DE19733973A1

DE19733973A1 - Kreuzbalkenmischdüse

Info

Publication number: DE19733973A1
Application number: DE19733973A
Authority: DE
Inventors: Goetz Lauschke; Wilfried Schierholz; Stefan Ott
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Siemens Axiva GmbH and Co KG
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: BR9811841A; DE19733973C2; WO1999007461A1; EP1001841A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien, aufweisend eine Leitung mit einem inneren Durchmesser D_i, durchströmbar für ein erstes Medium, sowie mindestens zwei Mittel zum Zumischen eines zweiten Mediums in das erste Medium, die in der Leitung angeordnet und rohrförmig gestaltet sind sowie einen äußeren Durchmesser D_a aufweisen.

Vorrichtungen dieser Art sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als eine Düse mit Drallkammer, als statische Mischer oder als Mischsysteme mit bewegbaren Einbauten. In der Strömungsmeßtechnik werden manche der eingangs genannten Vorrichtungen benutzt, um Stromlinien durch Einfärbung sichtbar zu machen.

Diese erstgenannten Vorrichtungen haben teils den Nachteil eines hohen Druckverlustes, teils neigen sie infolge großer Oberflächen zur Verschmutzung, teils verursachen sie hohen Konstruktions- und Montageaufwand und teils erfordern sie einen zusätzlichen Antrieb und zusätzliche Dichtungen. Dagegen dient die zweitgenannte Gruppe zum Dosieren, nicht aber zum schnellen Mischen, wie es für Anwendungen in der chemischen Verfahrenstechnik beispielsweise erforderlich ist.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bezüglich des schnellen und effektiven Dosierens und Mischens bereitzustellen, die zudem noch einfach herzustellen und zu warten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien, aufweisend eine Leitung mit einem inneren Durchmesser D_i, durchströmbar für ein erstes Medium, sowie mindestens zwei Mittel zum Zumischen eines zweiten Mediums in das erste Medium, die in der Leitung angeordnet und rohrförmig gestaltet sind sowie einen äußeren Durchmesser D_a aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Mittel jeweils eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, durch die das zweite Medium in das erste Medium einmischbar ist, daß die mindestens zwei Mittel einen eckigen Querschnitt aufweisen und kreuzförmig zueinander und in Strömungsrichtung hintereinander in einem Abstand von höchstens 10.D_a angeordnet sind.

Besondere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine erste Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Mittel mindestens 4 Öffnungen aufweisen. Außerdem wird die kreuzförmige Anordnung vorteilhafterweise so gewählt, daß die freie Querschnittsfläche der Leitung ein Minimum ist. Eine quadratische Querschnittsfläche ist besonders günstig, ebenso wie Abstände von höchstens 5.D_a, bevorzugt höchstens 2.D_a. Günstige Verhältnisse von D_a zu D_i liegen im Bereich von 0,1 bis 0,33.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden auch Kreuzbalkenmischdüse (KMD) genannt.

Die Vorteile der KMD liegen in ihrer einfachen und kompakten Bauweise begründet: geringer Fertigungs- und Montageaufwand, starke Verwirbelung der Strömung direkt an dem Ort der Zugabe des zweiten Mediums und dadurch kurze Mischlängen bei kleiner äußerer Oberfläche, keine bewegten Teile.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer möglichen Ausgestaltung der KMD, dargestellt in den Fig. 1 und 3 sowie dem Ergebnis einer Strömungsberechnung in Fig. 4, näher erläutert.

Eine Beschränkung der Erfindung in irgendeiner Weise ist dadurch nicht beabsichtigt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine KMD in aufgebrochener, perspektivischer Seitenansicht;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die KMD senkrecht zur Strömungsrichtung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die KMD parallel zur Strömungsrichtung;

Fig. 4 berechnete Strömungsverhältnisse an einer KMD.

Eine KMD 1 besteht im wesentlichen aus einer Leitung 2 für ein erstes Medium, üblicherweise ein Rohr mit einem inneren Durchmesser 9 (D_i), in das mehrere - in Fig. 2 vier - rohrförmige Mittel 3 - nachfolgend Kreuzbalken 3 genannt - zum Zumischen eines zweiten Mediums eingebaut sind. Die Mittel haben einen quadratischen Querschnitt und sind in Strömungsrichtung 4 hintereinander und kreuzförmig angeordnet. Der Abstand 5 zwischen zwei Kreuzbalken 3 ist kleiner als deren äußerer Durchmesser 6 (D_a), die Diagonale des Querschnitts. In Fig. 2 sind die Kreuzbalken so gegeneinander versetzt angeordnet, daß die freie Querschnittsfläche der Leitung 2 minimal ist. Die Reihenfolge der Anordnung kann dabei beliebig gewählt werden. Die Zumischung des zweiten Mediums erfolgt über Zuleitungen 7 und Öffnungen (Bohrungen oder Löcher) 8. Bevorzugt liegen die Öffnungen 8 radial in der Mitte zwischen der Außenwand des Rohres 2 und der Außenkante eines der anderen Kreuzbalken 3 (Fig. 2). Sie sind bevorzugt auf der stromabwärtigen Seite der Kreuzbalken 3 angebracht.

Fig. 4 zeigt berechnete Strömungsverhältnisse an einer KMD 1 mit zwei quadratischen Kreuzbalken 3. Wie zu sehen ist, stören die Kreuzbalken 3 die Strömung in zwei Achsen und sorgen für eine intensive Verwirbelung direkt hinter ihnen. Die Dosierung des zweiten Mediums erfolgt so an dem Ort starker Verwirbelung. Dadurch entsteht eine schnelle und druckverlustarme Vermischung. In einer bevorzugten Betriebsweise sind die Maße so auf die Strömung abgestimmt, daß die hinter den Kreuzbalken entstehende Wirbelstraße instationär pendelt. Solche bevorzugten Abmessungen kann man über solche berechneten Strömungsverhältnisse ermitteln. Die numerischen Methoden hierzu sind dem Fachmann geläufig.

Claims

1. Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien, aufweisend eine Leitung (2) mit einem inneren Durchmesser D_i (9), durchströmbar für ein erstes Medium, sowie mindestens zwei Mittel (3) zum Zumischen eines zweiten Mediums in das erste Medium, die in der Leitung (2) angeordnet und rohrförmig gestaltet sind sowie einen äußeren Durchmesser D_a (6) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Mittel (3) jeweils eine oder mehrere Öffnungen (8) aufweisen, durch die das zweite Medium in das erste Medium einmischbar ist, daß die mindestens zwei Mittel (3) einen eckigen Querschnitt aufweisen und kreuzförmig zueinander und in Strömungsrichtung hintereinander in einem Abstand (5) von höchstens 10.D_a angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Mittel (3) mindestens 4 Öffnungen (8) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreuzförmige Anordnung so gewählt ist, daß die freie Querschnittsfläche der Leitung ungefähr ein Minimum ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der rohrförmigen Mittel (3) quadratisch ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (5) höchstens 5.D_a, bevorzugt höchstens 2.D_a, besonders bevorzugt höchstens D_a ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Vorrichtung so auf die Strömung abgestimmt, daß die hinter den Mitteln (3) zum Zumischen entstehende Wirbelstraße instationär pendelt.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von D_a zu D_i einen Wert aus dem Bereich von 0,1 und 0,33 hat.