-
Vorrichtung zum Vermischen zweier fließfähiger Medien im Gegenstrom
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermischen zweier fließfäh,iger Medien
im Gegenstrom, insbesondere eines in einer Flüssigkeit verteilten Stoffes mit einem
anderen, in die Flüssigkeit laufend eingebrachten fließfähigen Stoff. Die Vorrichtung
be steht aus einem langgestreckten, vorzugsweise zylindrisohen Behälter, dessen
Innenraum durch Trennwände in mehrere Mischkammem unterteilt ist, welche Trennwände
Durchtrittsöffnungen für das Mischgut aufweisen, durch die sich eine drehbare, mit
einer der Anzahl der Trennwände entsprechenden Anzahl von Rühr- und Förderorganen
besetzte Welle hindurch erstreckt.
-
Derartige Vorrichtungen, die an möglichst weit voneinander entfernten
Stellen mit den fließfähigen Stoffen beschickt werden und diese in einen verschie
den artig gestalteten systematischen Gegenstromvorgang zur Vermischung bringen,
sind bereits bekannt.
-
Sie dienen dazu, zum Zwecke bestimmter Einwirkungen der zu vermischenden
Stoffe aufeinander eine bestimmte Dauer des Mischvorganges einzuhalten.
-
So verwendet man beispielsweise in der Zuckerindustrie derartige
Vorrichtungen zum Zusetzen von Kalkmilch zum Zuckerrohsaft. Diese bekannten Vorrichtungen
weisen einen liegenden oder stehenden runden Behälter auf, der mit meist quer zur
Behälterlängsrichtung angeordneten Trennwänden mit Durchfluß- und Überlauföffnungen
zur Bildung von voneinander getrennten Kammern innerhalb des Behälters und mit einer
axial angeordneten, von einer Stirnwand zur anderen führenden Rühreinrichtung ausgestattet
ist. An dem einen Behälterende wird der Rohsaft, an dem anderen Ende des Behälters
die Kalkmilch zugegeben, die im Saft eine stufenweise oder stetige Alkalitätssteigerung
bis zu einem bestimmten Grenzwert bewirken soll. Der zugeführte Rohsaft fließt durch
die einzelnen Behälterkammern und vermischt sich in der letzten Kammer mit der dort
zugeführten Kalkmilch, so daß hier der verlangte Höchstwert an Alkalität erreicht
wird. Da die Alkalitätssteigerung innerhalb der Mischung nicht plötzlich, sondern
im dauernden Saftstrom stufe4 weise oder stetig vorgenommen werden muß, wird durch
die vorgesehenen Rühr- und Förderorgane ein Teil der in der letzten Kammer befindlichen
Mischung in die vorletzte Kammer, ein Teil der in dieser Kammer vorliegenden Mischung
in die drittletzte Kammer usw. entgegen dem Rohsaftstrom zurückgeführt, wodurch
eine Zirkulation der Kalkmilch und der Mischung in dem gesamten Mischungsbehälter
herbeigeführt wird.
-
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art beruht auf
der Auffassung, daß
zur Erzielung eines linearen pH-Anstiegs vom Safteintritt bis zum Saftaustntt von
Kammer zu Kammer die gleichen Saftmengen entgegen der Hauptdurchfiußrichtung zurückzuführen
sind. Aus diesem Grunde sind bei dieser Vorrichtung sämtliche Kammern und Förderorgane
gleich groß ausgebildet. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dabei der. pH-Verlauf
keineswegs den gewünschten geradlinigen Anstieg besitzt, sondern einer Progression
folgt, so daß es zweckmäßig ist, die Konzentration nicht nach einer geometrischen
Progression verlaufen zu lassen, sondern ihr ebenfalls einen linearen oder nahezu
linearen Anstieg zu geben.
-
Bei konstantem Zufluß zweier Mischungskompb nenten muß also die Rückfüürung
eines Teiles der in den Kammern befindlichen verschieden konzentrierten Mischungen
in einem bestimmten degessiven Mengenverhältnis erfolgen, um eine allmählich steir
gende Konzentration des zugesetzten Stoffes zu erzielen. Zwangläufig ergibt sich
dadurch eine progreg sive Erhöhung der in Durchflußrichtnng zu fördernden Teilmengen
der einzelnen Mischungsstufen im gleichen Verhältnis.
-
Man hat einen so gearteten Gegenstrom bei einer bekannten Vorrichtung
bereits durch in bestimmter Weise angeordnete absperrbare Durchtrittsöffnungen sowie
durch absperrbare Zirkulationsleitungen und Leit- bzw. Umlenkorgane erreicht. Der
hierbei erreichte Mischvorgang wird jedoch dadurch beeinträchtigt, daß die absperrbaren
Leitungan und Organe von Hand gemäß Erfahrung auf eine bestimmte Durchflußmenge
und auf das gewünschte, stetig steigende Mischungsverhältnis eingestellt und ebenso
bei Änderung des Zuflusses entsprechend verstellt werden müssen. Neben der Notwendigkeit
eines häufigen meist ungenauen Eingreifens zur Einstellung bzw.
-
Nachstellung der Organe zur Korrektur in den verschiedenen Mischungsstufen
ergibt sich dadurch der
Nachteil einer mangelnden Reproduzierbarkeit
und Stetigkeit der gewünschten Pro- und Degression des Mischungsverhältnisses. Die
optimale Wirksamkeit dieser bekannten Vorrichtung kann daher nur zufällig und bei
wechselnden Bedingungen nur kurzzeitig und nicht auf die Dauer erreicht werden.
-
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die
Rühr- und Förderorgane auf der Welle im Bereich der Durchtrittsöffnungen der Trennwände
angeordnet sind und die Form von Laufrädern mit vorzugsweise symmetrisch angeordneten
Leitschaufeln haben, die in Richtung des Durchflusses der zu vermischenden Medien
in einem durch den gewünschten Konzentrationsverlauf bestimmten Verhältnis eine
von Rad zu Rad zunehmende Breite und bzw. oder einen größeren Anstellwinkel haben
und bzw. oder. in Laufrädern angeordnet sind, die von Rad zu Rad größer werdenden
Durchmesser besitzen, und daß die Trennwände derart versetzt zwischen den beiden
Stirnebenen der Laufräder angeordnet sind, daß der Abstand jeder Trennwand von der
einen Stirnebene zu demjenigen der Wand von der anderen Stirnebene des zugehörigen
Laufrades dem Verhältnis der Rückflußmenge zur Durchflußmenge der Mischungsmedien
entspricht.
-
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Mischvorrichtung werden
besondere Zirkulationsleitungen mit absperrbaren Durchtrittsöffnungen überflüssig.
Die Konzentrations änderung innerhalb der gesamten Mischung erfolgt bei bestimmtem
Zufluß der Mischungsmedien automatisch mit linearer Kurve im Konzentrations-Zeit-Diagramm,
ohne daß eine Steuerung von Hand erforderlich ist.
-
Die Leitschaufeln können geradlinig ausgebildet oder in Drehrichtung
vorwärts oder rückwärts gekrümmt sein. Die in festgelegter Folge abgestuften Gegenstrommengen
können durch Drehzahländerung der Rühr- und Förderorgane verschiedenen Zuflußmengen
der Mischkomponenten, wenn sie im konstanten Verhältnis schwanken, angepaßt und
in Proportionalität dazu verändert werden. Dadurch wird jeder Mischungsvorgang auch
bei schwankendem Zufluß der Komponenten im konstanten Verhältnis innerhalb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung streng pro- bzw. degressiv sowie automatisch regelbar und selbst bei
wechselnden Bedingungen auf das genaueste reproduzierbar.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels.
-
F i g. 1 veranschaulicht einen Vertikalschnitt durch die Längsachse
der erfindungsgemäßen Vorrichtung; F i g. 2 ist eine Stirnansicht der Vorrichtung;
F i g. 3 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung und Fig.4 ein Schnitt durch die
Vorrichtung gemäß Linie IV-IV in Fig. 3; Fig.5 veranschaulicht den Mischungsvorgang
in der Vorrichtung in einem Schnitt gemäß Fig. 1.
-
Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführnngsbeispiei ist
der zylindrisch liegende Mischbehälter mit 1 bezeichnet. Dieser Behälter ist durch
Trennwände 2 a bis 2e in sechs voneinander getrennte Miselikammern 3 a bis 3f unterteilt.
Die Trennwände besitzen jeweils eine zentrale kreisförmige Öffnung 4 a bis 4e, innerhalb
welcher jeweils ein Rühr- oder Förderorgan 5a bis 5e drehbar ist, die auf einer
gemeinsamen, sich durch den Behälter 1
in dessen Längsrichtung hindurch erstreckenden
Welle 6 angeordnet sind. Die Organe haben die Form von Laufrädern mit Leitschaufeln
7 a bis 7 e, die je weils unterschiedliche Breite haben. Die Welle 6 wird über einen
Kettenantrieb 8 von einem Elektromotor 9 in Drehung versetzt.
-
Der Behälter besitzt an seinem einen Stirnende eine Zulauföffnung
10 für das eine Mischungsmedium und an seinem gegenüberliegenden Stirnende eine
Zulaufeinrichtung 11 für das andere Mischungsmedium. In der Stirnwand dieses anderen
Behälterendes ist außerdem eine Überlauföffnung 12 vorgo sehen, die in eine Ablaufwanne
13 mit Ablauföffnung 14 für die Abführung der fertigen Mischung emmündet. Bei Verwendung
der erttndungsgemäßen Vorrichtung zum Zusetzen von Kalkmilch zum Zuckerrohsaft in
der Zuckerindustrie wird der Rohsaft dem Behälter durch die Öffnung 10 hindurch
und die Kalkmilch der Vorrichtung durch die Einrichtung 11 zugegeben. Der fertiggemischte
Scheide saft tritt dann durch die Überlauföffnung 12 und die Ablaufwanne 13 mit
Öffnung 14 aus dem Behälter aus.
-
Gemäß der bekannten Mischungsregel lassen sich aus dem geforderten
Konzentrationsanstieg die js weiligen Vielfachen einer Mengeneinheit Q der Mischungsstufen
bestimmen, die bei einem pro- oder degressiven Mischungsvorgang vor- und rückläufig
innerhalb des Behälters gefördert werden müssen. Es ergeben sich daraus die Volumina
Vn, die in Durchflußrichtung, und die Volumina Rn, die entgegen der Durchflußrichtung
transportiert werden dessen.
-
Die Gesamtfördermenge eines Laufrades beträgt Mn = Vn + R,, wobei
Vn = Q + Rn (Q = Menge der einen in Durchflußrichtung dem Behälter am einen Ende
zugegebenen M ischungskomponente).
-
Bei dem dargestellten Beispiel mit fünf Laufrädern und sechs Kammern
im Behälter ergibt sich also für V, R und M etwa: V= 3Q R= 2Q Ml= 5 Q V2= 5Q R2
= 4Q M2= 9Q V= 7Q Q 6Q M,= 13 a V4 = 9 Q R4= 8Q M4=17Q V5=llQ R; = 10 Q Ms = 21
Q Um die Förderung dieser Mischungsvolum na Mn automatisch zu ermöglichen, haben
die Laufräder 5a bis Se bei gleichartiger Gestaltung und gleichbleibendem Durchmesser
sowie unveränderter DseSl der Welle in Richtung des Durchflusses der zu vermischenden
Medien im Verhältnis zur wachsenden Gesamtfördermenge Mn von Rad zu Rad zunehmende
Breite. In demselben Veiltnis vergrößern sit auch die Rauminhalte der dazwischenliegenden
Klammern 3a bis 3f, um in jeder Kammer eine gleich lange Dauer des Mischvorganges
einhttten zu können.
-
An Stelle oder neben der jeweiligen Verbreiterung der Laufräder kann
die Förderung der vasdliedx« Mischungsvolumina M" durch entsprechend unterschiedlichen
Anstellwinkel der innerhalb der Laufräder befindlichen Leitschaufeln7a bis 7e bewirkt
werden. Zur Erzielung der gewünschten Wirkung können diese auch in ihrer Form und
FlächengrFe verändert, gegeneinander versetzt und im Anordnungswinkel variierend
in gleichen oder ungleich breiten Laufrädern vorgesehen werden.
-
Die Vor- und Rückförderung der Mischungsvolumina Mn im richtigen
Verhältnis Vn : Rn wird durch
die Anordnung der Laufräder und Trennwände
zuemander mit großer Genauigkeit verwirklicht. Die Laufräder rotieren im Zentrum
der kreisförmig aus schnittenen Trennwände 2a bis 2e, die in bezug auf die Laufradbreite
so angeordnet sind, daß die gewünschte Teilung des jeweiligen Gesamtvolumens Mn
in Vorfördermenge Vn und RückfördermengeRn erfolgt. Der Abstand der Trennwand von
der einen Stirnebene des zugehörigen Laufrades zu dem Abstand der Wand von der anderen
Stirnebene des Rades entspricht bei dieser Anordnung jeweils dem Verhältnis der
Rückfördermenge zur Vorwärtsfördermenge der Mischungsmedien.
-
Die Mengen V, R und M sind Funktionen von Q.
-
Bei veränderlichem Q müssen sie proportional geändert werden. Diese
Änderung von V, R und M ist bei festgelegter Gestaltung und Anordnung sowie bei
gegebenen Dimensionen der Vorrichtung durch eine Drehzahländerung des Fördersystems
möglich und wird durch diese auch mit voll befriedigender Wirkung erreicht.