DE1204636B - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Gasen mit UEberschallgeschwindigkeit - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Gasen mit UEberschallgeschwindigkeit

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DE1204636B
DE1204636B DES72711A DES0072711A DE1204636B DE 1204636 B DE1204636 B DE 1204636B DE S72711 A DES72711 A DE S72711A DE S0072711 A DES0072711 A DE S0072711A DE 1204636 B DE1204636 B DE 1204636B
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Clarke Lincoln Coldren
Charles Richard Garbett
Los Altos
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3121Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Gasen mit Überschallgeschwindigkeit Es ist bereits bekannt, Gase dadurch miteinander zu mischen, daß man sie über einen oder mehrere Einlässe in eine Mischkammer einleitet, in welcher das Mischen durch die entstehende Turbulenz bewirkt wird oder welche von den Gasen mit Geschwindigkeiten unterhalb der Schallgeschwindigkeit durchströmt wird. Bei derartigen Einrichtungen wird ein schnelles Mischen der Gase erzielt, und auch wenn die Gase einem langgestreckten Mischkanal in Form paralleler Ströme zugeführt werden, läßt sich eine im wesentlichen vollständige Durchmischung gewöhnlich längs einer Strecke erzielen, die zwischen dem Siebenfachen und dem Fünfzehnfachen des Durchmessers der ursprünglichen Einzelströme liegt.
  • Bei bestimmten industriellen Prozessen, z. B. beim Mischen von chemisch reagierenden Gasen wäre es erwünscht, die Gase zu mischen, während sie mit Überschallgeschwindigkeit strömen, und diese Geschwindigkeit ohne das Auftreten von Stoßwellen aufrechtzuerhalten, bis der Mischvorgang im wesentlichen oder vollständig beendet ist. Wenn z. B. ein Gasstrom, z. B. Sauerstoff, mit einem Kohlenwasserstoff wie Methan und Äthan gemischt werden soll, und wenn die Gase erst nach dem gründlichen Durchmischen schnell auf die Reaktionstemperatur gebracht werden sollen, ist es vorteilhaft, die Energie eines oder beider Gase dadurch auf ein hohes Niveau zu bringen, daß man die Gase getrennt auf oberhalb der Reaktionstemperatur liegende Temperaturen erhitzt, diese Temperaturen ohne größere Energieverluste vor dem Mischen wieder herabzusetzen und die Temperatursteigerung erst nach dem Mischvorgang zu bewirkten. Zu diesem Zweck könnte man die beiden Gase mittels gesonderter Düsen entspannen, durch welche die Gase auf Uberschallgeschwindigkeiten beschleunigt werden, wodurch die Temperatur der Gase herabgesetzt wird, woraufhin die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegenden Gasströme in seitlicher Berührung miteinander weiterströmen, um eine Durchmischung zu bewirken; schließlich würde man das Gemisch dadurch auf die Reaktionstemperatur bringen, daß man die Gasströme bis auf eine Unterschallgeschwindigkeit abbremst, was z. B. dadurch geschehen kann, daß man eine Stoßwelle entstehen läßt. Das Mischen der Gasströme bei tJberschallgeschwindigkeiten wäre auch aus anderen Gründen erwünscht, z.B. um eine außerordentlich hohe Strömungsgeschwindigkeit eines Reaktionsgemisches innerhalb einer langgestreckten Reaktionszone auf dem Wege zu einer Abschreckzone zu erzielen, in welch letzterer die Reaktion zum Stillstand gebracht wird, z. B. durch Abschrecken durch Besprühen oder durch eine isentropische Expansion, wie es bei der Durchführung von Reaktionen mit geregelter kurzer Dauer geschieht; die hohe Geschwindigkeit würde sich insofern als vorteilhaft erweisen, als sie eine bessere Regelung der Reaktionsdauer ermöglicht. Das Arbeiten mit dem Abschreckverfahren würde sich bei einem Reaktor dann als zweckmäßig erweisen, wenn es erforderlich ist, bestimmte Erzeugnisse in einem einem hohen Temperaturniveau entsprechenden Gleichgewichtszustand zu halten, sowie ferner in Fällen, in denen es erwünscht ist, molekulare Übergangsformen zu erhalten, die nach der Einleitung der Reaktion nur während eines kleinen Bruchteils einer Sekunde existieren, die jedoch bei einer weiteren Annäherung an den Gleichgewichtszustand zerstört werden würden.
  • Eine beim Mischen mit Überschallgeschwindigkeit auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß sich Gasströme, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen, nur sehr langsam mischen. Mit anderen Worten, eine seitliche Durchmischung von Gasen aus einander benachbarten, mit Dberschallgeschwindigkeiten strömenden Gasen ist erst dann beendet, wenn Mischzonen durchströmt worden sind, deren Länge ein Vielfaches der bei Unterschallgeschwindigkeiten erforderlichen Länge beträgt. Versuche haben gezeigt, daß derartige Gasströme Mischzonen passieren müssen, die 20- bis mehr als 100mal so lang sind wie die Durchmesser der Gasströme, wenn eine ausreichende Durchmischung erzielt werden soll. Es läge nahe, zur Erzielung einer schnelleren Durchmischung mit Gas strömen zu arbeiten, deren Strömungsgeschwindigkeiten unter der Schallgeschwindigkeit liegen; dies kommt jedoch nicht in Frage, da es bei den erwähnten Beispielen erforderlich ist, die Gase von der mehr oder weniger vollständigen Durchmischung mit Uberschallgeschwindigkeiten und ohne Verzögerung bzw. Abremsung strömen zu lassen.
  • Zweck der Erfindung ist es nunmehr, ein seitliches Vermischen von Gas strömen, die sich mit Überschallgeschwindigkeiten bewegen, innerhalb einer kürzeren Mischzone zu erzielen, als es bis jetzt möglich ist, ferner Verfahren und Vorrichtungen zum Mischen von zwei oder mehr Gasen herzustellen, die miteinander reagieren und sich mit Uberschallgeschwindigkeiten bewegen, und zwar derart, daß eine seitliche Durchmischung innerhalb einer kürzeren axialen Strecke erfolgt, während das Auftreten von Stoßwellen oder Verzögerungen der Gasströme, die zu einer Erhitzung auf die Reaktionstemperatur führen würden, vermieden werden, bis die Durchmischung im wesentlichen beendet ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zum Mischen von -mindestens zwei Gasströmen zur Ausführung einer chemischen Reaktion, wobei der Mischzone getrennte Ströme von jedem der Gase mit Unterschallgeschwindigkeiten zugeführt werden, und jeder dieser Gasströme in eine Gruppe von kleineren schmalen Strömen unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas jedes dieser schmalen Ströme auf eine Oberschallgeschwindigkeit beschleunigt wird, daß die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegenden Gasströme in einer gemeinsamen Richtung einander eng benachbart in ein Ende einer langgestreckten Mischzone eingeleitet werden, daß die Überschallgeschwindigkeit in der Mischzone aufrechterhalten und gegebenenfalls das Gasgemisch abgeschreckt wird.
  • Durch dieses Unterteilen der Hauptströme in zahlreiche Teilströme und das Einleiten derselben in die Mischzone werden die Gase schneller miteinander gemischt, obwohl sie sich mit tZberschallgeschwindigkeiten bewegen.
  • Die einzelnen Ströme können sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Sie sind in jedem Falle nicht weit voneinander entfernt, so daß das Auftreten starker Stoßwellen, durch welche Bewegungsenergie in Wärme verwandelt wird, vermieden wird Vorzugsweise wird jedoch die seitliche Durchmischung der sich im wesentlichen in gemeinsamer Richtung bewegenden dünnen Gasströme dadurch gefördert, daß absichtlich ein kleiner Unterschied zwischen den Strömungsgeschwindigkeiten vorgesehen wird, der -weniger als 10 0/o beträgt, um schwache Stoßwellen zu erzeugen, die nicht ausreichen, um einen reaktionsfähigen Zustand herbeizuführen, die jedoch genügen, um die Bewegung der Gasmoleküle zwischen den dünnen Gas strömen durch die Grenzschichten zwischen diesen Strömen hindurch zu unterstützen.
  • Diese Vorgänge lassen sich mit Hilfe eines Aggregats von Uberschalldüsen durchführen, das eine Gruppe von Überschalldüsen für jedes Gas umfaßt, wobei die Düsen jeder Gruppe in unmittelbarer Nähe der Düsen der anderen Gruppe angeordnet und mit Ausnahme derjenigen am Umfang des Düsenaggregats jeweils von mehreren Düsen der anderen Gruppe umgeben sind. Ein solches Düsenaggregat kann nach Art einer Querwand in einen Kanal eingebaut werden, der den Eintrittsabschnitt einer Reåktionskammer bildet. In Strömungsrichtung hinter den Düsen wird eine Überschallströmung längs einer Strecke aufrechterhalten, die ausreicht, um eine im wesentlichen vollständige Durchmischung ohne Verzögerung der Gasströme zu bewirken, so daß die Temperatur auf einem niedrigen Wert gehalten und die Vernichtung von kinetischer Energie vermieden wird.
  • Zu diesem Zweck müssen die Düsen so gestaltet und gerichtet sein, daß sie gut geformte Gasströme abgeben, welche sich längs im wesentlichen parallelen Bahnen und mit gleicher Geschwindigkeit bewegen und ferner ist es erforderlich, den Kanal so auszubilden, daß er frei von Hindernissen oder Oberflächenunregelmäßigkeiten ist, die innerhalb der gewünschten Strecke Stoßwellen erzeugen würden, wobei die Länge der störungsfrei zu durchströmenden Strecke gewöhnlich mehr als das 20fache und in manchen Fällen das Ein- bis Mehrhundertfache des Anfangsdurchmessers des stärksten der dünnen Gasströme beträgt. Der Kanal kann eine gleichmäßige oder sich allmählich ändernde, vorzugsweise divergierende Form besitzen, die frei von Richtungsänderungen und anderen Unregelmäßigkeiten ist. Jede Düse umfaßt einen konvergierenden Abschnitt an ihrem Eintrittsende sowie einen divergierenden Abschnitt, der sich unmittelbar an den konvergierenden Abschnitt an der engsten Stelle der Düse anschließen kann, oder der von dem konvergierenden Abschnitt durch einen kurzen Verbindungsabschnitt von gleichbleibendem Querschnitt getrennt sein kann. Die Abmessungen der Düsen können innerhalb jeder Gruppe einheitlich sein, doch sind die Düsen am Umfang des Aggregats in manchen Fällen kleiner.
  • Je nach den Massendurchsätzen der verschiedenen Gase können jedoch die Düsen einer Gruppe mit einem größeren oder kleineren Durchmesser versehen sein, und/oder sie können im Vergleich zu den Düsen der anderen Gruppe in größerer oder kleinerer Anzahl vorgesehen sein.
  • Die Uberschalldüsen können jede gewünschte Querschnittsform erhalten, bei der sich gut geformte Oberschallströme ausbilden. Beispielsweise kann man Düsen mit kreisförmigem oder mit länglichem Querschnitt verwenden. Diese werden zweckmäßig in so geringen Abständen voneinander angeordnet, daß die einander benachbarten Düsen verschiedener Gruppen voneinander trennenden Düsenwände auf der Austrittsseite der Düsen in eine dünne oder scharfe Kante auslaufen.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Fig.1 ist- eine schematische Seitenansicht eines Stoßwellenreaktors, bei dem die Erfindung angewendet ist; Fig.2 zeigt im Längsschnitt ein Düsenaggregat mit Düsen, die kreisförmigen Querschnitt haben, und einen Teil des Kanals; F i g. 3 und 4 sind in größerem Maßstabe gezeichnete Querschnitte längs der Linien3-3 bzw. 4-4 in Fig. 2, F i g. 5 und 6 sind weitere in größerem Maßstabe gezeichnete Teile von Längsschnitten -durch das Düsenaggregat entlang den LinienS-5 bzw. 6-6 in Fig. 3; F i g. 7 ähnelt F i g. 6, zeigt jedoch eine andere Düsenform; Fig. 8 ist eine Stirnansicht einer abgeänderten Ausbildungsform eines Düsenaggregats mit zweidimensionalen Düsen; Fig. 9 und 10 sind Schnitte längs der Linien 9-9 bzw. 10-10 in Fig. 8.
  • In F i g. 1 erkennt man eine Einrichtung der erwähnten Art mit einem Kanal, der einen mäßig divergierenden Eintrittsabschnitt 10 und- einen Mischkanal 11 umfaßt, welch letzterer zylindrisch sein oder leicht divergieren kann; die Erweiterung dieses Abschnitts 11 ist so gering, daß sie aus Fig. 1 nicht ersichtlich ist; der Mischkanal 11 kann z. B. an eine Reaktionskammer 12 angeschlossen sein, die z. B. gemäß F i g. 1 als Stoßwellenreaktor ausgebildet ist.
  • Gemäß F i g. 1 erweitert sich der Reaktor 12 in Richtung auf seinen Auslaß, und er enthält einen Keil 13 zum Erzeugen einer starken Stoßwelle. In der Strömungsrichtung vor dem Keil 13 sind die Wände des Kanals lückenlos und glatt ausgebildet, und es sind keine Richtungsänderungen vorhanden; es sei bemerkt, daß die Innenfläche des divergierenden Abschnitts 10 im Längsschnitt so gekrümmt ist, daß ohne Bruch sie in die Innenfläche des Abschnitts 11 übergeht. Die zu mischenden Gase, z. B. reaktionsfähige Gase wie Sauerstoff und Propan, werden über Rohrleitungen 14 und 15 zugeführt, durch Verdichter 16 und 17 verdichtet und durch Vorwärmer geleitet, die in F i g. 1 schematisch als Behälter 18 und 19 angedeutet sind, welche Heizschlangen 20 bzw.
  • 21, z. B. in Form beheizter Rohre, enthalten. Die genannten Gase werden dem Düsenaggregat 26 über Rohrleitungen 22 und 23 zugeführt, wobei der Gasdurchsatz mit Hilfe von Ventilen 24 und 25 geregelt werden kann.
  • Das in Fig. 2 bis 6 gezeigte Düsenaggregat umfaßt eine Düsenplatte 27, die eine erste Gruppe von über die fläche der Platte verteilten Düsen 28 enthält, zwischen denen Düsen 29 einer zweiten Gruppe angeordnet sind. Die Platte 27 ist quer zur Längsachse des Kanals 10 angeordnet, so daß die Düsenachsen in die Strömungsrichtung weisen und im wesentlichen parallel verlaufen. Es sei bemerkt, daß die Achsen der Düsen geringfügig divergieren können, wenn der Kanal 10 divergiert, wie es in F i g. 1 und 2 gezeigt ist. Jede Düse umfaßt einen kurzen konvergierenden Abschnitt c, eine Einschnürung t und einen längeren divergierenden Abschnitt d, der die gewünschte Profilform aufweisen kann; beispielsweise können die Seitenwände des Abschnitts d gleichmäßig divergieren, wie es in Fig. 2, 5 und 6 gezeigt ist, oder der divergierende Abschnitt d kann gemäß F i g. 7 ausgebildet sein, d. h. die Divergenz der Düse 28 a wird in Richtung auf das Austrittsende geringer, und die divergierenden Wände d sind im Längsschnitt konkav. Eine ähnliche Profilform kann bei den Düsen 29 vorgesehen sein. In jedem Falle sind die Düsen axialsymmetrisch ausgebildet.
  • Die Konstruktion von Düsen für tXberschallströmungen ist bekannt, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigen dürfte. Die allgemeinen Gesetze derStrömung durch Düsen sind in Faires, »Applied Thermodynamics«, 1938, S. 137 bis 145 sowie in Shapiro, »The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Flow«, 1953, Kap. 4, beschrieben. Es sei nur kurz darauf hingewiesen, daß eine Überschalldüse durch zwei bestimmte Bereiche gekennzeichnet ist: In dem konvergenten Bereich nimmt die Geschwindigkeit schneller zu als das spezifische Volumen, was zu einer Strömung mit der Schallgeschwindigkeit in der Einschnürung führt, wenn der Druck auf der Eintrittsseite mindestens so hoch ist wie der kritische Druck; im divergenten Düsenabschnitt steigt das spezifische Volumen schneller an als die Geschwindigkeit. Das Verhalten in dem konvergenten Abschnitt wird durch die auf der Austrittsseite der Einschnürung herrschenden Bedingungen nicht beeinflußt. Im vorliegenden Zusammenhang ist das kritische Druckverhältnis das kleinste Verhältnis zwischen dem kritischen Druck auf der Eintrittsseite und dem Druck am Austrittsnde der Düse, bei dem sich ein maximaler Durchsatz ergibt, es ist das niedrigste Druckverhältnis zum Erzeugen einer Strö- -mung mit der Schallgeschwindigkeit in der Einschnürung.
  • Mittels Druckregler bzw. Differenzdruckregler oder Ventilen kann das Verhältnis der Drücke am Düsenein- und austritt oberhalb des kritischen Druckverhältnisses gehalten werden.
  • Wie aus Fig.3 ersichtlich, sind die Düsen der beiden Gruppen schachbrettartig so angeordnet, daß jede Düse 28 der ersten Gruppe mit Ausnahme der Düsen am Umfang des Aggregats von mehreren Düsen, und zwar von vier Düsen 29, der zweiten Gruppe umgeben ist. Bei der Anordnung nach F i g 3 besitzen die Düsen 28 sowohl eine größere Länge als auch einen größeren Querschnitt als die Düsen 29, so daß sie einen größeren Gasdurchsatz ermöglichen.
  • Die Düsen sind seitlich so eng nebeneinander angeordnet, daß sich ihre Austrittsenden überschneiden.
  • Wegen der kreisrunden Querschnittsform der Düsen weist die Platte 27 gemäß F i g. 5 bis 7 auf der Austrittsseite eine gezackte Form auf.
  • Jede Düse 28 steht auf der Eintrittsseite mit einer ersten Zuführungskammer 30 in Verbindung, die durch die Düsenplatte 27, eine in einem Abstand dahinter angeordnete Platte 31 und ein ringförmiges Gehäuse 32 begrenzt wird. Das ringförmige Gehäuse 32 trägt einen mit einem Flansch versehenen Anschlußstutzen33, mit dem die Rohrleitung 22 verbunden wird. Die Platte 31 ist gemäß F i g. 5 mit mehreren Löchern 34 versehen, die sich durch die Platte erstrecken und jeweils unmittelbar hinter den Düsen 29 liegen; jedes der Löcher 34 ist durch ein Zuführungsrohr35 mit der zugehörigen Düse verbunden. Gemäß F i g. 2 begrenzt die Rückseite der Plate 31 eine zweite Zuführungskammer 36, die außerdem durch ein Verschluß stück 37 begrenzt wird, welches einen mit einem Flansch versehenen Stutzen 38, zum Anschließen der Rohrleitung 23 trägt.
  • Der Reaktor kann mit geeigneten Abschreckmitteln versehen sein, z. B. mit einer Sprühvorrichtung 39, und an den Reaktor schließt sich ein sich erweiternder Austrittskanal 40 an, der so geformt sein kann, daß er einen Unterschalldiffusor bildet.
  • Während des Betriebs der Einrichtung wird der Druck, mit dem die Gase über die Leitungen 22 und 23 zugeführt werden, in Beziehung zu dem in dem KanalabschnittlO herrschenden Druck z. B. durch geeignetes Regeln der Verdichter l6 und 17 sowie mit Hilfe der Ventile 23 und 24 und/oder durch Regeln des Drucks am Ende des Kanals 40 so eingeregelt, daß er das kritische Druckverhältnis überschreitet. In den meisten Fällen wird das Verhältnis mindestens das 1,5fache des kritischen Wertes betragen, und es kann mit noch höheren Verhältnissen gearbeitet werden, die zu Beschleunigungen auf hohe Machzahlen führen, wozu bemerkt sei, daß die Düsen so konstruiert sein müssen, daß das Druckverhältnis wirksam ausgenutzt wird. Wie schon erwähnt, ist es zweckmäßig, daß die aus allen Düsen beider Gruppen austretenden Gasströme annähernd die gleiche Geschwindigkeit besitzen, und die erwähnten Regelmittel werden so eingestellt, daß dieser Zustand erzielt wird. Wenn sich die Geschwindigkeiten stark unterscheiden, werden unerwünscht starke Stoßwellen erzeugt, und die kinetische Energie wird unmittelbar hinter der Platte 27 in Wärme verwandelt. Andererseits ist ein kleiner Unterschied zwischen den Strömungsgeschwindigkeiten zulässig, der jedoch nicht so groß ist, daß starke Stoßwellen in dem Gasstrom entstehen, der jedoch andererseits ausreicht, um schwächere Stoßwellen nahe dem Austritt des Düsengitters hervorrufen. Ein solcher geringer Geschwindigkeitsunterschied ist erwünscht, da er eine geringfügige Turbulenz hervorruft, die ein seitliches Vermischen quer zu den Gasströmen fördert, jedoch keine genügend hohe Temperatur erzeugt, um die chemische Reaktion einzuleiten, bzw. bei der eine hohe Temperatur nur während einer so kurzen Zeit auftritt, daß keine Reaktion stattfinden kann.
  • Die Größe des zulässigen und zweckmäßigen Geschwindigkeitsunterschiedes muß bei jedem System durch Versuche bestimmt werden, da zahlreiche veränderliche Größen, z. B. das Reaktionsvermögen der Gase und die jeweilige Konstruktion der Düsen, eine Rolle spielen. Im allgemeinen soll-die Geschwindigkeit des langsameren Gasstroms mindestens 900/( derjenigen des schnelleren Gasstroms betragen. Die sich nahe beieinander bewegenden Uberschall-Gasströme passieren die Kanalabschnitte 10 und 11 als parallele Ströme, die sich jeweils am Umfang berühren. Zwischen diesen Strömen findet eine seitliche Durchmischung statt. Zwar geht die Durchmischung von Überschall-Gasströmen von Natur aus langsam vor sich, doch wird durch die Unterteilung der Hauptgasströme in kleinere Teilströme und die schwachen seitlichen Stoßwellen, die durch den geringen Geschwindigkeitsunterschied hervorgerufen werden, die für ein vollständiges Durchmischen benötigte axiale Länge des Mischkanals herabgesetzt.
  • In einem typischen Falle beträgt die Länge des glattwandigen, von Hindernissen freien Kanals das 20-bis 200fache des größten Austrittsdurchmessers der größeren Düsen 28. Das Durchmischen kann somit in jedem gewünschten Ausmaß durchgeführt werden, während sich die Gas ströme mit Dberschallgeschwindigkeiten bewegen und ohne daß die Gasströme starke Stoßwellen passieren.
  • Wie schon erwähnt, ist es zweckmäßig, demMisch kanal 11 eine etwas divergierende Form zu geben.
  • Die Wandreibung erzeugt einen Widerstand und ein Wachstum der Grenzschicht, und diese Erscheinungen werden dann durch die divergierende Form des Kanals und einen etwas absinkenden Druck ausgeglichen (s. Lippmann und Pluckett, »Aerodynamics of a Compressible Fluid«, 1947, S. 82, Abs. 3).
  • Wenn die Gase miteinander reagieren, werden sie anfangs mit Hilfe der Heizelemente 20 und 21 so weit erhitzt. daß ihre mittlere Temperatur mindestens so hoch ist wie die Reaktionstemperatur. Hierbei können die Temperaturen der Gase gleich oder verschieden sein. Beim Durchströmen der Überschalldüsen geht jedoch die Temperatur der Gase erheblich zurück, so daß sie sich unter der Reaktionstemperatur befinden, wenn sie auf der Austrittsseite der Düsen in Berührung miteinander gebracht werden.
  • Wegen des ungestörten Strömens mit Uberschallgeschwindigkeit behalten die Gase ihre herabgesetzte Temperatur bei, bis der Mischvorgang im gewünschten Ausmaß mehr oder weniger vollständig durchgeführt ist.
  • Wenn die gemischten Gase an dem Keil 13 vorbeiströmen, treten gemäß F i g. 1 bei w stehende Stoßwellen auf. Hierdurch wird eine plötzliche und starke Temperaturerhöhung der Gase herbeigeführt, so daß die chemische Reaktion einsetzt. Diese kann mit Hilfe der Sprühvorrichtung 39 unterbrochen werden, und das abgeschreckte Gemisch wird über den unter schalldiffusor 40 abgegeben.
  • Wie schon erwähnt, läßt sich die Erfindung auch bei Düsen von anderer Form anwenden. Beispielsweise zeigen Fig. 8 bis 10 Düsen mit länglichem Querschnitt. Teile, die bereits beschriebenen Teilen entsprechen, sind in Fig. 8 bis 10 mit um 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 bis 10 wird das Düsenaggregat durch eine Platte 127 gebildet, die mit einer ersten Gruppe von Düsen 128 versehen ist, zwischen denen eine zweite Gruppe von Düsen 129 angeordnet ist. Jede dieser Düsen besitzt einen langgestreckten rechteckigen Querschnitt, so daß die einander gegenüber liegenden divergierenden Seitenwände flach und quer zur Düsenachse länger sind als ihre Breite am Austrittsende. Mit anderen Worten, die Düsen128 haben Seitenwände 128 c, die von der rechteckigen Einschnürung 128 t aus divergieren, an welche letztere sich ein konvergierender Abschnitt 128 c anschließt. Die kleineren und kürzeren Düsen 129 setzen sich aus entsprechend geformten Teilen zusammen. Die »Breite« einer schmalen zweidimensionalen Düse bezeichnet den Abstand zwischen den divergierenden Seitenwänden am Düsenaustritt. Die Düsen können dabei so nah aneinander angeordnet sein, daß sich die Flächen der längeren divergierenden Seitenwände benachbarter Düsen an den Austrittsenden der Düsen überschneiden.
  • Die Platte 127 liegt an einer Verschlußplatte 131 an, die Löcher 134 aufweist, welche in Fluchtung mit den Eintrittsenden der Düsen 128 stehen, so daß den Düsen 128 das eine Gas zugeführt werden kann. Die Platte 127 ist mit einem querliegenden Zuführungskanal 130 für jede Düse 129 versehen, und an ihren Eintritts enden stehen diese Kanäle mit einem gemeinsamen Zuführungskanal 133 in Verbindung, der ebenfalls in der Platte ausgebildet ist; die Kanäle 130 und 133 sind durch eine Platte 131 verschlossen.
  • Der Kanal 133 erweitert sich bei 133 a, damit an ihn eine Speiseleitung, z. B. die Rohrleitung 22, ange schlossen werden kann. Es sei bemerkt, daß die Düsenplatte in der aus Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise angeordnet sein kann, um das eine Gas einer an die Platte 131 angrenzenden Zuführungskamrner und das andere Gas über den Kanal 133 zuzuführen.
  • Die Arbeitsweise dieser zweiten Ausbildungsform ist die gleiche wie diejenige der zuerst beschriebenen Ausbildungsform.

Claims (11)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Mischen von mindestens zwei Gasströmen zur Ausführung einer chemischen Reaktion, wobei der Mischzone getrennte Ströme von jedem der Gase mit Unterschallgeschwindigkeiten zugeführt werden und jeder dieser Gasströme in eine Gruppe von kleineren schmalen Strömen unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas jedes dieser schmalen Ströme auf eine Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird, daß die sich mit tSberschallgeschwindigkeit bewegenden Gasströme in einer gemeinsamen Richtung einander eng benachbart in ein Ende einer langgestreckten Mischzone eingeleitet werden, daß die Uberschallgeschwindigkeit in der Mischzone aufrechterhalten und gegebenenfalls das Gasgemisch abgeschreckt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas ströme kontinuierlich mit einer das Doppelte der Schallgeschwindigkeit überschreitenden Geschwindigkeit durch die Mischzone geleitet werden, deren Längenausdehnung mindestens der zwanzigfachen maximalen. Querausdehnung des stärksten Teilstromes auf der Eintrittseite entspricht.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme in der Mischzone mit unterschiedlichen, jedoch höchstens 10 0/o voneinander abweichenden Strömungsgeschwindigkeiten bewegt werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeiten der Teilströme innerhalb einer Gruppe annähernd gleich und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit jeder Gruppe von Teilströmen höchstens 100/o unter der mit größter Geschwindigkeit strömenden Gruppe von Teilströmen gehalten wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas ströme vor ihrer Unterteilung aufeine mittlere Temperatur oberhalb der Reaktionstemperatur des aus diesen Gas strömen gebildeten Gemisches gebracht und dann die einzelnen Ströme bis auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden, die ausreicht, dabei ihre Temperatur bis unter diese Reaktionstemperatur abzusenken.
  6. 6. Mischvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem quer zur Längsachse am Einströmende eines Mischrohres angeordneten Mischdüsenaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischdüsenaggregat mindestens zwei Gruppen von Überschall-Gasdüsen mit im wesentlichen parallelen Achsen aufweist, wobei die Düsen der ersten Gruppe in geringen Abständen von den Düsen der zweiten Gruppe schachbrettartig angeordnet sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen der ersten Gruppe in so geringen Abständen von den Düsen der zweiten Gruppe angeordnet sind, daß sich die Flächen der divergierenden Wände benachbarter Düsen verschiedener Gruppen an den Austrittsenden der Düsen überschneiden.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen einen länglichen Querschnitt aufweisen, wobei zwei einander gegenüberliegende divergierende Seitenwände quer zur Düsenachse länger sind als ihr Abstand am Austrittsende der Düse.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Seitenwände der Düsen der ersten Gruppe parallel zu den längeren Seitenwänden der benachbarten, dazwischen angeordneten Düsen der zweiten Gruppe verlaufen, wobei die Düsen in so geringen Abständen voneinander angeordnet sind, daß sich die Flächen der längeren divergierenden Seitenwände benachbarter Düsen an den Austrittsenden der Düsen überschneiden.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr zur Vermeidung der Ausbildung von Stoßwellen frei von Strömungshindernissen ist und daß Mittel vorgesehen sind, die das Verhältnis der Drücke am Düsenein- und -austritt oberhalb des kritischen Druckverhältnisses halten.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 935418, 804 760.
DES72711A 1960-02-26 1961-02-24 Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Gasen mit UEberschallgeschwindigkeit Pending DE1204636B (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0152201A2 (de) * 1984-01-24 1985-08-21 The BOC Group plc Lösen von Gas in einer Flüssigkeit
EP0152202A2 (de) * 1984-01-24 1985-08-21 The BOC Group plc LÖsen von Gas in einer Flüssigkeit
WO2011040837A1 (en) * 2009-09-30 2011-04-07 Fisionic Holding Limited Device for preparation of water-fuel emulsion

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR804760A (fr) * 1935-04-09 1936-11-02 Appareil pour diviser ou combiner des courants de matières fluides
FR935418A (fr) * 1945-10-29 1948-06-18 Philips Nv Dispositif servant à mélanger deux fluides

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR804760A (fr) * 1935-04-09 1936-11-02 Appareil pour diviser ou combiner des courants de matières fluides
FR935418A (fr) * 1945-10-29 1948-06-18 Philips Nv Dispositif servant à mélanger deux fluides

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0152201A2 (de) * 1984-01-24 1985-08-21 The BOC Group plc Lösen von Gas in einer Flüssigkeit
EP0152202A2 (de) * 1984-01-24 1985-08-21 The BOC Group plc LÖsen von Gas in einer Flüssigkeit
EP0152202A3 (de) * 1984-01-24 1987-08-05 The BOC Group plc LÖsen von Gas in einer Flüssigkeit
EP0152201A3 (en) * 1984-01-24 1987-08-05 The Boc Group Plc Dissolving gas in liquid
WO2011040837A1 (en) * 2009-09-30 2011-04-07 Fisionic Holding Limited Device for preparation of water-fuel emulsion
CN102939147A (zh) * 2009-09-30 2013-02-20 菲申尼克控股有限公司 用于制备水燃料乳液的装置

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