DE1807922A1 - Device for mixing liquids in pipes - Google Patents
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Description
Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten in Leitungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten in Leitungen, die zum Ausführen des Mischens von hochviskosen Flüssigkßiten, die in Leitungen unter bestimmten Bedingungen fließen, durch Erteilung einer erzwungenen änderung mit Bezug auf deren strômungszustand vorgesehen ist, wobei auf diese Weise dieTrennung und das Mischen der sich bewegenden Fltsxigkeiten erleichtert wird. Device for mixing liquids in pipes The invention refers to a device for mixing liquids in lines that for carrying out the mixing of highly viscous liquids which are in pipes below certain conditions flow by issuing a forced change related on their state of flow is provided, in this way the separation and mixing of the moving liquids is facilitated.
Es gibt verschiedene Arten von hochviskosen Flüssigkeiten. Ein geschmolzenes Polymerisat besitzt z.B. eine Viskoaität von mehreren 100 Polse bis zu etwa 60 000 Poise oder sogar darüber. Wenn eine hochviskose Flüssigleit in einer Leitung fließt, bildet diese anacheinend einen laminaren Strom und die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung ist parabolisch. Mit anderen Worten, ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Mitte der Zeitung maximal und wird jedoch in Nähe der Innenwand beachtlich reduziert Der Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeit wird von derartigen Faktoren, wie der Viskosität der Flüssigkeit, bestimmt. Dies ist ein Naturgesetz, das in Abhängigkeit von den Bedingungen, bei welchen es angewendet wird, vorteilhaft oder nachteilig ist. Wenn z.B. ein geschmolzenes Folymerisat in einer Leitung von außerhalb der Leitung erhitzt wird, ist es erwünscht, daß das geschmolzene Itlymerisat während des Durchgangs durch die Leitung gleichförmig erhitzt wird. There are several types of highly viscous liquids. A melted one Polymer has, for example, a viscosity of several 100 poles up to about 60,000 Poise or even above. When a highly viscous liquid line flows in a pipe, this subsequently forms a laminar flow and the distribution of the flow velocity the line is parabolic. In other words, the speed is the Liquid is maximal in the middle of the newspaper and however becomes close to the inner wall The difference in flow velocity is reduced considerably from such Factors such as the viscosity of the liquid are determined. This is a law of nature that is advantageous depending on the conditions under which it is used or is disadvantageous. For example, if a molten Folymerisat in a line of is heated outside the conduit, it is desirable that the molten polymerizate is heated uniformly during passage through the conduit.
Tatsächlich wirkt jedoch das Naturgesetz sich in dieser Hinsicht nachteilig aus. Wenn das Erhitzen von außen unter solchen Bedingungen ausgeführt wird, daß die Fließgeschwindigkeit in der Mitte einer Leitung groß und in Nähe der Innenwand gering ist, wird die Flüssigkeit in Nähe der Innenwand leichter erhitzt als die'Flüssigkeit in der Mitte. Da ueberdies die Fließeschwindigkeit in Nähe der Innenwand geringer ist als diejenige in der Mitte, erfordert es eine längere Zeitdauer für die FlUsSigRelt am Umfang, durch eine Leitung von gegebener Länge zu gehen. Es darf sicher gesagt werden, daß wenn die Temperaturverteilung eines geschmolzenen Polymerisats im Kreisquerschnitt der Leitung am Auslaß gemessen wird, die Temperatur in der Mitte niedrig ist und allmählich in Richtung des Umfangs hdher wlrd. Somit wird das geschmolzene Polymerisat nicht gleichmäßig erhitzt. Dies führt zu derartigen naohteiligen Ergebnissen, die nachstehend näher erläutert sind. Insbesondere wird ein geschmolzenes Polymerisat, das mit einer sehr geringen Geschwindigeit entlang der Innenwand der Leitung fließt, bei hohen Temperaturen wlillrend einer längeren Zeitdauer gehalten, was zu einer thermischen Verschlechterung oder Denaturierung in verschiedenen Weisen führt. Wenn das geschmolzene Polymerisat, in welchem die Verschlechterten oder denaturierten Anteile vermischt Bind, urnittelbar einer Spinnvorrichtung zugerührt wird, werden sicht nur die Spinnbedingungen verschlechtert, sondern es tritt auch eine ttngleichfrmigkeit in der Qualität der erhaltenen Fäden auf. Auch im Falle des Kühlens von außerhalb der Leitung wird die Flüssigkeit am Umfang leichter gekUhlt als die sich index Mitte bewegende Flüssigkeit, wäs zu einem Unterschied in der Qualität. führt. In fact, however, the law of nature works in this regard disadvantageous. When the external heating is carried out under such conditions becomes that the flow velocity in the middle of a pipe is great and in the vicinity of the If the inner wall is small, the liquid near the inner wall is more easily heated than the 'liquid in the middle. In addition, the flow rate is close to the Inner wall is smaller than that in the middle, it requires a longer period of time for the FlUsSigRelt on the circumference, to go through a pipe of a given length. It can safely be said that if the temperature distribution of a molten Polymer is measured in the circular cross section of the line at the outlet, the temperature is low in the middle and gradually wlrd towards the perimeter. Consequently will that molten polymer is not heated evenly. this leads to such negative results, which are explained in more detail below. In particular, a molten polymer is produced at a very low speed flows along the inner wall of the pipe, at high temperatures it becomes turbulent held for extended periods of time, resulting in thermal deterioration or denaturation leads in different ways. When the molten polymer in which the Deteriorated or denatured fractions are mixed in with a spinning device is added, only the spinning conditions are worsened, but rather it there is also a non-uniformity in the quality of the threads obtained. Even in the case of cooling from outside the conduit, the liquid becomes lighter around the periphery Cooled as the fluid moving in the middle of the index, which makes a difference in quality. leads.
Zur Beseitigung der vorstehend geschilderten Nachteile wurden Arbeitsweisen zum Mischen von Flüssigkeit in Leitungen vorgeschlagen. Gemäß einer derartigen Arbeitsweise ist eine Vorrichtung zum mechanischen Rühren von Flüssigkeite'n in einer Leitung vorgesehen. Jedoch ist innerhalb der Leitung dor Druck aufgrund eines großen Druckabfalls in einer hochviskosen Flüssigkeit während des Durohgehens hoch. Es ist schwierig, eine Rûhrwelle dicht anzuordnen und wenn während der Betriebsfnhrung ein Lecken stattfindet, ist man gezwungen, den Betrieb zu unterbrechen. Bei der Arbeitsweise gemäß der Erfindung wird ein mechanisches Rühren nicht angewendet.To eliminate the disadvantages outlined above, procedures were proposed for mixing liquid in lines. According to such an operation is a device for mechanical stirring of liquids in a pipe intended. However, there is pressure within the line due to a large pressure drop high in a highly viscous liquid while going through the dehydration. It's tough, to arrange a stirrer shaft tightly and if there is a leak during operation takes place, one is forced to interrupt operations. In the way of working according to the invention, mechanical stirring is not used.
Ausgehend von der praktischen Erfahrung bezüglich der vorstehend geschilderten Schwierigkeiten wurde gemäß der Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten in einer Leitung für ein hochviskoses fließfähiges Material gesehaffen, worin StrUmungs-ändernde Elemente von spezifischer Ausbildung so vorgesehen sind, um eine erzwungene Xnderung dem Fließzuatand zu erteilen und die Trennung und das Mischen der sich bewegenden Flüssigkeit zu erleiohtern. Based on practical experience relating to the above According to the invention, an improved device has been found to overcome the difficulties outlined for mixing liquids in one line for a highly viscous flowable material, in which flow-changing elements of more specific Training are provided to give a forced change to the flow state and to accomplish the separation and mixing of the moving liquid.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Mischvorrichtung, durch welche die Verhinderung einer Versohlechterung der Qualität einer hochviskosen Flüssigkeit von irgendeiner Art, die durch eine gegebene Leitung transportiert wird, ermöglicht wird. Ein weiteer Zweck der Erfindung lt die Schaffung einer Mischvorrichtung, durch welche das Auftreten einer Ausscheidung oder Absonderung verhindert werden kann, wenn eine hochviskose Flüssigkeit, die eine verschiedene Substanzart enthält, durch eine gegebene Leitung transporti,ert wird. Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Mischvorrichtung, durch welche ein geschmolzenes Polymerisat oder eine andere Flüssigkeit, die durch eine Leitung fließt, gleichförmig erhitzt oder gekühlt wird, wobei das Erhitzen oder Kühlen von außerhalb der Leitung erfolgt. The object of the invention is to provide a mixing device by which prevent spoiling of the quality of a highly viscous liquid of any kind carried by a given line will. Another purpose of the invention is to provide a mixing device which can prevent excretion or exudation from occurring, when a highly viscous liquid containing a different type of substance passes through a given line is transported. Another object of the invention is to provide a mixing device through which a molten polymer or another Liquid flowing through a pipe, heated or cooled uniformly, the heating or cooling being carried out from outside the conduit.
Noch ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Leitung, die an dem äußeren Teil eine Heizeinrichtung und im Innern eine Mischvorrichtung gemäß der Erfindung aufweist, die die Gleichförmigkeit der Polymerisatqualität erleichtert und eine Verbesserung der Spinnbarkeit liefert, wenn ein thermoplatisehes Polymerisat, beispielsweise ein Polyamid oder ein Polyester, aus einer Schmelzeinribhtung in eine Spinntorriehtung geleitet wird, oder wenn ein geschmolzenes polymerlÇat aus einer Polymerisationavorriohtung unmittelbar in eine Spinneinriohtung geleltet wird. Ein welterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Strömungsänderungs elementes innerhalb einer Leitung, durch welches eine hochviskose EUsalgkeit, die mit einer sehr geringen aeschwlndlgkeit entlang der Innenwand der Leitung fließt, von der Wand abgetrennt und gleichförmig durch die Leitung hindurch bei irgendeinem beliebigen gegebenen Querschnitt verteilt wird und somit eine qleichförmigkeit der Qualität der in der Leitung fließenden hochviskosen Flüssigkeit erreicht wird. Ferner bezweckt die Erfindung eine ErhöhUng des Grades der Gleichrörmigkeit einer hochviskosen Flüssigkeit durch die Schaffung von zwei oder mehreren die Strömung oder den Fluß ändernden Elementen.Yet another purpose of the invention is to provide a conduit, on the outer part a heating device and inside a mixing device according to the invention, which facilitates the uniformity of the polymer quality and provides an improvement in spinnability if a thermoplastic polymer, for example a polyamide or a polyester, from a melt unit in a spinning gate is passed, or if a melted polymeric material is made a Polymerisationvorriohtung is geleltet directly into a Spinneinriohtung. Another purpose the invention is to provide a flow alteration element within a line, through which a highly viscous EUsalgkeit that flows with very little swirl along the inner wall of the pipe, separated from the wall and uniform through the conduit at any one any given cross-section is distributed and thus a uniformity of the Quality of the highly viscous liquid flowing in the line is achieved. Further The invention aims to increase the degree of uniformity of a highly viscous Liquid by creating two or more of the current or the river changing elements.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt eine senkrechte Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung, worin eine Mehrzahl von die Strömung ändernden Elementen in Reihe innerhalb einer Leitung angeordnet ist. Fig. 1 shows a vertical sectional view of an embodiment of the invention wherein a plurality of the flow changing elements in series is arranged within a line.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Ausführungsform gemäß der Erfindung. Fig. 2 shows a cross section of the embodiment according to the invention.
Fig. 3 zeigt eine Vorderanalcht des die Strömung Endern-Aen Elementes gemäß der Erfindung. Fig. 3 shows a frontal view of the flow Endern-Aen element according to the invention.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 3. FIG. 4 is a sectional view taken along line A-A of FIG. 3.
Fig. 5 ist eine Vorderansicht des die Strömung ändernden Elementes gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 is a front view of the flow changing element according to another embodiment of the invention.
Fig. 6 ist eine Schnittansioht entlang der Linie B-B von Fig. 5. FIG. 6 is a sectional view taken along line B-B of FIG. 5.
Fig. 7 ist eine Vorderansicht einer anderen Ausführungaform eines die Strömung ändernden Elementes gemäß der Erfindung. Fig. 7 is a front view of another embodiment of a the flow changing element according to the invention.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der LinieC-C vpn Fig. 7 und Fig. 9 ist eine Ansicht, die den Fluß in Nähe einer zungeartigen Führungsschaufel erläutert. Fig. 8 is a sectional view taken along line C-C of Figs. 7 and 7 Fig. 9 is a view showing the flow in the vicinity of a tongue-like guide vane explained.
Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, ist eine Mehrzahl von die Strömung ändernden Elementen a im Abstand voneinander in einem rohrfUrmigen Körper 1 mit einem runden Querschnitt eingesetzt und innerhalb der Leitung durch einen Zwischenzylinder 4 befestigt. Das die Strömung ändernde Element a besteht aus einem ringförmigen Glied 2 und einer zungenartigen Führungsschaufel 3 (die als zungenartiges Stück 3 bezeichnet wird). Das zungenartige Stück 3 ist von einer gewUnschten Gestalt. Beispielsweise ist es, wie in denE'ig. 3 und 4 gezeigt, von einer Gestalt, bei welcher etwa entlang des halben Umfanges des ringförmigen Gliedes 2 ein nach innen gerichteter faltenartiger vorstehender Körper gebildet ist, dessen Spitze von der Wand der Leitung in den Stromdurohgang mit einer geeigneten Neigung zu der Innenwand der Leitung vorsteht. Wenn das zungenartige Stück 3 zu wenig vorsteht, ist es für die Erzielung der Zwecke gemäß der Erfindung ungeeignet, und wenn es andererseits zu weit vorsteht, erhöht es wahrscheinlich den Strömungswiderstand innerhalb der Leitung. Das Ausmaß oder der Grad des Vorstehens des zungenartigen Stückes 3 soll daher in Abhängigkeit von der Viskosität und der Fließgeschwindigkeit der FlUssigkeit bestimmt werden. Aufgrund der Tatsache, daß die Zwecke der Erfindung durch das VorstehendeS zungenartigen Stückes 3 nach innen von der Wand der Leitung erreicht werden, sind der Aufbau des ringförmigen Gliedes 2 und die Weise von dessen Befestigung an dem rohrförmigen Körper 1 nicht auf die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformn beschränkt. Wenn eine Mehrzahl von die Strömung ändernden Elementen a vorgesehen ist, können die zungenartigen Stücke 3 in gegenUberliegender Weise, wie in Fig. 2 gezeigt, mit einer gewählten Phasenabweichung angeordnet sein. As shown in Figures 1 through 4, a plurality of them are the flow changing elements a at a distance from each other in a tubular body 1 with a round cross-section and inserted within the line through an intermediate cylinder 4 attached. The flow changing element a consists of an annular one Link 2 and a tongue-like guide blade 3 (which, as a tongue-like piece 3). The tongue-like piece 3 is of a desired shape. For example, it is like in the E'ig. 3 and 4, of a shape in which approximately along half the circumference of the annular member 2 an inwardly directed fold-like protruding body is formed, the tip of which from the wall of the pipe into the Stromdurohgang with a suitable slope to the inner wall the Heads up. If the tongue-like piece 3 protrudes too little, it is for the Achieving the purposes according to the invention is unsuitable, and when it is on the other hand too protrudes far, it is likely to increase the flow resistance within the conduit. The extent or degree of protrusion of the tongue-like piece 3 should therefore be in Determined as a function of the viscosity and the flow rate of the liquid will. Due to the fact that the purposes of the invention are clarified by the foregoing S. tongue-like piece 3 can be reached inwards from the wall of the pipe the structure of the annular member 2 and the manner of its attachment to the tubular body 1 does not apply to the embodiments shown in FIGS limited. When a plurality of the flow changing elements a are provided is, the tongue-like pieces 3 can in an opposite manner, as in Fig. 2, be arranged with a selected phase deviation.
Wenn eine hochviskose Füssigkeit innerhalb einer Leitung fließt, ist die strömung ungleichförmig wobei die Fließgeschwindigkeit index Mitte hoch und entlang der Leitungswand niedrig ist. Um dies zu regeln, wird ein Mischen der strUmenden FlUssigkeit vorgeschlagen. Die Vorrichtung dieser Art war auf verschiedene Weisen verbessert worden. Beispielsweise war versucht worden, die strömenden Flüssigkeiten zu mischen, indem man den Strom in mehrere 8trUme unterteilt und dann zu einem einzigen Strom mischt. Die durch diese Versuche erzielten Ergebnis.vo waren jedoch nicht völlig zufriedenstellend. If a highly viscous liquid flows within a pipe, If the flow is uneven, the flow velocity index is middle high and is low along the duct wall. To regulate this, a mixing of the Flowing liquid suggested. The device of this type was various Ways have been improved. For example, attempts had been made to control the flowing liquids to mix by dividing the stream into several 8trUme and then into a single one Electricity mixes. However, the results obtained by these experiments were not completely satisfactory.
Gemäß der Erfindung wurde eine Mischvorrichtung geschaffen, bei welcher eine strömende Flüsiigkeit von niedriger Geschwindigkeit, die entlang der Wand eines Strömungsdurchganges fließt, abgetrennt und gegen die Mitte der Leitung gedrückt wird. Wenn die langsam sich bewegende Flüsfligkeit am Umfang an der inneen Oberfläche des zungenartigen Stückes 3 vorbeigeht und sich zu dessen Spitze vorbewegt,,wird sie, wie dies in Fig. 1 durch Pfeile'angezeigt ist, gegen die axiale Mitte gerichtet und gleichzeitig preßt sie eine Flüssigkeit, die durch einen von dem zungenartigen Stück 3 freien Teil durchgeht. An der Stelle, bei welcher die FlUssigkeit bich von dem zungenartigen Stück 3 losreißt, ist sie vollstandig getrennt. Das wesen,tliche Merkmal der Erfindung ist daher darin zu sehen, daß. die Strömungsänderung und die Trennung nacheinander bei verschiedenen Phasen innerhalb der Leitung herbeigeführt werden, wodurch die Flüssigkeit. innerhalb der Leitung gleichförmig gemischt wird. Für diesen Zweck können auch andere Ausführungsfoen gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangen, wie sie inden Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Eine Mehrzahl von zungenartigen Stücken 3 ist in einen die Strömung ändernden Element a vorgesehen. According to the invention there has been provided a mixing device in which a flowing liquid of lower Speed that along the wall of a flow passage flows, severed and towards the center of the conduit is pressed. When the slowly moving liquid on the periphery on the inside Surface of the tongue-like piece 3 passes and is advanced to the tip thereof they, as shown in Fig. 1 by arrows', directed towards the axial center and at the same time it presses a liquid flowing through one of the tongue-like Piece 3 goes through free part. At the point at which the liquid deviates from the tongue-like piece 3 tears away, it is completely separated. The essentials Feature of the invention is therefore to be seen in the fact that. the change in flow and the Separation brought about successively at different phases within the line be making the liquid. is mixed uniformly within the pipe. Other embodiments according to the invention can also be used for this purpose as shown in Figs. A plurality of tongue-like Pieces 3 is provided in a flow changing element a.
Die Trennung de'r'Flüssigkeit findet an einer Stelle statt, bei welcher sie sich von dem zungenartigen Stück 3 losreißt; in diesem Fall gelangt die Flüssigkeit teilweise zu der Spitze des zuntenartigen Stückes 3 und bewegt sich teilweise nach rechts und nach links von dem zungenartigen Stück 3 vorwärts. In jedem Falle wird die Flüssigkeit gegen einen Raum gepaßt, in welohem die zungenartlgen Stücke 3 fehlen.The separation of the liquid takes place at a point where it tears itself away from the tongue-like piece 3; in this case the liquid will get there partly to the tip of the tongue-like piece 3 and partly moves behind right and left of the tongue-like piece 3 forward. In any case, will the liquid fitted against a space in which the tongue-like pieces 3 are missing.
Uberdies können, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, Strömung trenneinrichtungen an einer Oberfläche des zungenartigen Stückes 3 entgegengesetzt zu dem Strom vorgesehen sein.In addition, as shown in FIGS. 7 and 8, flow separation devices provided on a surface of the tongue-like piece 3 opposite to the flow be.
Zungenartige stücke 3 vnn verschiedenen Gestaltenkönnen gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangen. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Mehrzahl von zungenartigen Stücken 3 innerhalb des rohrförmigen Körpers in gleichen oder geeigneten Abständen knd auch bei gewählten Phasen angebracht sein.Tongue-like pieces 3 of different shapes can according to the Invention come to use. As mentioned above, a plurality of tongue-like pieces 3 within the tubular body in the same or suitable Distances can also be appropriate for selected phases.
Gemäß der Erfindung wird dieFlUssigkeit, die sich entlang der Wand einer Leitung bewegt, von der Wand durch dxi oder eine Mehrzahl von zungenartigen Stücken 3, die an der Innenwand des rohrförmigen Körpers befestigt sind, abgetrennt und das Auftreten eines gemischten Stromes oder Flusses in einem Stromdurchgang wird herbeigeführt. Der Grad der Gleichförmigkeit der Flüssigkeit wird iln VerhEltnis zur Anzahl' von zungenartigen Stücken 3 erhöht. Die Verwendung von zu vielen zungenartigen Stücken 3 wird nicht bevorzugt, da dies zu einer Steigerung des Leitungswiderstandes führt Vorzugsweiae sollen die zungenartigen Stücke 3 mit einer geeigneten Phasenabwelchung in senkrechter Richtung, d.h. in Strömungsrichtung, angeordnet werden. According to the invention, the liquid that spreads along the wall a conduit moved, from the wall by dxi or a plurality of tongue-like Pieces 3 attached to the inner wall of the tubular body are severed and the occurrence of a mixed stream or flow in a current passage is brought about. The degree of uniformity of the liquid is in proportion to the number 'of tongue-like pieces 3 increased. The use of too many tongue-like Pieces 3 is not preferred because it leads to an increase in line resistance The tongue-like pieces 3 should preferably have a suitable phase deviation in the vertical direction, i.e. in the direction of flow.
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