 T2 [0007] DE 602005000650 T2 [0007]
- JP 56-152732 [0008] JP 56-152732 [0008]
- US 5791780 [0009] US 5791780 [0009]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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