DE20000841U1 - Nozzle device in a dissolving apparatus for dissolving a solid in a solvent - Google Patents
Nozzle device in a dissolving apparatus for dissolving a solid in a solventInfo
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Abstract
Description
089GM 1AO089GM 1AO
13.01.200013.01.2000
in einem Lösungsmittelin a solvent
Die Neuerung betrifft eine Düsenvorrichtung in einer Auflöseapparatur zur Auflösung eines Feststoffes in einem Lösungsmittel, vorzugsweise eines putverförmigen Feststoffes in Wasser, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The innovation relates to a nozzle device in a dissolving apparatus for dissolving a solid in a solvent, preferably a powdery solid in water, according to the preamble of claim 1.
In der Getränkeindustrie besteht oft das Problem, bestimmte Zutaten, die als Feststoff in pulverisierter Form vorliegen, wie beispielsweise Zitronensäure oder Süßstoffe, in eine wäßrige Lösung zu überführen, um sie in diesem Zustand im Rahmen des Herstellungsprozesses des jeweiligen Getränks weiterzuverarbeiten. Zur Auflösung der jeweiligen Feststoffes ist es zunächst erforderlich, diesen im Lösungsmittel, dem Wasser, zu suspendieren. Es ist bekannt, die aufzulösende Menge Feststoff beispielsweise in einen Mischtank einzubringen, in dem die hierzu notwendige Menge Wasser vorgelegt ist, und anschließend mittels einer Rühreinrichtung zu suspendieren. Diese Rühreinrichtung kann beispielsweise aus einem motorisch angetriebenen Rührer bestehen. Darüber hinaus werden die Rührwirkung und Suspendierung noch dadurch verbessert, daß die Lösemittel-Feststoff-Suspension über eine Kreislaufleitung außerhalb des Mischtanks umgepumpt und letzterem wieder zugeführt wird. Dabei wird üblicherweise die Suspension über den Bodenteil des Mischtanks entnommen und im Bereich des zylinderförmigen Mantelteils wieder zugeführt. Bei der Auflösung von Zitronensäure oder Süßstoffen ergeben sich bei einer derartigen Auflöseapparatur Auflösezeiten beispielsweise von 15 bis 20 Minuten.In the beverage industry, there is often the problem of converting certain ingredients that are present as solids in powdered form, such as citric acid or sweeteners, into an aqueous solution in order to process them further in this state as part of the production process for the respective beverage. In order to dissolve the respective solid, it is first necessary to suspend it in the solvent, water. It is known to introduce the amount of solid to be dissolved into a mixing tank, for example, in which the necessary amount of water has been placed, and then to suspend it using a stirring device. This stirring device can consist of a motor-driven stirrer, for example. In addition, the stirring effect and suspension are improved by pumping the solvent-solid suspension through a circulation line outside the mixing tank and feeding it back into the latter. The suspension is usually removed via the bottom part of the mixing tank and fed back into the area of the cylindrical jacket part. When dissolving citric acid or sweeteners, dissolution times of 15 to 20 minutes, for example, can be achieved with such a dissolving apparatus.
Neben dem grundsätzlichen Bedürfnis, die Auflösezeiten möglichst kurz zu gestalten, sind insbesondere die motorisch angetriebenen Rühreinrichtungen der bekannten Auflöseapparaturen von Nachteil, da sie einerseits an sich apparativ relativ aufwendig sind, andererseits aber auch reinigungskritische Einbauten darstellen, die sich oftmals nur schwer oder unzureichend im Wege einer sogenann-In addition to the basic need to keep the dissolving times as short as possible, the motor-driven stirring devices of the known dissolving apparatus are particularly disadvantageous because, on the one hand, they are relatively complex in terms of equipment, but on the other hand they also represent cleaning-critical components that can often only be removed with difficulty or inadequately by means of a so-called
089GM1A0 &Iacgr; \.i.: : &Iacgr; . i :: :089GM1A0 &Iacgr; \.i.: : &Iacgr; . i :: :
ten automatischen Durchflußreinigung (CIP-Reinigung: Cleaning in place, was soviel bedeutet wie Reinigung an Ort und Stelle) reinigen lassen.The system can be cleaned using automatic flow-through cleaning (CIP: Cleaning in place).
Es ist Aufgabe der Neuerung, die Auflösezeit in einem Mischtank gegenüber bekannten Auflöseapparaturen der gattungsgemäßen Art zu verkürzen und die Apparatur selbst zu vereinfachen.The aim of the innovation is to shorten the dissolving time in a mixing tank compared to known dissolving apparatus of the generic type and to simplify the apparatus itself.
Diese Aufgabe wird durch eine Düsenvorrichtung in einer Auflöseapparatur zur Auflösung eines Feststoffes in einem Lösungsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorgeschlagenen Düsenvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a nozzle device in a dissolving apparatus for dissolving a solid in a solvent with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the proposed nozzle device are the subject of the subclaims.
Im Gegensatz zu bekannten Auflöseapparaturen wird die Suspension dem Mischtank nicht über dessen Mantelteil zugeführt, sondern über dessen Bodenteil. Hierzu ist eine Düsenvorrichtung vorgesehen, die sich, ausgehend von einem Zuleitungsrohr und in Strömungsrichtung gesehen, in eine Ringspaltdüse und eine Rohrdüse verzweigt. Die Ringspaltdüse generiert dabei einen Ringspaltstrom, der im wesentlichen quer zur Längsachse des Mischtanks gerichtet ist. Der verbleibende Teilstrom der zugeführten Suspension wird über eine Rohrdüse ausgebracht, die im Mischtank einen Treibstrom generiert, der, bezogen auf die Längsachse des Mischtanks, eine zu dessen Kopfteil gerichtete axiale und zusätzlich eine tangentiale Richtungskomponente aufweist.In contrast to known dissolving apparatus, the suspension is not fed into the mixing tank via its shell part, but rather via its base part. For this purpose, a nozzle device is provided which, starting from a feed pipe and viewed in the direction of flow, branches into an annular gap nozzle and a tubular nozzle. The annular gap nozzle generates an annular gap flow which is directed essentially transversely to the longitudinal axis of the mixing tank. The remaining partial flow of the fed suspension is discharged via a tubular nozzle which generates a driving flow in the mixing tank which, in relation to the longitudinal axis of the mixing tank, has an axial directional component directed towards the top part and an additional tangential directional component.
Durch die vorgenannten Merkmale wird über die Rohrdüse ein Konvektionsstrom im Mischtank erzeugt, der dort den gesamten Tankinhalt erfaßt und diesen sowohl in vertikaler als auch in tangentialer Richtung umwälzt. Der über die Ringspaltdüse ausgebrachte andere Teilstrom der Suspension kreuzt den vorzugsweise abwärts gerichteten Konvektionsstrom und führt dadurch einerseits zu einer intensiven Durchmischung der Suspension und andererseits begünstigt diese sehr energiereiche Querströmung die Suspendierbedingungen. Da sowohl die Entnahme der Suspension als auch ihre Zuführung über den Bodenteil des Mischtanks erfolgen, kreuzen sich der Konvektionsstrom und der RingspaltstromDue to the aforementioned features, a convection current is generated in the mixing tank via the pipe nozzle, which captures the entire tank contents and circulates them both vertically and tangentially. The other partial flow of the suspension discharged via the annular gap nozzle crosses the preferably downward-directed convection current and thus leads on the one hand to intensive mixing of the suspension and on the other hand this very high-energy cross flow promotes the suspension conditions. Since both the removal of the suspension and its supply take place via the bottom part of the mixing tank, the convection current and the annular gap current cross each other.
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zwangsläufig. Durch den Konvektionsstrom wird demnach der gesamte Tankinhalt planmäßig in den Misch- und Auflösungsprozeß einbezogen; stagnierende Bereiche im Tank mit weniger günstigen Stoffaustauschbedingungen werden dadurch zuverlässig vermieden.
5inevitable. The convection current therefore systematically involves the entire tank contents in the mixing and dissolving process; stagnant areas in the tank with less favorable mass transfer conditions are thus reliably avoided.
5
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Ringspaitdüse derart auszubilden, daß sie sich über einen annähernd 360 Grad umfassenden Ausbringungswinkel erstreckt. Durch diese Maßnahme wird der Ringspaltstrom über den gesamten Querschnittsbereich des Mischtanks ausgetragen und kann sich dadurch mit dem über den gesamten Umfang des zylindrischen Mantels des Mischtanks abwärts strömenden Konvektionsstrom kreuzen.It has proven advantageous to design the annular gap nozzle in such a way that it extends over an application angle of approximately 360 degrees. This measure ensures that the annular gap flow is discharged over the entire cross-sectional area of the mixing tank and can therefore intersect with the convection flow flowing downwards over the entire circumference of the cylindrical shell of the mixing tank.
Die vorgeschlagene Düsenvorrichtung vereinfacht sich in vorteilhafter Weise, wenn, wie dies weiterhin vorgeschlagen wird, das Zuleitungsrohr der Düsenvorrichtung durch ein der Entnahme der Suspension aus dem Bodenteil dienendes Abiaufgehäuse hindurchgeführt ist. In diesem Falle ist nur eine einzige Öffnung im Bodenteil des Mischtanks erforderlich.The proposed nozzle device is advantageously simplified if, as is further proposed, the feed pipe of the nozzle device is led through a drain housing used to remove the suspension from the bottom part. In this case, only a single opening in the bottom part of the mixing tank is required.
Wird, wie dies eine andere Ausführungsform vorsieht, das Zuieitungsrohr koaxial im Bodenteil angeordnet, dann vereinfacht sich einerseits die Anordnung zusätzlich, andererseits ergeben sich durch die weitgehend axialsymmetrische Ausprägung des Strömungsbildes im Mischtank besonders günstige Auflöse- und Suspendierbedingungen. If, as another embodiment provides, the supply pipe is arranged coaxially in the bottom part, then on the one hand the arrangement is further simplified, and on the other hand the largely axially symmetrical nature of the flow pattern in the mixing tank results in particularly favorable dissolving and suspending conditions.
Die Auflöse- und Suspendierbedingungen werden weiterhin dadurch entscheidend verbessert, wenn der zu suspendierende und aufzulösende Feststoff nicht unmittelbar dem Mischtank, sondern der im Kreislauf außerhalb des Mischtanks umgepumpten Suspension zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, daß eine Zuführeinrichtung für den Feststoff in eine zwischen dem Ablaufgehäuse und einer Umwälzpumpe vorgesehene Saugleitung einmündet.The dissolving and suspending conditions are further significantly improved if the solid to be suspended and dissolved is not fed directly to the mixing tank, but to the suspension pumped around in the circuit outside the mixing tank. For this purpose, it is proposed that a feed device for the solid flows into a suction line provided between the drain housing and a circulation pump.
089GM1A0 ': \.i.: : ": . j :: :089GM1A0 ': \.i.: : ": . j :: :
Optimierte Bedingungen beim Suspendieren und Auflösen stellen sich ein, wenn die Düsenvorrichtung derart querschnittsmäßig bemessen wird, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Zuleitungsrohr &ngr; = 2,5 bis 3 m/s, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Ringspaltdüse vi = 10 bis 15 m/s, vorzugsweise 14 m/s, und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrdüse V2 = 4 bis 6 m/s, vorzugsweise 5 m/s, betragen.Optimized conditions for suspending and dissolving are achieved when the cross-section of the nozzle device is such that the average flow velocity in the feed pipe v = 2.5 to 3 m/s, the average flow velocity in the annular gap nozzle vi = 10 to 15 m/s, preferably 14 m/s, and the average flow velocity in the pipe nozzle V 2 = 4 to 6 m/s, preferably 5 m/s.
Ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Düsenvorrichtung gemäß der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the proposed nozzle device according to the innovation is shown in the drawing and is described below.
Figur 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Mischtank und eine darin angeordnete Düsenvorrichtung in Verbindung mit weiteren, ebenfalls nur schematisch dargestellten Teilen der Auflöseapparatur; Figure 1 shows a schematic representation of a longitudinal section through a mixing tank and a nozzle device arranged therein in connection with further parts of the dissolving apparatus, also only shown schematically;
Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt durch jenen Teil der Düsenvorrichtung, der in Figur 1 mit Einzelheit „X" gekennzeichnet ist und
Figur 2a eine Draufsicht auf die Düsenvorrichtung gemäß Figur 2. Figure 2 shows an enlarged longitudinal section through that part of the nozzle device which is marked with detail "X" in Figure 1 and
Figure 2a is a plan view of the nozzle device according to Figure 2.
Die Auflöseapparatur (Figur 1) besteht im wesentlichen aus einem Mischtank 1, mit einem Bodenteil 1a, einem zylindrischen Mantelteif 1b und einem Kopfteil 1c, einem an den Bodenteil 1 a angeflanschten Gehäuse 2, das aus einem Ablaufgehäuse 2b und einem darunter angeordneten Zulaufgehäuse 2a besteht, und einer vom Ablaufgehäuse 2b ausgehenden und in das Zulaufgehäuse 2a einmündenden Kreislaufleitung 6. Letztere besteht aus einer Saugleitung 6a, die das Ablaufgehäuse 2b mit einer Umwälzpumpe 5 verbindet, und einer Druckleitung 6b, die von der Umwälzpumpe 5 zum Zulaufgehäuse 2a führt. Eine Zuführeinrichtung 4 für einen Feststoff F mündet in die Saugleitung 6a ein.The dissolving apparatus (Figure 1) essentially consists of a mixing tank 1, with a base part 1a, a cylindrical casing part 1b and a head part 1c, a housing 2 flanged to the base part 1a, which consists of an outlet housing 2b and an inlet housing 2a arranged underneath, and a circulation line 6 extending from the outlet housing 2b and opening into the inlet housing 2a. The latter consists of a suction line 6a, which connects the outlet housing 2b to a circulation pump 5, and a pressure line 6b, which leads from the circulation pump 5 to the inlet housing 2a. A feed device 4 for a solid F opens into the suction line 6a.
Ausgehend von dem Zulaufgehäuse 2a durchdringt eine Düsenvorrichtung 3 das Ablaufgehäuse 2b, um über eine Bodenöffnung 1d im Bodenteil 1a in den Boden-Starting from the inlet housing 2a, a nozzle device 3 penetrates the outlet housing 2b in order to enter the bottom part 1a via a bottom opening 1d into the bottom part 1a.
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bereich des Mischtanks 1 einzugreifen. Die Düsenvorrichtung 3 besteht aus einem Zuleitungsrohr 3a (Figur 2), welches von einer zwischen Zulaufgehäuse 2a und Ablaufgehäuse 2b angeordneten, nicht näher bezeichneten Trennwand ausgeht und an seinem anderen Ende von einem Deckel 3b derart begrenzt ist, daß zwischen dem Ende des Zuleitungsrohres 3a und dem Deckel 3b eine Ringspaltdüse 3c gebildet wird. Der Deckel 3b ist dabei über wenigstens einen Verbindungssteg 3e mit dem Zuleitungsrohr 3a verbunden, und er ist weiterhin mit einer vorzugsweise zentrisch angeordneten Öffnung versehen, an die eine Rohrdüse 3d angeschlossen ist. Letztere ist derart ausgestaltet, daß ihre dem Deckel 3b abgewandte Austrittsöffnung eine Richtung aufweist, die zum einen eine zum Kopfteil 1c des Mischtanks 1 gerichtete axiale und zusätzlich eine tangentiale Richtungskomponente aufweist. Der vertikale Anstellwinkel der Rohrdüse 3d ist in Figur 2 mit &agr; gekennzeichnet, die tangentiale Richtungskomponente ergibt sich aus dem in Figur 2a mit &bgr; bezeichneten tangentialen Anstellwinkel.area of the mixing tank 1. The nozzle device 3 consists of a supply pipe 3a (Figure 2) which extends from a partition wall (not shown in more detail) arranged between the inlet housing 2a and the outlet housing 2b and is delimited at its other end by a cover 3b in such a way that an annular gap nozzle 3c is formed between the end of the supply pipe 3a and the cover 3b. The cover 3b is connected to the supply pipe 3a via at least one connecting web 3e and is further provided with a preferably centrally arranged opening to which a pipe nozzle 3d is connected. The latter is designed in such a way that its outlet opening facing away from the cover 3b has a direction which has an axial directional component directed towards the head part 1c of the mixing tank 1 and also a tangential directional component. The vertical angle of attack of the pipe nozzle 3d is shown in Figure 2 as &agr; The tangential direction component results from the tangential angle of attack denoted by β in Figure 2a .
Die Suspendierung und Auflösung des Feststoffes F im Lösungsmittel gestaltet sich wie folgt: Zunächst wird im Mischtank 1 die für die aufzulösende Menge Feststoff F notwendige Menge Lösungsmittel, in der Regel Wasser, vorgelegt. Alsdann wird das Wasser über die Kreislaufleitung 6 mittels der Umwälzpumpe 5 aus dem Bodenbereich des Mischtanks 1 und das sich anschließende Ablaufgehäuse 2b abgesaugt und anschließend dem Mischtank 1 über das Zulaufgehäuse 2a und das sich diesem anschließende Zuleitungsrohr 3a auf dem Weg über die Ringspaltdüse 3c und die Rohrdüse 3d wieder zugeführt.The suspension and dissolution of the solid F in the solvent is carried out as follows: First, the amount of solvent required for the amount of solid F to be dissolved, usually water, is placed in the mixing tank 1. The water is then sucked out of the bottom area of the mixing tank 1 and the adjoining drain housing 2b via the circulation line 6 by means of the circulation pump 5 and then fed back into the mixing tank 1 via the inlet housing 2a and the adjoining supply pipe 3a on the way via the annular gap nozzle 3c and the pipe nozzle 3d.
Nun wird über die Zuführeinrichtung 4 kontinuierlich Feststoff F in die Saugleitung 6a eingebracht. Diese Suspension aus Feststoff F und Lösungsmittel gelangt über die Umwälzpumpe 5 und die Druckleitung 6b in das Zulaufgehäuse 2a und von dort auf dem Weg über das Zuleitungsrohr 3a einerseits in die Ringspaltdüse 3c und andererseits in die Rohrdüse 3d. Dabei ist ein Zufuhrquerschnitt A im Zuleitungsrohr 3a vorzugsweise derart bemessen, daß die mittlere Zufuhrgeschwindigkeit des sich in dem Zuleitungsrohr 3a ausbildenden Kreislaufstromes S etwaSolid matter F is now continuously introduced into the suction line 6a via the feed device 4. This suspension of solid matter F and solvent passes through the circulation pump 5 and the pressure line 6b into the inlet housing 2a and from there via the feed pipe 3a into the annular gap nozzle 3c on the one hand and into the pipe nozzle 3d on the other hand. A feed cross-section A in the feed pipe 3a is preferably dimensioned such that the average feed speed of the circulating flow S forming in the feed pipe 3a is approximately
089GIW1A0 : "·*· ·:::··:::089GIW1A0 : "·*· ·:::·· :::
13.01.2000 13.01.2000
&ngr; = 2,5 bis 3 m/s beträgt. Aus der Rohrdüse 3d tritt ein Treibstrom T aus, der aufgrund eines Rohrquerschnittes A2 eine Rohrgeschwindigkeit v2 = 4 bis 6 m/s, vorzugsweise 5 m/s, besitzt. Der Treibstrom T generiert im Mischtank 1 eine Konvektionsströmung K, die zum einen aufwärts und zum andern tangential gerichtet ist und die im Bereich des zylindrischen Mantelteils 1b zu einer im wesentlichen abwärts gerichteten Strömung führt. Letztere wird im Bodenbereich des Mischtanks 1 von einer aus der Ringspaltdüse 3c generierten Ringspaltströmung R gekreuzt. Aufgrund dieser sich kreuzenden Strömungen ergibt sich eine intensive Suspendierung und Mischbewegung. Eine dem Kreislaufstrom S entsprechende Absaugströmung S* verläßt über die Bodenöffnung 1 d den Mischtank 1. Der Ringspaltquerschnitt A1 der Ringspaltdüse 3c ist derart bemessen, daß der Ringspaltstrom R eine mittlere Ringspaltgeschwindigkeit V1 = 10 bis 15 m/s, vorzugsweisevngr; = 2.5 to 3 m/s. A driving stream T emerges from the pipe nozzle 3d, which has a pipe speed v 2 = 4 to 6 m/s, preferably 5 m/s, due to a pipe cross-section A 2 . The driving stream T generates a convection flow K in the mixing tank 1, which is directed upwards on the one hand and tangentially on the other and which leads to a substantially downward flow in the region of the cylindrical jacket part 1b. The latter is crossed in the bottom region of the mixing tank 1 by an annular gap flow R generated from the annular gap nozzle 3c. Due to these crossing flows, an intensive suspension and mixing movement results. A suction flow S* corresponding to the circulation flow S leaves the mixing tank 1 via the bottom opening 1 d. The annular gap cross section A 1 of the annular gap nozzle 3c is dimensioned such that the annular gap flow R has an average annular gap velocity V 1 = 10 to 15 m/s, preferably
14 m/s, besitzt.14 m/s.
Es hat sich gezeigt, daß mit der vorgeschlagenen Düsenvorrichtung eine Auflösezeit beispielsweise von unter 5 Minuten erreicht wird, während vergleichbare bekannte Auflöseapparaturen für die gleiche Menge Feststoff F eine Auflösezeit vonIt has been shown that with the proposed nozzle device a dissolution time of less than 5 minutes is achieved, for example, while comparable known dissolution devices for the same amount of solid F require a dissolution time of
15 bis 20 Minuten benötigen.15 to 20 minutes.
Claims (6)
v = 2,5 bis 3 m/s,
die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Ringspaltdüse (3c)
v1 = 10 bis 15 m/s, vorzugsweise 14 m/s,
und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrdüse (3d)
v2 = 4 bis 6 m/s, vorzugsweise 5 m/s,
betragen. 6. Nozzle device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the average flow velocity in the supply pipe ( 3 a)
v = 2.5 to 3 m/s,
the average flow velocity in the annular gap nozzle ( 3 c)
v 1 = 10 to 15 m/s, preferably 14 m/s,
and the average flow velocity in the pipe nozzle ( 3 d)
v 2 = 4 to 6 m/s, preferably 5 m/s,
be.
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