DE1407515A1

DE1407515A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Grenz- oder Zwischenflaechen

Info

Publication number: DE1407515A1
Application number: DE19611407515
Authority: DE
Inventors: Harder Rikhard Edward; Tollar James Edward
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1960-05-31
Filing date: 1961-05-19
Publication date: 1969-09-04
Also published as: BE604441A; GB941893A

Description

"Vorrichtun@ zum Erzeugen von G@@nz- oder Zwischenflächen" Dic Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren Zuin Mischen von fliessenden Massen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Grenz-, Zwischen- oder Berührungsflächen in einer flüssigen Masse durch Unterteilen, Neuordnen und Wiedervereinigen eines Stromes der in einer Rohrleitung fliessenden flüssigen Masse.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren Ui:ld eine Vorrichtung geschaffen, die keine sich bewegenden Teile aufweist, so dass ein gründliches Mischen einer Flüssigkeit möglich ist; deren Leistung ferner unabhängig von der Durchsatzgeschwindigkeit ist, und bei der im wesentlichen keine Flüssigkeitsschicht nahe den Wänden der Mischvorrichtung verbleibt.
Die Vorrichtung hat einen verhaltnismäßig geringen Rückdruck in bezug auf die Fördervorrichtung, und der Druckabfall an der Mischvorrichtung ist im Vergleich zu den bei üblichen irbelmischern auftretenden Druckabfällen klein.
Die Vorrichtung ermöglicht die wirksame Wärmeübertragung aus einer viskosen Flüssigkeit auf die Ende eines Wärmeaustauschers. Außerdem kann die Vorrichtung durch übliche Herstellungstechniken hergestellt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden fließende Massen gemischt, indem Grenzflächen in den Massen erzeugt werden, ohne daß eine merkbare Drehung der Strömungsschichten der Masse erfolgt. Die Stufen des Verfahrens bestehen dabei darin, daß (a) der Strom mittels Unterteilsorrichtungen in mehrere Teile unterteilt wird, (b) die Abmessung der Teile in einer Ebene, die nichtkoplanar mit der Ebene der Unterteilungsvorrichtung liegt, erhöht wird, und daß (c) die Teile in Überlappungastellung wieder miteinander verbunden werden. Die fließende Masse wird vorzugsweise in mindestens vier Teile unterteilt und die Querschnittsabmessung der Teile wird in der Ebene der Unterteilungsvorrichtungen herabgesetzt, ehe die Stufen (b) und (c) beendet werden. Außerdem werden vorzugsweise die mehr in der Mitte gelegenen Teile der fließenden Masse zum Umfang der Rohrleitung verlagert, während die Umfangsteile mehr zu Mitte verlagert werden. Die vorstehend stehend erwähnte Kombination der Stufen kann wunschgemäß wiederholt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Unterteilen und Wiedervereinigen einer fließenden Masse kennzeichnet sich durch eine Rohrleitung mit einem stromauf gelegenen Ende und einem stromab gelegenen Ende, in der mindestens ein Leitkörper oder Prallkörper angeordnet ist, der ein erstes Ende und ein zweites Ende hat und der ferner mehrere Kanäle, vorzugsweise vier oder mehr Kanäle, aufweist, die mit dem ersten und zweiten Ende in Verbindung stehen, wobei an den Enden Stromunterteilungsvorrichtungen vorgesehen sind. Jeder Kanal hat eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung. Jede Öffnung hat ein langes Xuerschnittsprofil in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung verläuft. Die Hauptachsen der langen Querschnittsprofile der ersten und der zweiten Öffnungen sind nicht-koplanar. Die Kanäle sind ferner so ausgeführt und angeordnet, daß die Drehung der fließenden Schicht des Stromes kleiner ist als die Winkelverlagerung zwischen der den Strom unterteilenden Vorrichtung am ersten Ende und der den Strom unterteilenden Vorrichtung am zweiten Ende.
Eine der Öffnungen in dem Leitkörper kann ferner so abgeändert sein, daß sie in einer senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung gerichteten Ebene ein Querschnittsprofil hat, das schmaler als die Hauptachse des Querschnittsprofils schnittsprofils der ersten Öffnung in einer die Hauptachse enthaltenden Ebene ist und durch das Querschnittsprofil der zweiten Öffnung an der größten Berührungslinie mit der die Achse enthaltenden Ebene verläuft, und die breiter als das Querschnittsprofil der ersten Öffnung in einer Ebene ist, die im allgemeinen senkrecht zu der Hauptachse der Ebene verläuft und durch das Querschnittsprofil der zweiten Öffnung an einer Linie größter Berührung mit der allgemeinen senkrechten Ebene steht.
Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnungen.
In den Zeichnungen sind Fig. 1 und 21 schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Stufen der erfindungsgemäßen Unterteilung, Ausdehnung und Wiedervereinigung eines Flüssigkeitsstromes mit Abwandlungen.
Fig. 2 zeigt einen vereinfachten erfindungsgemäßen Vierstufenmischer.
Fig. 3 und 22 sind schaubildliche Darstellungen von vorteilhaft verwendeten Leitkörpern.
Fig. 3a, 4, 5, 6, 7 und 8 zeigen verschiedene Ansichten der in dem Mischer nach Fig. 2 verwendeten Leitkörper; Fig. 9 ist eine Prallwand, bei der mehrere Kanäle oder Durchlässe, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, in einer Nebeneinanderanordnung verwendet werden.
Fig. lo zeigt eine Reihe ton niteinander verbundenen Leit- Leitkörpern, die einen runden Querschnitt haben und in einer zylindrischen Rohrleitung verwendet werden.
Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines ringförmigen Leitkörpers oder Zwischenflächenerzeugers.
Fig. 12 und 13 zeigen Ansichten der entgegen, gesetzten Enden des in Fig. 11 dargestellten Zwischenfläohenerzeugers.
Fig. 14 ist eine schaubildliche Ansicht des in Fig. 11 dargestellten Leitkörpers; Fig. 15 ist eine Vorderansicht eines kreisringförmigen Zwischenflächenerzeugers mit einem Leitkörper, dessen Durchlässe in mehreren koaxialen Zylindern angeordnet sind.
Fig. 16 und 16a sind schaubildliche Ansichten eines Hilfsleitkörpers.
Fig. 17 ist eine schaubildliche Ansicht eines abgeänderten Hilfsleitkörpers.
Fig. 18 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von Leitkörpern.
Fig. 19 ist ein schaubildlich dargestellter Schnitt von kegeligen Leitkörpern, die innerhalb eines kegeligen Gehäuses oder einer kegeligen Rohrleitung angeordnet sind.
Fig. 20 ist ein Schnitt einer AusführungJ die der in Fig. 19 dargestellten Ausführung ähnlich ist.
Fig. 23 ist eine Vorderansicht des in Fig. 22 dargestellten Leitkörpers.
Fig. 24 bis 27 sind Seitenansichten des in Fig. 23 dargestellten dargestellten Leitkörpers, Fig. 28 ist ein schaubildlich dargestellter Schnitt eines einfachen wischers mit vier Leitkörpern, wobei zwei Leitkörper das Spiegelbild der beiden anderen Leitkörper bilden.
Fig. 29 ist ein Leitkörper' der in einer runden Rohrleitung verwendet wird.
Fig. 3o ist eine abgeänderte Ausführung des in Fig.
29 dargestellten Leitkörpers.
Fig. 31 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von Leitkörpern 29 und 3o in einer zylindrischen Rohrleitung.
Fig. 32 ist eine Vorderansicht einer Prallwand, die in eine quadratische Rohrleitung eingesetzt werden kann, wobei der Strom in acht Teile unterteilt wird, und Fig. 33 zeigt einen Schnitt von kegeligen Leitkörpern, die in eine kegelige Rohrleitung eingesetzt sind.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In Fig. 1 sind die verschiedenen Vorgänge dargestellt, die sich ereignen, wenn ein Strom über einen erfindungsgemäßen Leitkörper strömt. In dieser Darstellung besteht der Hauptstrom aus drei kleineren Strömen. Der '3uerschnitt 20 zeigt zwei Ströme A, A und einen dazwischenliegenden Strom B. In Querschnitt 21 ist der Hauptstrom in zwei Teile 3o und 30a unterteilt. In Querschnitt 23 sind die Ströme Ströme 30 und 3oa in einer Richtung verbreitet, die nichtkoplanar mit der Teilungsebene oder nicht in einer bene mit der Teilungsebene liegt. Die Ströme 30 ni @e@ werden dann im @uerschnitt 24 in Überlappungsstellung wiedervereinig. Nachdem der im Querschnitt 20 dargestellte Strom einen einzigen Leitkörper durchströmt hat, besteht der Strom nicht aus drei Schichten, sondern aus sechs Schichten oder aus fünf abwechselnden Schichten, wie querschnitt 24 zeigt.
Bei einer anderen Ausführung ist die riuerschnittsfläche der Ströme 30 und 30a, rie im Querschnitt 22 gezeigt, verkleinert, ohne das die Strömungsschichten merklich gedreht worden sind. Diese Querschnittsverkleinerung erfolgt dann, wenn ein gleichbleibender -Querschnitt über die gesamte Länge der Rohrleitung aufrechterhalten wird oder andere Strömungseinrichtungen und Leitkörper eingesetzt worden sind.
Fig. 2 zeigt einen einfachen vierstufigen Mischer oder Vierstufenmischer, bei welchem vier Leitkörper 35 und 35a verwendet werden. Die Leitkörper 35 und 35a sind in einer Gehäusehälfte oder einer Stromleitvorrichtung 36 angeordnet, in der sich eine Rinne 37 befindet. Durch Aufsetzen einer entsprechenden komplementären Gehäusehälfte 36 wird eine geschlossene Leitung hergestellt.
Die Leitkörper 35 und 35a sind als Spiegelbilder ausgebildet, d.h. der eine Leitkörper kann als rechter Leitkörper körper und der andere als linker Leitkörper bezeichnet werden. Die Leitkörper 35 und 35a haben Unterteilungsstege 38 und 39 und Ablenkflächen 40 und 41. Die Ablenkflächen 40 und 41 schneiden die Unterteilungsstege 38 und 39 und bilden Verengungen 43.
Fig. 3 zeigt Einzelheiten eines rechten Leitkörpers 35, während in Fig. 3a ein linker Leitkörper 35a näher dargestellt ist.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die drei Seitenansiohten des Leitkörpers 35 und die Fig. 7 und 8 zeigen die Endansichten des Leitkörpers 35.
Fig. 9 zeigt eine Endansicht eines erfindungsgemäßen Zwisohenflächensrzeugers in welchem mehrere Leitkörper 35 nebeneinander angeordnet sind, um einen Mischkörper 45 großen Querschnittes zu bilden, der in einer Leitung 42 eingesetzt ist.
Fig. lo zeigt eine abgeänderte Ausführung, bei der mehrere Leitkörper 47 und 48 zu einem mehrstüfigen Mischkörper 46 runden Querschnitts geformt und zusammengesetzt sind.
Fig. 11 zeigt eine Seitenansicht eines auf einem Dorn 53 aufgesetzten kreisringförmigen Leitkörpers 52.
Fig. 12 zeigt eine Endansicht des Leitkörpers 52 unddbe Dornes 53 nach Fig. 11 in einer Rohrleitung 54. Der Leitkörper 52 hat eine Reihe von Durohläaeen 55, die den fließenden Strom in Radialrichtung unterteilen und den Strom Strom nach außen zum Umfang leiten. Zwischen den Durchlässen 55 befinden sich Durchlässe 56, die ebenfalls den einströmenden Strom radial unterteilen und den Strom nach innen zur Mitte des Leitkörpers 52 leiten. In Fig. 13 ist eine Ansicht des entgegengesetzten Endes von Figell dargestellt, aus der die Anordnungen der entgegengesetzten Enden der Kanäle 55 und 56 leichter zu sehen sind. Fig.14 zeigt eine schaubildliche Ansicht des Leitkörpers 52 mit den Stellungen der Durchlässe 55 und 56.
Fig. 15 ist eine Vorderansicht eines Mischkörpers, der den in den Fig. 11, 12, 13 und 14 dargestellten Mischer körper ähnlich ist, bei dem jedoch mehrere koaxial angeordnete Lagen von Ablenkkörpern 52 und 52a verwendet werden.
Fig. 16 und 16a sind schaubildliche Ansichten eines Hilfsleitkörpers Óo. Der Hilfsleitkörper 60 besteht aus vier Ablenkkeilen 61 und einem Übergangskanal 62, der die koplanaren Flächen der Keile 61 voneinander trennt. Ein Durchlaß 63 steht in Verbindung mit den zwischen den konvergierenden Fläohen der sich gegenüberstehenden benachbarten Keile 61 vorhandenen Scheiteln oder Spitzen.
Fig. 17 ist eine sohaubildliche Ansicht eines Hilfsteitkörpers 66; der aus vier miteinander verbundenen Ablenkkeilen 67 und einem tbergangskanal 68 und ferner einem ähnlichen Übergangskanal (nicht dargestellt) besteht, die ähnlich dem Körper der Fig. 16 und 16a angeordnet sind.
Fig.18 Fig. 18 zeigt schematisch eine mögliche Verwendung der Hilfsleitkörper in Verbindung mit den Leitkörpern 35 oder 52. Die Blöcke B stellen Leitkörper nach Art der Leitkörper 35 und 52 dar, während die Blöcke C Hilfsleitkörper nach Art der in den Fig. 16, 16a und 17 gezeigten Hilfsleitkörper darstellen.
Fig. 19 ist eine geschnittene schaubildliche Ansicht eines kegeligen Mischaggregates 75. Innerhalb einer kegeligen Rohrleitung 76 werden linke kegelige Leitkörper 78 getragen.
Fig. 20 ist ein Schnitt der einen Seite eines kegeligen Rohrringes einer Ausführung, die der in Fig. 19 dargestellten Ausführung ähnlich ist. Der Zwischenflächenerzeuger oder das Aggregat 79 weist eine kegelige Rohrleitung 80, zwei kegelige linke Leitkörper 81 und 83 und einen rechten kegeligen Leitkörper 82 auf.
In Fig. 21 sind verschiedene Arbeitsvorgänge dargestellt, die beim Mischen eines Stromes auftreten, der über und durch einen Leitkörper fließt, der eine abgeänderte Ausführung hat. In dieser Darstellung besteht der Hauptstrom aus zwei kleineren Strömen. Der Querschnitt 120 zeigt einen Stron 130 nit zwei Schichten a und b. In Querschnitt 121 ist der Hauptstrom 130 in vier Teile 13, 132, 133 und 134 unterteilt. In Querschnitt 123 sind die Stroiteile 131, 132, 133 und 134 in einer Richtung erweitert, die nicht-koplanar mit der Unterteilungsebene ist, und die in in der Mitte gelegenen Stromteile 132 und 133 sind zum Umfang der Rohrleitung abgelenkt, während die Stromteile 131 und 134 räher zur Bitte geleitet sind. Im querschnitt 124 sind die Stromteile in Überlappungss te Ilung mitelnander vereinigt. Ein im Auerschnitt 120 gezeigter Strom ist nach Durchströmen eines einzigen, vier Kanäle aufweisenden Leitkörpers aus einem Zweischichtenstrom in einen Achtschichtenstrom, wie kuerschnitt 124 zeigt, geändert.
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung ist, wie Querschnitt 122 zeigt, die Querschnittsfläche der Ströme 131, 132, 133 und 134 verkleinert und jeder entstehende Strom ist zum Umfang der Rohrleitung gerichtet, und zwar ehe der Strom in einer Ebene, die nicht-koplanar mit der Unterteilungsebene ist, verbreitert wird. Der in Fig. 21 dargestellte tnterteilvorgang und Wiedervereinigungsvorgang erfolgt ohne merkbcTe Drehung der Fließschicht des Stromes.
Fig. 22 zeigt eine nähere schaubildliche Ansicht eines sogenannten rechten Leitkörpers 135. Der Leitkörper besteht aus einem Körper 140 mit vier Kanälen 145, 146, 147 und 148. Die Kanäle werden durch Ablenkflächen in Verbindung mit Unterteilvorrichtungen gebildet. Die eine Hälfte des Kanales 145 wird durch den Unterteilsteg 137 in Verbindung mit den Ablenkflächen 140 und 141 gebildet. Die gegenüberliegende Hälfte des Kanales 145 wird die Unterteilstege 137 und 138 gebildet, die auf dem entgegengesetzten Ende Ende des Körpers 140 von der ersten Hälfte des Kanales 145 angeordnet sind. Die Ablenkfläche (nicht dargestellt) entspricht der Ablenkfläche, die die Unterteilstege 137 und 138 an dem nahen Ende des Körpers 140 in Fig.22 unterteilen. Ebenso sind die Kanäle 146, 147 und 148 durch entsprechende Ablenkflächen und Unterteilstege gebildet.
Ene Symmetrieebene besteht koplanar oder in einer Ebene mit den Verengungen 143 und 143a. Wird der Leitkörper 135 auf dieser Symmetrieebene geteilt und um 1800 auf einer Achse gedreht, die parallel zu dem Unterteilsteg 138 des Votderabschnittes verläuft, und um 9o° in Rechtsrichtung gedreht, dann sind die beiden Hälften einander gleich.
Fig. 23 zeigt eine Vorderansicht des in Fig. 22 dargestellten Leitkörpers mit den verengten Abschnitten der Kanäle 143, 143a, 143b und 143c. Vorhanden sind eine Spiegelbildsymmetrieebene, die koplanar mit den Unterteilstegen 138 verläuft, und zwei Spiegelsymmetrieebenen, die in den Diagonalen der Vorderansicht verlaufen. Fig. 24 25, 26 und 27 zeigen weiterhin das Profil des Leitkörpers 125. Jede Figur zeigt eine Ansicht derjenigen Seite des Leitkörpers, die der zugehörenden Figur zugewendet ist.
Um diese Ansichten zu erhalten, wird der in Fig. 23 dargestellte Leitkörper auf einer Achse gedreht, die dem Umfang des Leitkörpers nächst der dargestellten Seite ententspricht. Der Vorderabschnitt der Seitenansicht des Leitkörpers 135 in jeder Darstellung ist daher nahe der Fig.23.
Fig.28 Fig. 28 ist eine teilweise geschnittene schaubildliche Darstellung einer einfachen Ausführung eines Vierstufenmischers, bei welchem vier Leitkörper 135 und l5a verwendet werden. Die Leitkörper 135 und 135a sind in einem Gehäuse oder einer Rohrleitung 136 angeordnet. Die Leitkörper 135 und 135a sind als Spiegelbilder ausgebildet, d.h. der eine Leitkörper kann als rechter Leitkörper und der andere als linker Leitkörper bezeichnet werden. Die Pfeile zeigen die Richtung, in welcher der zu mischende Strom fließen kann. Jedoch kann der Strom gewünschtenfalls auch in der entgegengesetzten Richtung strömen.
In Fig. 28 sind die Leitkörper 135 und 135a nicht in einer Spiegelbildetellung gezeigt, sondern die Leitkörper o 135s sind um 9o in Rechtsrichtung aus dieser Stellung gedreht. Die Leitkörper 135 haben Unterteilstege 137, 138 und 139, sowie Ablenkflächen 140 und 141. Die Ablenkflächen 140 und 141 zusammen mit den Unterteilstegen 137 bilden die Verengungen 143.
In Fig. 29 ist eine abgeänderte Ausführung 155 des Leitkörpers 135 dargestellt. Dieser Leitkörper 155 ist ähnlich dem in den Fig. 22, 23, 24, 25, 26 und 27 dargestellten Leitkörper, mit der Abänderung, daß er in einer Rohrleitung von rundem Querschnitt eingesetst werden kann. Ein Leitkörper dieser Art kann leicht aus den Leitkörper nach Fig. 23 und 24 hergestellt werden, in den als Umfang der umschriebene Kreis verwendet wird, der in den quadratischen Umfang Umfang eingezeichnet ist, wie dies die gestrichelte Linie 144 in FiÉ. 23 zeigt.
Fig. 30 zeigt einen Leitkörper 16o, der ebenfalls in eine Rohrleitung runden suerachnitts eingebaut werden kann. Der Leitkörper 160 ist ein Spiegelbild des Leitkörpers 155 der Fig. 29, jedoch sind zuatzliche blenkkeile 161, 162, 163 und ferner ein ablenkkeil angebrucht, der diagonal gegenüber dem Ablenkkeil liegt, aber nicht dargestellt ist. Die Ablenkkeile 161, 162, und 163 sowie der nicht dargestellte Ablenkkeil sind so angeordnet, daß die Keile diametral gegenüber in benachbarten @ittelkanälen stehen. Das Auerschnittsprofil des einen Endes jedes Kanales liegt nahe dem Umfang des Leitkörpers und das entgegengesetzte Ende dieses Querschnittprofiles liegt in einem Abstand von dem Umfang.
Fig. 31 zeigt in einer schematischen Darstellung die Aufstellung von Leitkörpern in einer Rohrleitung mit und ohne Ablenkkeilen. Die Blöcke A bezeichnen Leitkörper der Leitkörpertype 135, 135a und 155, während die Blöcke B Leitkörper bezeichnen, bei denen Ablenkkeile, beispielsweise die Keile 161, 162 und 163 von Leitkörper 160, verwendet werden.
Eine Vorderansicht einer abgeänderten Ausführung ist in Fig. 32 dargestellt, in der ein Leitkörper 175 innerhalb der Rohrleitung 176 liegt. Der Leitkörper 175 besteht aus einem Körper 177 und mehreren Unterteilstegen 180, 181, 182, 183, 184, 185 und 186. Der Leitkörper 175 hat acht acht Kanäle lio, 191, 192, 19-5, 194, 195, 196 und 197.
Die acht Kanäle verlaufen kegelförmig zu einer zwischen den Enden des Leitkörpers 175 gelegenen Stellung, um die Verengungen 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206 und 207 zu bilden. An dem entgegengesetzten Ende des Leitkörpers 175 (nicht dargestellt) erweitert sich der Kanal auf die volle Breite der Leitung 176 in einer Ebene, rechtwinklig zur Hauptachse der dargestellten Kanalöffnungen l9o, 191, 192, 193, 194, 195, 196 und 197. Das entgegengesetzte Ende von Kanal 19o würde einen Umriß oder ein Profil haben, das den Kanälen 190 und 194 ähnlich ist, wobei die Verengungen 203 und 204 der Verengung 2oo entsprechen.
In Fig. 23 ist ein Schnitt einer kegeligen Ausführung eines Zwischenflächenerzeugers 215 dargestellt, der aus einer kegeligen Leitung 217, zwei kegeligen linken Leitkörpern 218 und 220 und einem kegeligen rechten Leitkörper 219 besteht. Drei Leitkörper 216, 217 und 218 von abnehmenden Querschnitt liegen innerhalb eines kegeligen Gehäuses.
Die Arbeitsweise aller dargestellten Ausführungen und das Arbeitsverfahren verläuft im wesentlichen entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Strömungsmuster. Das Grundprinzip der Arbeitsweise besteht darin, den Strom in zwei oder mehr Teile zu unterteilen, den Querschnitt dieser Teile vorzugsweise in einer Richtung, die nicht-koplanar mit der Trennungsebene ist, zu verbreitern oder zu verlängern längern und dann die Ströme in einer Uberlappungsstellung wieder zu vereinigen, ohne daß eine Drehung der Strömungsschichten aus ihrer ursprünglichen Ebene erfolgt.
Die Zahl der Leitkörper oder Stufen in dem Zwischenflächenerzeuger kann geändert werden, um die erforderliche Arbeitsleitung zum Mischen der jeweiligen bestimmten viskosen Flüssigkeit zu erzielen. In einem Mischer von "n"-Leitkörper wird die Zahl der Schichten und der Grenzfllche durch einen Faktor von etwa 2n erhöht, wenn ein Zuführstrom von drei oder mehr Schichten verwendet wird.
Der Abstand zwischen den Grenzflächen wird bei drei oder mehr Schichten in dem Zuführstrom durch einen Faktor von etwa 2-n verringert.
In einigen Fällen, in denen beim Durchströmen der Flüssigkeit durch die Vorrichtung hindurch eine Neigung besteht, daß die Flüssigkeit an den Umfangswänden der die Leitkörper aufnehmenden Rohrleitung zurückgehalten wird, wird ein unvollständiges Mischen der nahe diesen Wänden gelegenen Strömungsteile beobachtet. Ein derartiges Phänomen hängt scheinbar von dem Strömungswiderstand ab, der auf die Flüssigkeit von den Wänden ausgeübt wird und hängt ferner von der scheinbaren Viskosität und den Fließeigenschaften der Flüssigkeit selbst ab, d.h. ob die Flüssigkeit ausdehnbar oder thixotropisch und eine Newtonische Flüssigkeit ist. Vorzugsweise kann ein Hilfsleitkörper der in den Fig. 16, 16a und 17 dargestellten Art verwendet werden, um ein ein gleichförmiges Mischen über den gesamten Strom zu erzeugen. Wird der Leitkörper 60 in einen Kanal eingesetzt, so lenken die Keile 61 die einströmende Flüssigkeit in den mittleren Kanal 63 und in die ubergangskanäle 62. Die aus dem Kanal 62 ausströmende Flüssigkeit wird zur Strommitte geleitet und der Strom aus den Kanälen 62 wird auf die entgegengesetzten Seiten des Kanales der den Leitkörper 6o enthält, übertragen. In dieser Weise fördert ein führender Keil oder Vorderkeil 61 in Zusammenwirken mit einem angrenzenden Kanal 62 und einem koplanaren nachlaufenden Keil oder Hinterkeil 61 die eine Hälfte der Außenfläche des Stromes auf die Innenseite des Stromes.
Da in dem Leitkörper 60 gegenüberstehende Paare von Keilen verwendet werden, wird der Strom im wesentlichen umgekehrt, d.h. die Außenfläche des Stromes wird auf die Innenseite gestellt.
Die Leitung 63 innerhalb des Leitkörpers ist vorgesehen, um den Druokabfall über den Hilfsleitkörper 60 in dem Strom zu verringern. Diese Leitung 63 kann weggelassen werden, ohne daß das Arbeiten des Hilfsleitkörpers 6o geändert wird. In diesen Falle können die Übergangskanäle 62 eine proportional grßere Querschnittsfläche aufweisen.
Eine lbänderunC der Vorrichtung, wie sie beispielsweise in den Fig. 21 bis 23 dargestellt ist, kehrt ebenfalls die fließende Masse um,d.h. sie richtet die Außenfläche der Masse zur Innenseite, und umgekehrt.
Obwohl Obwohl die Vorrichtung nach der Beschreibung ein Vorderende und ein Hinterende hat, ist diese Bezeiehnung nur aus Beschreibungegründen gewählt. Die Arbeitsweise erfolgt in der gleichen Weise, ohne Rücksicht auf die Fließrichtungim Mischer. Der zuströmende Strom kann in jeder beliebigen Ebene unterteilt werden, wie dies beispielsweise bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung der Fall ist. Eine radiale Unterteilung oder eine ringförmige Unterteilung des Stromes kann verwendet werden, ohne daß ein merkbarer Unterschied im Ergebnis entsteht.
Die Vorrichtung kann aus beliebigen Materialien hergestellt werden, beispielsweise Metall, Holz, Eunststoff, Beton und gleichen oder ähnlichen Stoffen. Die ffahl wird lediglich bestimmt von den jeweiligen Betriebsverhältnissen, die bei der Verwendung der Vorrichtung auftreten.
Ein Mischer, ähnlich der in Fig. 4 dargestellten Ausführung wurde aus Aluminium hergestellt. Der durch das in Linksrichtung geteilte Gehäuse geformte Kanal war 3,8 cm tief, 7,6 cm breit und 1,5 m lang. In dem Kanal wurden sechs rechte und sechs linke. Leitkörper in abwechselnder Folge eingesetzt. Ein Strom aus geschmolzenei weiß pigmentiertem Polystvyrol und ein Strom aus geschmolzenem schwarz pigmentiertem Polystyrol wurden dem Mischer mit einer Gesamtmenge von 68 kg/Stunde zugeführt. Ein im wewesentlichen gleichförmiges mittelgraues Polystyrol wurde am am Ausgangsende des Ilischers aufgefangen. Die Farbe war ähnlich der Farbe, die bei den üblichen Mischverfahren erhalten wird.
Der Polystyrolstrom wurde unterbrochen, der Mischer gekühlt und die Hälften des ittelgehnuses wurden getrennt. Innerhalb des Gehäusehohlraumes wurden Schichten aus schwarzem und weißem festen Polystyrol beobachtet, die bis etwa zur zehnten Stufe dem Muster entsprachen, das von der Fig. 1 dargestellt ist und vorausgesagt wird. Nach der zehnten Stufe waren die Schichten so dünn, daß sie für das unbewaffnete Auge nicht länger mehr unterschieden werden konnten.
Ein Mischer aus zehn Leitkörpern, im wesentlichen ähnlich dem in Fig 29 dargestellten Leitkörper, mit einem Durchmesser von 6,4 cm und einer Länge von 7,6 cm wurde in ein Glasrohr eingesetzt, das einen Gleitpaßsitz für die Leitkörper hatte. Ein hochviskoser Strom aus einer wässrigen Salzlösung eines Acrylonitril-Mischpolymerisats und einem rot pigmentierten Strom eines ähnlichen Mischpolymerisats wurden dem einen Ende des Mischabsohnittes bei einer Gesamtmenge von 45,4 kg/Stunde zugeführt. Eine im wesentlichen gleichförmig pigmentierte Polymerisatlösung wurde am Ausgangsende des Mischers aufgefangen. Die Farbe der gemischten Polymerisatlösung war gleich der Farbe, die mittels der üblichen Kischverfahren erhalten wird. Ein Durchsatz durch den Zehnstufenmischer gleicht der Umwandlung der der ursprünglichen beiden Stromschichten in einem Strom von etwa 2,5 x lo Schichten. Bei einem weiteren Beispiel wurde ein erfindungsgemäßer Mischabschnitt unmittelbar stromauf von dem Spinnkopf eines Aggregates zum Spinnen von Fäden aus einer wässrigen Salzlösung von Polyacrylonitril angeordnet. Der Zweck dieses Mischabsohnittes bestand darin, eine Spinnmischung von gleichförmiger Temperatur zu erzielen0 Der Mischabschnitt bestand aus einem Rohr von etwa 9 cm lichter Weite, das acht Leitkörper von etwa 9 cm Außendurchmesser und 8w9 cm Länge enthielt. Die Leitkörper hatten vier Kanäle, wie in F4g. 29 dargestellt.
Etwa 635 kg je Stunde einer Spinnlösung mit einer Viskosität von 2000 Poises wurde dem Mischabschnitt zugeführt, und zwar bei einem Gesamtdruckabfall am Mischabschnitt von etwa 0,14 kg/cm2. Der Einbau des Mischabschnittes verbesserte beträchtlich die Gleichförmigkeit der von dem Aggregat erzeugten Fäden.
Gewünschtenfalls können bei dem Verfahren und bei der Vorrichtung Stromteile verwendet werden, die ein gleichbleibendes Querschnittsprofil haben. Dies wird leicht dadurch erhalten, daß zwischen den langen Einlaß- und Auslaßöffnungen, wie sie in dem Leitkörper 135 gezeigt sind, ein Übergangsabschnitt verwendet wird, der vier unter sich gleiche zylindrische Flächen und eine gleichbleibende Querschnitts-fläche hat. Die vier Flächen bilden ungefähr ein Tetraeder. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn wenn Flüssigkeiten oder Gase verwendet werden, bei denen eins gleichbleibende Fließgeschwindigkeit aufrechterhalten werden soll.
Zur Vereinfachung und Klarstellung ist die Erfindung in Ausdriicken ihrer Mischarbeit oder Flächenerzeugungeaufgabe beschrieben. Das Verfahren und die Vorrichtung können aber auoh bei jedem anderen beliebigen Fließstrom angewendet werden, z. B. zur Wärmeübertragung und beim Erwärmen und Kühlen von fließbaren Stoffen. Eine besondere vorteilhafte Verwendung findet die Erfindung bei viskosen Flüssigkeiten.
Sollen mehrere Ströme mehr oder weniger gemischt werden, so können ein Seitenstrom oder mehrere Seitenströme längs der Seite eines Mischers, wie in den Fig. 2 und 28 dargestellt, eingeführt werden. Mehrere Ströme können also dadurch gründlich gemischt werden, daß sie durch die gesamte Länge des Mischers hindurchgeleitet werden, während ein anderer Strom oder mehrere andere Ströme weniger-gemischt werden, indem diese anderen Ströme stromab von der Zuführung des Hauptstromes oder der Haupt ströme in den Mischer in solcher Weise eingeführt werden, daß der Seitenstrom oder die Seitenströme durch eine kleinere Zahl von Unterteilstufen und Wiedervereinigungsstufen hindurchgeleitet werden. Auf diese Weise können mehrfarbige Schichtstoffe zubereitet und ähnliche Schichtvorgänge mit Leichtigkeit ausgeführt werden.
Die Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren ist auch zur Ausführung von chemischen Umsetzungen geeignet, bei denen das Mischausmaß in Verbindung mit hoher Wärmezufuhr geregelt werden soll. Durch Zusatz von Reaktanzmittel an zweckdienlichen Stellen längs eines Mischers, beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt, können Zusätze an geeigneten Stufen der Umsetzung oder der Umsetzungen, die innerhalb des Mischers erfolgen, vorgenommen werden.
Die Vorrichtung und das Verfahren können bei Gasströmen und Feststoffen als Zusatz zu Flüssigkeitsströnen angewendet werden. Verschiedene Gase können bei niedrigen Str ömungs geschwindigkeiten und in Abwesenheit von wesentlichter Wirbelung leicht gemischt werden, so daß ein ruhiges Arbeiten erfolgt und ein kleinster Rückdruck a Mischer auftritt. Bei gasartigen Umsetzungen kann ein geregeltes, mit niedriger Geschwindigkeit erfolgendes Mischen erfolgen, um die Umsetzungsgeschwindigkeit zu regeln.
Mit der Vorrichtung und dem Verfahren werden kleine Feststoffe leicht gemischt. Oftmals ist es von Vorteil, kegelige Mischabschnitte, wie sie beispielsweise in den Fig. 19 und 20 dargestellt sind, zu verwenden, un Ströme kleiner Feststoffe zu mischen. Diese kegeligen Abschnitte können in den unteren Teil einet Vorratsbehälter eingesetzt werden, um das Mischen der Austrittsmenge zu sichern.
Die Zuführung kann auch aue dem kleineren Ende eines kegeligen Mischabschnittes erfolgen und der auslauf gemischt und und über eine verhältnismäßig große Fläche entladen werden. Im allgemeinen ist es von Vorteil, einen Mischer zu verwenden, der so angeordnet ist, daß der Teilchenstrom oder die Ströme durch Eigengewicht aufrechterhalten werden. Zwischenflächenerzeuger oder Wischer der beschriebenen Art können je1Dc91, erzen sie in irgendeiner Stellung aufgestellt worden sind, leicht zum Mischen verschiedener gasförmiger Suspensionen von Feststoffen oder Flüssigkeiten oder zum Mischen von Feststoffen und Flüssigkeiten, die in einem Gasstrom mitgenommen sind, verwendet werden. In gleicher Weise können Ströme aus Feststoffen oder Gasen, die in Flüssigkeiten mitgenommen sind, mit gleicher Leichtigkeit gemischt werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung können in verschiedener Weise abgeåndert und abgewandelt werden. Die dargestellten Ausführungen sind daher lediglich als Erläuterungen zu werten und sind nicht als Begrenzungen des Verfahrens und der Vorrichtung aufzufassen.
Patentansprüche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Mischen fliessender Massen durch Erzeugung von Grenzflächen innerhalb eines Stromes ohne wesejntliche Drehung der Fließschichten dieses Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom in mehrere Teile, vorzugsweise vier Teile unterteilt wird; dass die Abmessung der Teile in einer Ebene, die nicht-koplanar mit der Ebene der Unterteilvorrichtung ist, erhöht wird, und dass die Teile in Überlappungstellung wieder vereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Teile in der Ebene der Unterteilungsvorrichtung verringert wird, ehe die Abmessungen der Teile in einer Ebene, die nicht-koplamar mit der Unterteilungsvorrichtung liegt, erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen aufeinanderfolgend wiederholt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromteile wiedervereinigt werden, wobei ein wesentlicher Abschnitt des Aussenabschnittes des ursprünglichen Stromes zur geometrischen Mitte des Stromes verlagert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom eine Flüssigkeit ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom eine scheinbare Viskosität von mindestens 10 Poises hat.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom eine scheinbare Viskosität von ein destens 1000 Poises hat.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus geschmolzenem Polystyrol besteht oder geschmolzenes Polystyrol enthält.

9. Rohrleitung, die geeignet ist, eine fliessende Masse nach den Ansprüchen 1 bis 8 zu unterteilen und wieder zu vereinigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung eine Einrichtung enthält, die mindestens einen Leitkörper bildet, der ein erstes Ende und ein zweites Ende hat; dass der Körper mehrere Kanäle, vorzugsweise vier oder mehr Kanäle enthält, die mit dem ersten Ende und dem zweiten Ende in Verbindung stehen und an den Enden Stromunterteilungsvorrichtungen'haben; dass Jeder Kanal eine erste und eine zweite Öffnung hat, von denen jede Öffnung ein im allgemeinen langes Querschnittsprofil in einer Ebene aufweist, die senkrecht zur Längsachse der Leitung steht; dass die Hauptachse des langen Querschnittsprofiles der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung nicht-koplanar ist; dass die Kanäle so ausgeführt und angeordnet sind, dass die Drehung der FlieBschicht des Stromes kleiner ist als die Winkelverlagerung zwischen der Stromunterteilungsvorrichtung am ersten Ende und der Stromunterteilungsvorrichtung am zweiten Ende.

10. Rohrleitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper und die Leitung mahrere Durchlässe begrenzen, die mit dem stromauf gelegenen Ende und den stromabgelegenen Ende in Verbindung stehen; dass die Durchlässe Stromunterteilungsvorrichtungen haben, die sich nahe dem stromauf gelgenen Ende befinden und ferner eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung sowie eine Verengung zwischen den Öffnungen aufweisen.

11. Rohrleitung nach Anspruch 9, ekennzeicnnet durch mehrere Leitkörper in der Leitung.

12. Rohrleitung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens einen Hilfsleitkörper, der so ausgeführt und angeordnet ist, dass der nahe dem leitun sumrang gelegene Abschnitt des Stromes beim Durchströmen dieses Hilfsleitkörpers neu angeordnet und naher zum Mittelpunkt des Stromes gebracht wird.

13. Rohrleitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für Je acht Leitkörper mindestens ein Hilfsleitkörper vorhanden ist.

14. Rohrleitung nach den Ansprüchen 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung einen rechteckigen oder im allgemeinen runden Querschnitt hat.

15. Rohrleitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe mitteln Leitkörper ringförmig angeordnet sind.

16. Rohrleitung nach den Ansprüchen 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaß- und Auslaßöffnungen in Ebenen angeordnet sind, die in wesentlichen senkrecht zueinander stehen.

17. Rohrleitung nach den Ansprüchen 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitkörper gleich sind, aber abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen weisen.

18. Leitkörper, geeignet für den Einbau in die Rohrleitung nach Anspruch 9.

19. Leitkörper nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Kanäle, die zu einer Ebene konvergieren, die parallel zu den Querschnittsprofilen der Öffnungen verläuft und zwischen den Öffnungen angeordnet ist.

20. Leitkörper nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch zwei oder mehr Kanäle, vorzugsweise vier oder mehr Kanäle.

21. Leitkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle kreisringförmig angeordnet sind und vorzugsweise einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben.

22. Leitkörper nach Anspruch 20 oder 21,. dadurch gekennzeichnet, dass alle Kanäle mindestens eine Seite haben, die nahe dem Umfang des Leitkörpers oder angrenzend an dessen Umfang liegt; wobei die Kanäle zentral gelegene erste Üffnungen und auf dem Umfang gelegene zweite Uffnungen haben, und dass Kanäle vorhanden sind, die am Umfang gelegene erste Öffnung und in der Mitte angeordnete zweite Öffnungen haben.

25. Leitkörper nach den Ansprüchen 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Kanäle zu einer Ebene abnimmt, die senkrecht zur Längsachse zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende liegt.

24. Leitkörpernach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kanales in einer senkrecht zur Längsachse gelegene Ebene proportional zu l/d ist, wobei d der Abstand längs der Achse von dem nahegelegenen Ende ist.

25. Leitkörper nach den Ansprüchen 24 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die langen ersten Öffnungen der Kanäle im wesentlichen parallel sind; dass Jede innere erste Öffnung eine Hauptabmessung hat, die kleiner ist als die kolineare Sehnenlinie, die den Umfang des Leitkörpers an zwei Stellen schneidet, und dass ein Teil des Kanales unmittelbar nahe dem Umfang des Leitkörpers liegt.

L e e r s e i t e