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Kühlmitteldurchflossener Rührer Die Erfindung betrifft einen kühlmitteldurchflossenen
Rührer, bestehend aus zwei zur lotrechten Drehachse koaxial mit radialem Abstand
ineinander angeordneten Rohren, die einenends mit der Zu- bzw.
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Abfuhr des Kühlmittels verbunden sind und anderenends einen hohlen
Rührkörper aufweisen, wobei das Innenrohr als Kühlmittelzuleitung und das Außenrohr
als Kühlmittelableitung dient.
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In der chemischen Industrie ist es oft notwendig, während eines Verfahrens
Flüssigkeit zu kühlen, z. B. beim Überführen von Flüssigkeit von einem Verfahrensschritt
zu einem anderen Verfahrensschritt mit anderer Temperatur, beim Auskristallisieren
eines Teils der gelösten Stoffe bei niedriger Temperatur oder bei der Steuerung
der Reaktionswärme von zwei oder mehr Flüssigkeiten. Zu diesem Zweck werden meistens
Rührvorrichtungen mit Bündeln von Kühlrohren an deren Innenwandungen oder Kühimänteln
um deren Außenwandungen vorgesehen. Bei Vorhandensein von Kühlrohrbündeln an der
Innenwand von Rührvorrichtungen kann die in diesen behandelte Flüssigkeit nicht
in der wünschenswerten Weise abgeführt werden, besonders wenn die Flüssigkeit zähflüssig
oder kristallisiert ist. Als Folge dessen ist dann keine ausreichende Ausbeute zu
erreichen, und es entstehen z. B. durch Reinigung des Inneren der Rührvorrichtung
erhebliche Unterhaltungskosten. Ein an der Außenwand der Rührvorrichtung angebrachter
Kühlmantel besitzt jedoch nur eine geringe Kühlwirkung. Mit den beiden oben beschriebenen
Bauarten von Rührvorrichtungen läßt sich auch die Temperatur nicht schnell genug
herabsetzen, um unerwünschte Nebenreaktionen im mittleren Teil des Rührkessels zu
verhindern, da es dort, bedingt durch chemische Reaktionen, zu starker Hitzeentwicklung
kommen kann.
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Es ist auch eine Rührvorrichtung bekannt, bei welcher das auf das
im Rührkessel befindliche Gut einwirkende Wärmebeeinflussungsmittel durch die Rührarme
selbst fließt. Das Wärmebeeinflussungsmittel wird dabei zu den Rührarmen durch eines
von zwei zur Drehachse des Rührers und zueinander koaxial angeordneten Rohren zugeführt
und nach Hindurchfluß durch die Rührarme durch das andere der beiden Rohre wieder
abgeführt. Diese Rühreinrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß bei Anordnung
eines einzelnen Rührarmes nur eine geringe Kühlwirkung erzielt wird und daß bei
Anordnung einer Vielzahl von Armen die schon weiter oben beschriebenen Mängel bezüglich
des Materialverlustes und der Reinigungsschwierigkeiten bei den Rührarmen auftreten.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,
eine Rührvorrichtung
der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mittels welcher eine Flüssigkeit während
des Rührens schnell und gleichmäßig gekühlt werden kann- und die dabei mit möglichst
wenigen und möglichst einfachen Rührarmen auskommt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rührkörper
als im Abstand von der Drehachse verlaufende Ringleitung ausgebildet ist, die über
ein Horizontalrohr mit dem Außenrohr verbunden ist, und daß das Innenrohr mit je
einer Zweigleitung durch das Horizontalrohr geführt ist und über düsenförmige Endstücke
in die Ringleitung ausmündet.
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Vorteilhaft sind die Zweigleitungen und das Horizontalrohr diametral
zur Ringleitung angeordnet.
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Die Ringleitung ist zur Erhöhung der Kühlwirkung und der Rührwirkung
vorteilhaft außen mit Rippen versehen.
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Vorteilhaft ist die Ringleitung in einer zur Drehachse senkrechten
Ebene angeordnet. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn mindestens ein Teil der
Ringleitung von einer zur Drehachse senkrechten Ebene abweicht.
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Vorteilhaft sind zur Erhöhung der Kühlwirkung mehrere Ringleitungen
vorgesehen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der
Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Rührvorrichtung
mit einer Ausführungsform eines Rührers gemäß der Erfindung;
F i
g. 2 zeigt einen axialen Längsschnitt der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform
des Rührers; F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform
gemäß der Linie 1-1 in Fig. 2; F i g. 4 bis 10 zeigen weitere Ausführungsformen
von Rührern gemäß der Erfindung.
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Bei der in F i g. 1 beispielsweise dargestellten Ausführungsform
weist die Rührvorrichtung einen Kessel 11, eine Rührwelle 14 mit einer Mehrzahl
von Durchlässen für das Kühlmittel, einen oder mehrere Rührflügel 12, welche mit
mindestens einem Wärmetauscherrohr versehen sind, ein Verbindungsgehäuse 31, welches
ein Paar Kammern29, 30 besitzt, eine Kühlvorrichtung 43 mit einer Pumpe 47 und eine
Antriebsvorrichtung 22, 28 für die Rührwelle auf.
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Der Kessel 11 enthält die umzurührende und zu kühlende Flüssigkeit
A. Er ist mittels eines Deckels 15 verschlossen, durch welchen eine Rührwelle hindurchgeführt
ist, welche aus einem senkrechten Innenrohr 13 und einem senkrechten Außenrohr 14
besteht. Die beiden Rohre bilden eine Hin- bzw.
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Rückleitung für das Kühlwasser. Das untere Ende der Rührwelle ist
mit einem Rührer versehen, welcher eine Ringleitung aufweist, die radähnlich ausgebildet
ist. Eine innere Zweigleitung 17 ist mit dem Innenrohr 13 verbunden. Ein äußeres
Horizontalrohr 1L6 ist mit dem Außenrohr 14 und mit der Ringleitung 1L2 verbunden.
Das obere Ende der Rührwelle ist mit einem Verbindungsgehäuse 31 versehen, durch
welches die offenen Rohrenden der Rohre 13 und 14 für das Kühlwasser mit der Kühlvorrichtung
43 verbunden sind. Auf dem Deckel 15 des Kessels 11 ist ein Zahnradgehäuse 22 für
einen Zahnradtrieb angeordnet, über welchen die Welle durch einen Motor 28 zur Durcharbeitung
der Flüssigkeit A angetrieben wird.
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Das Innenrohr 13 ist in dem Außenrohr 14 koaxial durch Stege 57 gehalten,
die in Zwischenräumen auf der Innenwand des Rohres 14 angeordnet sind.
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Das Rohr 14 ist in dem Zahnradgehäuse22 durch Gleitlager 2O, 21 frei
drehbar gelagert. Auf der Welle 14 ist ein Kegelrad 241 befestigt. Das Zahnradgehäuse
22 ist am Deckel 15 des Kessels 11 mittels Schraubenbolzen und Muttern 23 befestigt.
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Das Kegelrad 24 greift in ein anderes Kegelrad 25 ein, das auf einer
Welle 26 befestigt und durch sie in dem Zahnradgehäuse 22 drehbar gelagert ist.
Das Kegelrad 25 ist mit der Antriebswelle des Motors 28 gekuppelt, welcher mittels
Schraubenbolzen und Muttern 27 an dem Zahnradgehäuse befestigt ist. Der Motor 28
treibt somit über die Zahnräder 25, 24 die Rührwelle an.
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In dem radähnlichen Rührer ist das Horizontalrohr 16 mit der Ringleitung
12 fest verbunden, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Die Zweigleitung 17 ist in das
Horizontalrohr 16 koaxial eingesetzt. Beide Enden der Zweigleitung 17 sind mit düsenförmigen
Endstücken 18 und 19 versehen, die in das Kühlrohre2 in derselben Umfangsrichtung
einmünden, so daß das Kühlwasser, das den Düsen entströmt, die Ringleitung 12 kreisförmig
durchfließt. Die unteren -Enden der Rohre t3 und 14 sind mit der Zweigleitung 17
bzw. dem Horizontalrohr 16 senkrecht zueinander, und zwar in der Mitte der Zweigleitung
17 bzw. des Horizontalrohrs 16 verbunden, so daß die Mittelachse der Rohre 13 und
114 durch den Mittelpunkt des Rührrades hindurchgeht.
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Die düsenförmigen Endstücke 18 und 19 münden entlang der Rohrachse
der Ringleitung 12. Das Horizontalrohr 16 ist am inneren Umfang der Ringleitung
12 befestigt. Zwischen der Zweigleitung 1L7 und dem Rohr 16 ist ein Zwischenraum
61 gebildet, in den der Zwischenraum 62 zwischen den Rohren 13 und 14 einmündet,
um das Kühlwasser durchzulassen.
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Durch das Innenrohr 13 geführtes Kühlwasser fließt zunächst durch
die Zweigleitung 17, aus den düsenförmigen Endstücken 18 und 19 in die Ringleitung
12 und sodann durch den Zwischenraum 61 in den Zwischenraum 62 zurück.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, steht das Innenrohr 13 mit der
oberen Kammer 29 des Verbindungsgehäuses 31 mittels einer Dichtung 32 einer Stopfbuchse
34 und Schraubenbolzen und Muttern 36 in dichter Verbindung, während das obere Ende
des Außenrohres 141 mit der unteren Kammer 30 des Verbindungsgehäuses 31 mittels
einer Dichtung 33, einer Stopfbuchse 35 und Bolzen und Muttern 36 dicht verbunden
ist. Die obere Kammer 29 ist mit einem mit Gewinde versehenen Einlaßstutzen 37 ausgestattet,
während die untere Kammer 30 einen mit Gewinde versehenen Auslaßstutzen 38 aufweist.
Der Einlaßstutzen 37 und der Auslaßstutzen 38 sind mit Rohren 41 und 42 und Kupplungsteilen
39 und 40 verbunden. Das Rohr 41 ist mit dem Auslaß 48 einer Pumpe 417 mittels eines
mit Gewinde versehenen Kupplungsteils 49 verbunden. Der Saugeinlaß 51 der Pumpe
47 und der Auslaß 50 der Kühlvorrichtung 43 sind miteinander durch ein Rohr 52 verbunden,
das mit einem Paar Kupplungsteilen versehen ist. Das Rohr 42 ist mit dem Einlaß
44 der Kühlvorrichtung 43 mittels einem mit Gewinde versehenen Kupplungsteil 45
verbunden. Das Kühlwasser wird mittels des Außenrohrs 14 durch die Kammer 30 und
das Rohr 42 zu der Kühlvorrichtung 43 zurückgeführt und sodann durch das Rohr 52
von der Pumpe 47 angesaugt, von wo es unter Druck dem Innenrohr 13 über das Rohr
41 und die Kammer 31 zugeführt wird.
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Die beiden Rohre 41 und 42 werden vorteilhaft durch einen Haken 56
gehalten. Die Pumpe 47 wird durch einen Motor 53 angetrieben, der auf der Kühlvorrichtung
43 mittels Schraubenbolzen und Muttern 46 befestigt ist.
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Bei Betätigung der Rührvorrichtung wird die Flüssigkeit A zunächst
durch eine Öffnung 58 in den Kessel 11 eingeführt. Der Motor 28 wird angelassen,
so daß das Außenrohr 14 zusammen mit dem Innenrohr in Umdrehung versetzt wird. Die
Triebkraft wird durch die Kegelräder 25 und 26 übertragen. Die rad ähnlichen Rührteile
nehmen an der Umdrehung teil und rühren die Flüssigkeit A im Kessel 11.
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Der Motor 53 treibt die Pumpe 47 an, so daß Kühlwasser mit ausreichend
niedriger Temperatur aus der Kühlvorrichtung 43 zur Pumpe 47 gesaugt wird. Dort
wird es auf einen ausreichenden Druck gebracht und zur oberen Kammer 29 des Verbindungsgehäuses
31 geführt. Das Kühlwasser fließt weiter abwärts durch das Innenrohrl3 zu der Zweigleitung
17 und durch die düsenförmigen Endstücke 18 und 19. An den Enden der Zweigleitung
17 strömt es in die Ringleitung 12 und kühlt so die Flüssigkeit A durch Wärmetauschung.
Das Kühlwasser, das Wärme von der Flüssigkeit A aufgenommen hat, gelangt in den
Zwischenraum 61 zwischen dem Horizontalrohr 16 und der Zweigleitung 17, von dort
zu der unteren Kammer 30 des Verbindungsgehäuses 31
durch den Zwischenraum
62, welcher zwischen den Rohren 13 und 14 vorgesehen ist. Das Wasser gelangt dann
zu der Kühlvorrichtung43 zurück, wo es die aus der Flüssigkeit A aufgenommene Wärme
abgibt und für den darauffolgenden erneuten Umlauf ausreichend abgekühlt wird. Die
Flüssigkeit A wird also während des Rührens im Kessel 11 abgekühlt.
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Wenn das Rühren beendet ist, wird die Flüssigkeit A aus dem Kessel
11 durch einen Hahn abgelassen. Die Flüssigkeit A fließt also leicht aus dem Kessel
11 ab, auch wenn sie viskos oder kristallisiert ist weil Kühlrohrbündel im Inneren
des Kessels im Gegensatz zu bekannten Bauarten von Rührvorrichtungen nicht vorhanden
sind. Die Leistung der Vorrichtung ist vergleichsweise groß. Die Unterhaltsunkosten
sind gering.
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Bei dem oben beschriebenen Umlauf von Kühlwasser durch die Vorrichtung
entsprechend der Erfindung ist die Kühlwirkung aus den beiden folgenden Gründen
genügend hoch: Zum einen wird in hohem Maße Wärme aus der Flüssigkeit A durch das
innerhalb der Ringleitung strömende Kühlwasser aufgenommen, weil die Flüssigkeit
A die Ringleitung 12 entsprechend der Geschwindigkeit der Rührflügel mit sehr großer
Geschwindigkeit umströmt und das Kühlwasser infolge derAnordnung der düsenförmigenEndstücke
18 und 19 mit sehr hoher Geschwindigkeit innerhalb des Rohres 12 fließt. Die Geschwindigkeit
beträgt etwa 5 m/Sek. bei normaler Betätigung. Sie gleicht auch die ständigen infolge
der Reibung an der Innenwandung der Ringleitung 12 auftretenden Geschwindigkeitsverluste
aus.
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Mit anderen Worten, der Rührer gemäß der Erfindung hat einen hohen
Gesamtwärme-Übertragungskcal koeffizienten von etwa 2000 bis 4000 m h0C bei normalem
Rühren der Flüssigkeit A und normaler Strömung innerhalb der mit dünner Wandung
versehenen Ringleitung 12.
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Zum anderen findet innerhalb der Flüssigkeit A eine wirksame Wärmeübertragung
statt, weil die Flüssigkeit A um die Ringleitung 12 besonders stark abgekühlt wird,
also im mittleren Teil des Kessels, in dem die Wärmeerzeugung am größten ist, was
insbesondere bei heftigen chemischen Reaktionen der Fall ist, und weil die gekühlte
Flüssigkeit mit höchster Strömungsgeschwindigkeit anderen Teilen zugeführt wird,
da die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit A um die Ringleitung 12 entsprechend
der Geschwindigkeit der Rührflügel am höchsten ist.
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Aus diesen beiden Gründen ist bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung
die Kühlwirkung zwei- oder dreimal so hoch wie bei bekannten Bauarten. Die Kühlwirkung
wird weiter durch die Ausbildung des Rührers verbessert, so daß die Rührwirkung
zur besseren Wärmeübertragung im Kessel vergrößert wird.
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Einige Abwandlungsformen der Rührer gemäß der Erfindung werden nachfolgend
unter Bezug auf die F i g. 4 bis 10 beschrieben. Teile, welche denjenigen der Ausführungsformen
nach den F i g. 1 bis 3 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rührers gemäß der Erfindung
ist in F i g. 4 dargestellt. Bei diesem Rührer ist ein Kühlrohr 12 mit einer Mehrzahl
von Rippen 71 versehen, die in regelmäßigen Abständen zueinander auf der Außenwandung
der Ringleitung 12 angeordnet sind und die sich in Radial-
richtung erstrecken. Die
in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform entspricht im übrigen der Ausführungsform nach
den Fig. 1 bis 3. Die Wirkung der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform entspricht
gleichfalls der in den Fig. 1. bis 3 gezeigten Ausführungsform, mit der Ausnahme,
daß das Außenrohr 14 in einer Richtung entgegengesetzt der Neigung der Rippen 71
gedreht wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Kühlwirkung höher als bei derjenigen
nach den F i g. 1 bis 3, weil die Flüssigkeit A eine größere Kühlfläche an der Ringleitung
12 infolge der Anordnung der Rippen 71 vorfindet. Auch die Rührwirkung im Kessel
11 wird durch die Rippen 71 erhöht.
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Einige weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den F i g.
5 bis 10 dargestellt. Bei diesen Ausführungsformen ist der Rührer verschieden gestaltet,
um die Rührwirkung und dementsprechend auch die Kühlwirkung zu erhöhen. Im übrigen
sind die Ausführungsformen nach den Fig. 5 bis 10 der in den F i g. 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsform baulich ähnlich und weisen gleiche Funktion auf.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist eine Ringleitung 91 in
umgekehrter Sattelform angeordnet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 besitzt die Ringleitung 92 Sattelform.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 ist die Ringleitung 93 in zwei
einen Winkel zueinander einschließenden Ebenen ausgebildet.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 8 sind je eine geknickte Ringleitung
94 und eine geknickte Ringleitung 95 angeordnet.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 9 sind die Ringleitung 96 und
die Ringleitung 97 in doppelter Schleifenform angeordnet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 besitzen die Ringleitungen 96
und 97 X-Form in der Seitenansicht.