DE1457179A1 - Misch- oder Chemoreaktionseinrichtung - Google Patents

Misch- oder Chemoreaktionseinrichtung

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DE1457179A1
DE1457179A1 DE19641457179 DE1457179A DE1457179A1 DE 1457179 A1 DE1457179 A1 DE 1457179A1 DE 19641457179 DE19641457179 DE 19641457179 DE 1457179 A DE1457179 A DE 1457179A DE 1457179 A1 DE1457179 A1 DE 1457179A1
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DE
Germany
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container
mixing
jet mixer
suction
stage
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Pending
Application number
DE19641457179
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English (en)
Inventor
Willi Walbersdorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WILLI WALBERSDORF SONDERMASCHB
Original Assignee
WILLI WALBERSDORF SONDERMASCHB
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)

Description

  • Misch-oder Chemoreaktionseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Mischung oder zusätzlich zur chemischen Reaktion hydraulischer medien, die einen mit ihnen füllbaren Behälter und eine in diesem angeordnete Mischvorrichtung aufweist. Eine solche Einrichtung ist in der chemischen Verfahrenstechnik bekannt. Bei der bekannten Einrichtung weist die Mischvorrichtung, die Rührwerk genannt wird, Mischwerkzeuge auf, die z. B. pendeln oder sich drehen oder auch umlaufen (Planetenrührwerk). Diese Mischwerkzeuge haben die Aufgabe, Wirbel und mithin Geschwindigkeitsunterschiede und eine hohe Turbulenz zwischen den zu durchmischenden Schichten zu erzeugen. Die Rührwerkwelle ist durch einen Deckel des Behälters geführt und reicht bis zum Behälterboden. Ihr Antrieb erfolgt über ein auf dem Behälterdeckel angeordnetes Motorgetriebe. Dadurch sind aber die Lagerungen der Ruhrwerkwelle äuBerst schwierig zu beherrschen. Darüberhinaus muB die Durchführung der Rührwerkwelle durhc den Behälterdeckel im Falle der Mischung mit Gas äußerst gut gegen Gasdurchtritt abgedichtet werden. Dies erfordert einen großeren Aufwand. Das Gas wird z. B. über einen Siebboden in das Behälterinnere eingeführt. Desweiteren ist die Durchmischung der Medien in dem relativ groBräumigen Behälterinneren, also Mischraum, meist nicht genügend gut, weil der Mischvorgang an den verschiedenen Stellen des Mischraumes infolge der nicht steuerbaren Wirbelbildung unterschiedlich ist, es sei denn, daß man sehr lange rührt. Sehr langes Rühren bedeutet aber Zeitverlust. erner ergibt eine langsame und ungleichmäßige Durchmischung ein schlechtes chemisches Reatkionsprodukt. Weiterhin besteht die Gefahr, daB durch das sich drehende Mischwerkzeug die gesamte Behälterfüllung in Drehung versetzt wird und so eine Mischwirkung nicht oder kaum auftritt.
  • Um diese Nachteile zu verhindern,wirdgemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Mischvorrichtung ein Strahlmischer ist, eine Umwälzpumpe zur Absaugung von Behälterfüllung und Beaufschlagung der Treibdüse des Strahlmischers mit Behälterfüllung vorgesehen ist und der Strahlmischer mindestens eine von der Behälterfüllung erreichbare Saug-oder saugleitungsöffnung@aufweist. Der Strahlmischer hat keine drehbaren Teile und somit entfallen die genannten Wellenlagerungen und das genannte Abdichten und kann die Behälterfüllung nicht in Drehung versetzt werden. Mit einer solchen Einrichtung können die Medien weitaus besser und schneller durchmischt werden und ein weitaus besseres chemisches Reaktionsprodukt erzielt werden als mit den bekannten Rührwerken. Die Einrichtung kann der Mischung von Flüssigkeiten oder PlüssigkeiXerJ und Gas (en) miteinander oder zusätzlich der chemischen Reaktion dieser Medien bzw. bei mehr als drei Medien von mindestens zwei dieser Medien miteinander dienen.
  • Wird der Behälter mit zu mischenden bzw. in chemische Reaktion zu bringenden Flüssigkeiten oder mit zu begasender oder mit Gas in chemische Reaktion zu bringender Flüssigkeit gefüllt und die Umwälzpumpe in Tätigkeit gesetzt, dann wird Behälterfüllung durch die Umwälzpumpe aus dem Behälter abgesaugt und zur Treibdüse des Strahlmischers gefordert und in diesem als Treibmittel benutzt, das über die Saug-oder Saugleitungsöffnung ebenfalls Behälterfüllung in den Strahlmischer saugt, wo sich die beiden Ströme im Inneren des Mischrohres des Strahlmischers mischen, um dann aus dem Austritt des Mischrohres in den Behälter auszutreten.
  • Dieses Umpumpen bzw. diese Kreislaufströmung wird durch Laufenlassen der Umwälzpumpe solange aufrechterhalten, bis die gewünschte Güte der Mischung bzw. des Reaktionsproduktes erzielt ist. Die Durchmischung bzw. Reaktion findet in erster Linie im Inneren des Mischrohres statt. Sie ist weitaus besser und geht weitaus schneller vor sich als bei den genannten bekannten Einrichtungen, weil sie im Mischrohr, also auf eng begrenztem, definierbarem und kontrollierbarem Raum, stattfindet. Die Wirbelbildung ist hier gesteuert. Zusatzlich findet noch eine Nachdurchmischung der Medien im Behälterinneren statt, wenn die Medien den Strahlmischer verlassen haben.
  • Der Strahlmischer ist insbesondere zweistufig, indem er zwei Mischrohre aufweist, die dieselbe ideelle Achse haben und axial aufeinanderfolgen, wobei mindestens die eine Stufe die genannte (n) Saug-oder Saugleitungsöffnungßn)aufweist. Das Mischrohr der ersten Stufe dient gleichzeitig als Treibdüse für die zweite Stufe. Mit einem solchen Strahlmischer treten die genannten Vorteile noch mehr in Erscheinung. AuBerdem können mehr hydraulische Medien miteinander vermischt oder in chemische Reaktion gebracht werden. Es bestehen mehr Ansaugmöglichkeiten. Der Innendurchmesser des Mischrohres der zweiten Stufe ist insbesondere gröBer als der Innendurchmesser des Mischrohres bzw. Mischrohraustritts der ersten Stufe. Die Treibstrahlmenge der zweiten Stufe ist gober als die der ersten Stufe ; sie kann-z. B. zehnmal größer sein. Es kann also eine sehr große Fördermenge und damit Umwälzmenge erreicht werden, wobei die Umwälzpumpe relativ kleine Leistung hat und klein und billig ist. Es dient die erste Stufe der Mischung oder zusätzlich der chemischen Reaktion von Flüssigkeiten oder von Flüssigkeit (en) und Gas (en) und die zweite Stufe ebenfalls dieser Mischung oder zusätzlich Reaktion. Es kann die erste Stufe die genannte (n) Saug-oder Saugleitungsöffnung (en) und die zweite Stufe mindestens eine Gassaug-oder Gassaugleitungsöffnung aufweisen.
  • Es ist sehr von Vorteil, den Strahlmischer im Kavitationsgebiet zu betiben, also als Eavitationsgenerator zu benutzen. Hierdurch wird die Flüssigkeitsdurchmischung oder die chemische Reaktion noch mehr verbessert und beschleunigt. Dabei wird, wie sich herausgestellt hat, weder die Treibdüse noch die Innenbewandung des Mischrohres zerstört. Die größte Druckabsenkung tritt nicht an der Mundung der Treibdüse, sondern in Strömungsrichtung gesehen ganz grob gesagt nach einem Vierbi der Mischrohrlange im Mischrohr auf. Ein im Inneren des Mischrohres, also im Mischraum, in der in Strömungsrichtung ersten Hälfte desselben gebildeter Kavitationskern berührt die Innenbewandung des Mischrohres nicht, insbesondere wenn der Innendurchmesser des Mischrohres größer ist als der Außendurchmesser des aus der Treibdüse -austretenden Strahls. Bei den bekannten Rührwerken dagegen werden die Mischwerkzeuge durch Kavitation in Kiirze zuerstört und d treten außerdem die abgelösten Werkstoffteilchen in die zu vermischenden Medien ein. Im Falle des zweistufigen Strahlmischers wird vorzugsweise die erste Stufe im Kavitationsgebiet betrieben. Eine Kavitation in der Mischkammer kann hervorgerufen werden durch Drosselung des Ansaugstromes, der durch die genannte Saug-oder Saugleitungsöffnung führt, durch Erzeugung eines Vakuums im Behälter oder durch Erhöhung des Umwälzpumpendrucks und somit der Geschwindigkeit des die Treibdüse verlassenden Strahls.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt dargestellt.
  • Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Behälter lo mit vertikaler ideeller Achse 22 und einem in ihm angeordneten zweistufigen Strahlmischer 11 und ferner aus einer Umwälzpumpe 12, die eine Kreiselpumpe ist, uud einem länglichen Wärmetauscher 13, die beide außerhalb des Behälters 1o vorgesehen sind. Die erste Stufe des Strahlmischers11 besteht im wesentlichen aus einer Treibdüse 14, einem Einströmgehäuse 15 und einem Mischrohr 16, die zweite im wesentlichen aus einem Einströmgehäuse 17 und einem Mischrohr mit Strahlmischeraustritt 39. Das Mischrohr 16 dient gleichzeitig als Treibdüse für die zweite Stufe. Im Gebiet des Einströmgehäuses 15 ist an die erste Stufe eine nach unten führende Saugleitung 19 angeschlossen, die eine Saugleitungsöffnung 2o und ferner ein Ventil 26 zur Änderung der Ansaugmenge aufweist. Vom Einströmgehäuse 17 führt eine Gassaugleitung 21 mit Gassaugleitungsöffnung 38 nach oben. Ein Deckel 23 des Behälters lo weist einen Gaszuführungsstutzen 24 auf. An dem Behälter lo ist unten die Umwälzpumpe 12 über einen Saugstutzen 25 angeschlossen. Ihre ideelle Achse deckt sich mit der Achse 22.
  • Der Wärmetauscher 13 ist mit seiner Längserstreckung parallel zur Achse 22 angeordnet und ebenfalls an den Behälter 1o angeschlossen. Bei nicht fördernder Umwälzpumpe 12, aber fertig vorbereitetem Mischbetrieb kann der Behälter mit dem Medium bzw. den Medien bis zum Spiegel 36 gefüllt sein. Die Behälterfüllung ist mit 37 bezeichnet. Der Wärmetauscher 13 ist in einem Umwälzkreis zwischen der Umwälzpumpe 12 und der Treibdüse 14 vorgesehen und dient der Vergrößerung der Wärmeübertragung von einem ihn durchströmenden Medium auf das im Umwälzkreis strömende Medium über die bekannte Wärmeübertragung hinaus, die über einen Doppelmantel 32 des Behälters 1o mittels eines diesen durchströmenden heiz- oder Kühlmediums auf die Behälterfüllung erfolgt. Diese Vergrößerung ist von Vorteil, weil die Wärmeübertragungsfläche durch die Behälterabmessungen begrenzt ist. Der Druckverlust des Wärmetauschers 13 wird durch die Umwälzpumpe 12 ausgeglichen.
  • Die Räume des Umwälzkreises sind der Innenraum des Behälters 1o, der Innenraum des Saugstutzens 25, der Strömungsraum der Umwälzpumpe 12, der Strömungskanal einer Leitung 27, die Umwälzkreiskanäle im Wärmetauscher 13, der Strömungskanal einer Leitung 28 und die axialen Strömungsräume des Strahlmischers 11. Im Umwälzkreis ist zwischen der Umwälzpumpe 12 und der Treibdüse 14 weiterhin ein Regelventil 29 vorgesehen, mit dem die Umwälzpumpe geregelt werden kann.
  • Ist der Behälter mit zu, mischenden Flüssigkeiten gefüllt worden und ist die Umwälzpumpe 12 bei gefülltem Behälter 1o in Tätigkeit gesetzt, so wird die Behälterfüllung laufend umgepumpt oder umgewälzt und gleichzeitig Behälterfüllung laufend durch die Saugleitung 19 hindurch in die erste Stufe gesaugt. Gleichzeitig wird auch laufend ein Gas oder Gasgemisch durch die Gassaugleitung 21 in die zweite Stufe gesaugt. Im Mischrohr 16 findet die MischungderFlüssigkeitenmiteinanderstatt, und im Mischrohr 18 findet eine weitere solche Mischung und eine Vermischung des Gases oder Gasgemisches mit diesen Flüssigkeiten, also eine Begasung der Flüssigkeiten, statt. Im Mischrohr 18 kann auch chemische Reaktion zwischen den Flüssigkeiten oder zwischen dem Gas oder mindestens einem der Gase des Gasgemisches und d mindestens einer der Flüssigkeiten stattfinden. In der Mischkammer 18 herrscht eine hohe, auf engstem Raum begrenzte Turbulenz, so daß eine schnelle, stetige und vollkommene Durchmischung oder Reaktion stattfindet. Versuche haben ergeben, daB gegenüber einem Propellerrührwerk die Reaktion in einem Sechstel der Zeit durchgeführt werden kann und das Reaktionsprodukt erheblich verbessert ist.
  • Von der von der Umwälzpumpe 12 zum Regelventil 29 führenden Leitung 27 des Umwälzkreises zweigt ein Entleerungskanal 32 mit einer Absperrvorrichtung bzw. einem Absperrventil 31 ab. Wird das Regelventil 27 geschlossen und das Absperrventil 31 geöffnet, so kann die fertige Mischung und das fertige Reaktionsprodukt mittels der Umwälzpumpe 12 aus dem Behälter lo zur weiteren Verwendung hinausgepumpt werden. Anstelle der Gassaugleitung 21 können mehrere auf dem Umfang des Einstromgehäuses 17 verteilt angeordnete Ansaugleitungen angebracht sein, die z. B. der Ansaugung einer sie umgebenden Behalterfiillung dienen können.
  • Eine solche Ansaugleitung ist mit 33 bezeichnet.
  • Im Behälterinneren ist in axialer Strahlmischerausstromrichtung gesehen hinter dem Austritt 39 des Strahlmischers 11 eine Einrichtung zur Umlenkung des Austrittsstrahls vorgesehen. Es handelt sich hier um eine Umlenkschale 34, die mittels Tragstäben 35 am Mischrohr 18 gehalten ist und mittels der Wirbel 35 gebildet werden.

Claims (11)

  1. Patentansprüche: 1.) Einrichtung zur mischung oder zusätzlich zur chemischen Reaktion hydraulischer Medien, die einen mit ihnen füllbaren Behälter und eine in diesem angeordnete Mischvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung ein Strahlmischer (11) ) ist, eine Umwälzpumpe (12) zur Absaugung von Behälterfüllung g (37) und Beaufschlagung der Treibdüse (14) des Strahlmischers (11) mit Behalterfüllung (37) vorgesehen ist und der Strahlmischer (11) mindestens eine von der Behalterfüllung (37) erreichbare Saug- oder Saugleitungsöffnung (20) ufweist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlmischer (11) zweistufig ist, indem er zwei Mischrohre (16, 18) aufweist, die dieselbe ideelle Achse (22) haben und axial aufeinanderfolgen, wobei mindestens die erste Stufe die genannte(n) Saug-oder Saugleitungsöffnung (en) (2o) aufweist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da. die erste Stufe die genannte (n) Saug-oder Saugleitungsöffnung (en) (20) und die zweite Stufe mindestens eine Gassaug-oder Gassaugleitungsöffnung (38) aufweist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Behälters (1o) in axialer Strahlmischerausstromrichtung gesehen hinter dem Austritt (39) des Strahlmischers (11) eine Einrichtung (Umlenkschale (34)) zur Umlenkung des Austrittsstrahls vorgesehen ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Umwälzkreis zwischen der Umwalzpumpe (12) und der oder der ersten Treibduse (14) ein Wärmetauscher (13) vorgesehen ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Umwälzkreis zwischen der Umwälzpumpe (12) und der oder der ersten Trebidüse (14) ein Regelventil (29) vorgesehen ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß von der von der Umwälzpumpe (12) zum Regelventil (29) fuhrenden Leitung (27) des Umwälzkreises eine Entleerungsleitung (27) mit einer Absperrvorrichtung (31) abzweigt.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch ch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (12) und/oder der Wärmetauscher (13) außerhalb des Behalters (lo) vorgesehen an diesen angeschlossen sind bzw. ist.
  9. '. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1o) zylinderförmig ist und die ideelle Achse des Strahlmischers (11) sich mit der ideellen Achse (22) des Behälters (lo) deckt.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (13) länglich ist und mit seiner Längserstreckung parallel zur genannten Achse (22) angeordnet ist.
  11. 11. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlmischer (11) im Kavitationsgebiet betrieben wird.
DE19641457179 1964-11-26 1964-11-26 Misch- oder Chemoreaktionseinrichtung Pending DE1457179A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2366868A1 (fr) * 1976-10-09 1978-05-05 Basf Ag Procede d'injection de gaz dans un liquide contenu dans un reacteur a circulation
DE4224912A1 (de) * 1991-12-02 1993-06-03 Tech Resources Pty Ltd Reaktor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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