DE1632405A1 - Mixing method and device - Google Patents
Mixing method and deviceInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
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Description
Auf dem Gebiet der Biologie und der Chemie werden Analysenverfahren angewendet, bei denen ein Flüssigkeitsdichtegradient herbeigeführt wird} dies geschieht z.B. bei der ültrazentrifugenanalyee sowie bei der Elektrophorese© Dieser Gradient wird mit Hilfe von zwei Flüssigkeiten herbeigeführt, von denen die eine ein höheres spezifisches Gewicht hat als dia andere; die beiden flüssigkeiten werden in unterschiedlichen anteiligen Mengen miteinander gemischt» um die Dicht© des resultierenden Gemisches zu variieren· Auf diesem Arbeitsgebiet ist eine einwandfreie Durchmischung erforderlich? und es bereitet Schwierigkeiten* ein® solche Durßhmisctong herbeisuf !ihren.In the field of biology and chemistry, analytical methods are used in which a liquid density gradient is brought about} this happens e.g. with the ultracentrifuge analysis as well as with the electrophoresis © This Gradient is brought about with the help of two liquids, from which one has a higher specific gravity than the other; the two liquids are in different proportional quantities mixed together »to ensure the sealing © des to vary the resulting mixture · Is perfect mixing required in this area of work? and there are difficulties * such a durßhmisctong summon! their.
Eia typisches "bekanntes Verfahren zum !Rechen i@r Flüssigkeiten
besteht darin, einen Behälter zu benutzen? &@g>
alt einer EüJmrorrielitussg versahen istv die tor der
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quelle und der eigentlichen Rührvorrichtung angeordnet ist. Eine der Flüssigkeiten füllt anfänglich den Behälter aus, und der Inhalt dieses Behälters wird langsam angezogen, während die zweite Flüssigkeit aus einem zweiten Behälter in den ersten Behälter überführt wird, so daß sich das spezifische Gewicht der Flüssigkeit in dem ersten Behälter und damit auch das spezifische Gewicht der aus diesem Behälter abgezogenen Flüssigkeit kontinuierlich vergrößert oder verringert. Zwar kann eine ausreichende Durchmischung des Flüssigkeiten erzielt werden, doch ist es bei der Apparatur erforderlich, ein bewegliches Bauteil vorzusehen, das sich in der Flüssigkeit befindet, sowie eine Antriebskraftquelle.source and the actual stirring device is arranged. One of the liquids initially fills the container, and the contents of this container are slowly drawn in, while the second liquid from a second container into the first Container is transferred, so that the specific gravity of the liquid in the first container and thus also the specific gravity of the liquid withdrawn from this container continuously increased or decreased. Although it can A sufficient mixing of the liquid can be achieved, but it is necessary for the apparatus to be movable Provide component that is located in the liquid, as well as a drive power source.
Die Erfindung sieht nunmehr ein Verfahren zum Erzeugen eines im wesentlichen homogenen Gemisches aus strömungsfähigen Stoffen vor, bei dem in den Stoffen eine Turbulenz erzeugt wird, j um die Stoffe zu mischen; zu diesem Zweck werden die Stoffe gleichzeitig durch einen Kanal geleitet, und die Stoffe werden so umgelenkt, daß sie sich in miteinander ab-. wechselnden Abschnitten des Kanals jeweils in entgegengesetzten Richtungen drehen.The invention now provides a method for producing a substantially homogeneous mixture of flowable Substances in which turbulence is generated in the substances will, j to mix the fabrics; be for this purpose the substances passed through a channel at the same time, and the substances are deflected so that they are in each other. rotate alternating sections of the channel in opposite directions.
lera©r sieht die Erfindung eine Mischvorrichtung vor,· die ein Bautsil rafaStg äu& einen an beiden Enden offenen Kanal abg3?©nsü51 sowie Bauteile, die das Hindurchströmen der Stoff© du:ijü Sen Kaaal behindern, wobei diese Bauteile gegenüber dam ®s?wätat®n Bauteil ortsfest angeordnet eind und aica la iai'cieinaaäQj? afeweehselnden Abschnitten äee Kan&ls jeweilslera © r, the invention provides a mixing device, which a Bautsil rafaStg äu & a channel open at both ends off3? © nsü5 1 as well as components that hinder the flow of the material © du: ijü Sen Kaaal, these components compared to dam®s ? wätat®n component arranged stationary and aica la iai'cieinaaäQj? afeweehselenden sections of each channel
lichtunges. länge- Schraubenlinien erstrecken.lichtes. length- helical lines extend.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung füllen die an zweiter Stelle erwähnten Bauteile eine äußere Zone aus, deren Querschnittsfläche etwa acht Ueunteln des Kanaltuerschnitts entspricht; jedoch kann diese Quersehnittsflache auch "bis etwa zur Hälfte des Kanälquerschnitts verkleinert werden·In one embodiment of the invention, the components mentioned in the second place fill an outer zone, their Cross-sectional area corresponds to about eight subunits of the channel door section; however, this cross-sectional area can also "up to about can be reduced to half the cross-section of the canal
Zweckmäßig ändert sich die Drehriohtung der durch den Kanal strömenden Stoffe mindestens acht mal.Appropriately changes the Drehriohtung by the Channel flowing substances at least eight times.
Sine Anwendbarkeit des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere beim Mischen von !Flüssigkeiten zur Herstellung einer Dichtegradientensäule gegeben, wie sie ζ·Β· bei der Zentrifugalanalyse verwendet wird»Sine applicability of the method and the device according to the invention is particularly in the mixing of liquids for the production of a density gradient column as it is used ζ · Β · in centrifugal analysis »
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eine3 Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.Further details and advantages of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment on the basis of the drawings.
Mg. 1 ist eine schematische Sarstellung einer Einrichtung zum Erzeugen eines Dichtegradienten.Mg. 1 is a schematic illustration of a device for generating a density gradient.
Fig. 2 zeigt im Längsschnitt einen Teil einer bei der Einrichtung nach Pig. 1 verwendeten Mischvorrichtung.Fig. 2 shows in longitudinal section a part of a device according to Pig. 1 mixing device used.
Mg. 5a und 5b zeigen zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung·Mg. 5a and 5b show two embodiments of one mixing device according to the invention
Die gewünschte Wirkung der Vorrichtung wird dadurch herbeigeführt, daß zwei miteinander mischbare Flüssigkeiten, ■ von denen eine eine Dichte besitzt, die gleich der niedrigsten erforderlichen Dichte oder niedriger als diese ist, und vonThe desired effect of the device is brought about by the fact that two liquids which are miscible with one another, one of which has a density which is equal to or lower than the lowest required density, and of
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denen die andere eine Dichte hat» die höher ist als die höchste erforderliche Dichte oder gleich der erforderlichen Dichte, gleichzeitig durch eine Mischkammer gepumpt und zu einem Behälter gefördert werden, in dem die Flüssigkeitssäule erzeugt werden soll. Die Strömungsgeschwindigkeit mindestens einer der Flüssigkeiten wird so variiert, daß der gewünschte Dichtegradient erzielt wird. Bei einer allgemein gebräuchlichen Flüssigkeit handelt es sich um eine starke Sucroselösung, die zwar in beliebigen Verhältnissen mit Wasser gemischt werden kann, die jedoch in einem erheblichen Ausmaß gerührt werden muß, wenn sie mit Wasser ein homogenes Gemisch bilden soll; dies gilt insbesondere dann, wenn das Verhältnis zwischen der Sucroselösung und dem Wasser einen hohen Wert hat.to whom the other has a density »which is higher than that highest required density or equal to the required density, simultaneously pumped through a mixing chamber and closed be conveyed to a container in which the liquid column is to be generated. The flow rate of at least one of the liquids is varied so that the desired density gradient is achieved. A common liquid is a strong sucrose solution that can be mixed with water in any proportions, but they are stirred to a considerable extent must if it is to form a homogeneous mixture with water; this is especially true when the relationship between the Sucrose solution and water has a high value.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 wird eine konzentrierte Sucroselösung 1 mit Hilfe einer peristaltischen Pumpe 2 durch ein Verzweigungsstück 3 gefördert, und durch das gleiche Verzweigungsstück wird Wasser 4 mit Hilfe einer peristaltischen Pumpe 5 gefördert. Die Flüssigkeiten werden daher gleichzeitig über eine Mischvorrichtung 6 zu einem Behälter 7 geleitet. Der gewünschte Dichtegradient wird in dem Behälter 7 dadurch hervorgerufen, daß man die Strömungsgeschwindigkeit der Sucroselösung durch geeignete Regelung der Pumpe 2 langsam steigert. Eine Aufnahme von Luft wird dadurch im wesentlichen verhindert, daß die Einrichtung nur mit einer niedrigen Geschwindigkeit durchströmt wird, z.B. mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 our/min, sowie dadurch, daß die Einrichtung vollständig mit Flüssigkeit gefüllt wird, bevor die Blüssigkeit an den Behälter 7 abgegeben wird.In the device according to FIG. 1, a concentrated sucrose solution 1 is conveyed through a branch piece 3 with the aid of a peristaltic pump 2, and water 4 is conveyed through the same branch piece with the aid of a peristaltic pump 5. The liquids are therefore simultaneously conducted to a container 7 via a mixing device 6. The desired density gradient is brought about in the container 7 by slowly increasing the flow rate of the sucrose solution by means of suitable regulation of the pump 2. An uptake of air is essentially prevented by the fact that the device is only flowed through at a low speed, for example at a speed of about 100 our / min, and by the fact that the device is completely filled with liquid before the liquid reaches the container 7 is delivered.
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Die Mischvorrichtung 6 umfaßt ein Eohr 9» das einen Innendurchmesser von z.B. 3 mm und eine Länge von 150 mm hat und einen Satz von z.B. 15 offenen Drahtschrauben 10 enthält, wobei jede zweite Drahtschraube 11 eine bestimmte G-angrichtung hat, während die zwischen den Drahtschrauben 11 liegenden Drahtschrauben 12 die entgegengesetzte Gangrichtung aufweisen. Bei einer AusfUhrungsform entspricht der Drahtdurchmesser etwa einem Drittel des Innendurchmessers des Rohrs, und die Ganghöhe der Schraubengänge entspricht etwa dem Zweifachen des Drahtdurchmessers. Es hat sich gezeigt, daß man bei dieser Anordnung und bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 100 owr/mln ein im wesentlichen homogenes Gemisch erhält. Wenn mit hiervon erheblich abweichenden Strömungsgeschwindigkeiten gearbeitet wird, erweisen sich wahrscheinlich andere Abmessungen als zweckmäßiger.The mixing device 6 comprises a tube 9 »which has an inner diameter of, for example, 3 mm and a length of 150 mm and contains a set of, for example, 15 open wire screws 10, with every second wire screw 11 having a certain G-arrangement, while the one between the wire screws 11 lying wire screws 12 have the opposite thread direction. In one embodiment, the wire diameter is approximately one-third the inside diameter of the pipe and the pitch of the screw threads is approximately twice the wire diameter. It has been shown that with this arrangement and at a flow rate of about 100 owr / mln an essentially homogeneous mixture is obtained. If you are working with flow velocities that differ significantly from this, other dimensions will probably prove to be more expedient.
Die Mischvorrichtung übt eine doppelte Wirkung aus. Erstens bewirken die schraubenlinienförmigen Drähte, daß die äußeren Schichten des Flüssigkeitsstroms in Drehung versetzt und abgebremst werden, so daß eine Turbulenz entsthet« Zweitens bewirken die Änderungen der Drehrichtung, daß eine zusätzliche !Turbulenz hervorgerufen wird.The mixing device has a double effect. First, the helical wires cause the outer layers of the liquid flow are set in rotation and slowed down, so that a turbulence arises. Second the changes in the direction of rotation cause additional turbulence.
Die Mischvorrichtung kann im der beschriebenen Weise lose Brahtsßhrswiien enthaltene Alternativ kann man dieThe mixing device can in the manner described Loose Brahtsßhrswiien contained alternatively one can use the
Schrauben &u des? Xanenwand d©e Eötes befestigen ©des· ®i@ daran anefeiMsm» Beispielsweise WnuQU ät® Qahv&nh®n bxw Mqtall odsy fülee Isgeteüeag ise alt ierWaefl ©ia lGOJS 4g$c Bßo l©te Kai die Setoaafeem W Screws & u des? Attach Xanenwand d © e Eötes © des · ®i @ anefeiMsm »For example WnuQU ät® Qahv & nh®n bxw Mqtall odsy fülee Isgeteüeag ise old ierWaefl © ia lGOJS 4g $ c Bßo l © te Kai die Setoaafeem W
beliebigen geeigneten Material bestehen, z.B. aus Metall, Kunststoffen, Glas oder Quarz. Wenn die Gesamtabmessungen der Mischvorrichtung verkleinert werden sollen, kann man das Rohr selbst biegen, und zwar sogar zu einer Spirale oder Schraube, wie es in Flg. 3A bzw, 3b gezeigt ist.consist of any suitable material, e.g. metal, Plastics, glass or quartz. If the overall dimensions of the mixing device are to be reduced, one can Bend the pipe yourself, even into a spiral or screw, as shown in Flg. 3A and 3b respectively.
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(P, Γ, r Γ (P, Γ, r Γ
fJ1 SfJ 1 p
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