DE2119239A1

DE2119239A1 - Fluids mixing tube - spacing and setting of internal mixing blades related to reynolds number

Info

Publication number: DE2119239A1
Application number: DE19712119239
Authority: DE
Inventors: Kenneth M. Topsfield; Devellian Richard D. Rockport; Mass. Grout (V.St.A.)
Original assignee: Kenics Corp., Danvers, Mass. (V.St.A.)
Priority date: 1971-04-21
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1972-11-02

Abstract

In a fluids mixer of the type in which a tube is fitted with internal curved blades to mix a fluid passing through the tube, the leading edge of a second and any succeeding blade is substantially spaced from the trailing edge of the preceding blade. Spacing and angular displacement of successive blades is a function of the Reynolds number of the fluid for optimum mixing, e.g. spacing may be three times tube diameter for "Re" = 10, up to six time sthe diameter for "Re" = 200 to 300. Fewer blades for adequate mixing result in cheaper mixer which also offers reduced flow resistance as an in-line mixing tube.

Description

Mischvorrichtung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum gründlichen Mischen von Bestandteilen eines fließfähigen Materials, welches durch eine Rohrleitung fließt, die eine Vielzahl gewundener, blattartiger Elemente enthält, die sich längslaufend durch die Leitung erstrecken, in der fortlaufende Elemente in einander entgegengesetzten Richtungen gewunden sind. Die einander gegenüberliegenden Kanten der fortlaufenden Elemente befinden sich in einem Abstand voneinander, der von der Reynoldschen Zahl des fließfähigen Materials abhängt, und sie sind winkelförmig voneinander abgesetzt und zwar in einem Winkel, der von 900 durch einen Bereich, der von dem genannten Abstand abhängt, abweicht. Mixing device The present invention relates to a device for thorough mixing of components of a flowable material, which flows through a pipeline containing a multitude of convoluted, sheet-like elements contains, which extend longitudinally through the line, in the continuous Elements are twisted in opposite directions. The opposite Edges of the continuous elements are spaced apart by depends on the Reynolds number of the flowable material, and they are angular separated from each other at an angle of 900 through an area which depends on the specified distance deviates.

In dem U. S. Patent 7 286 992 ist eine Mischvorrichtung beschrieben. Während Vorrichtungen von der Art, wie sie in diesem Patent beschrieben werden, ein ausreichendes Mischen ermöglichen, ist der für die erforderliche Fließgeschwindigkeit notwendige Druckabfall häufig unerwünscht hoch. Dies trifft insbesondere zu, wenn eine Beförderung des fließfähigen Materials über weite Strecken durch die Mischerleitung notwendig ist. Je länger die Entfernung ist, umso extremer sind die Probleme der Aufrechterhaltung einer homogenen Mischung. Bei gegebener Zeit und Entfernung neigen fließfähige Materialien dazu, sich infolge von physikalischen Unterschieden wie Dichtes oder thermisch durch die Erzeugung eines Temperaturgefälles entlang des Leitungsdurchmessers, beim Fließen durch die Rohrleitung zu klassifizieren. In Vorrichtungen, wie sie in dem erwähnten U. S. Patent beschrieben sind, in denen die Rohrleitungen fortlaufend mit Mischschaufeln ausgestattet sind, kann, wenn die Beschaffenheit der fließfähigen Materialien und die gewünschten Ergebnisse relativ lange Mischerkonstruktionen erfordern, der Druckabfall durch den Mischer unzulässig hoch sein. Für Mischungen, die so lange in der Rohrleitung bleiben müssen bis eine notwendige Reaktion erfolgt ist, sind Vorrichtungen mit langen Mischerleitungen erforderlich. Eine solche Reaktion kann chemiseh oder biologisch sein.Mixing apparatus is described in U.S. Patent 7,286,992. While devices of the type described in this patent allow sufficient mixing is that for the required flow rate necessary Pressure drop is often undesirably high. This is especially true when making a promotion of the flowable material is necessary over long distances through the mixer line is. The longer the distance, the more extreme the problems of maintenance a homogeneous mixture. With time and distance, flowable materials tend to be because of physical differences such as density or thermal the creation of a temperature gradient along the pipe diameter when flowing to classify through the pipeline. In devices such as those mentioned in that U.S. patent in which the pipelines are continuous with mixing paddles are equipped, if the nature of the flowable materials and the desired results require relatively long mixer designs, the pressure drop be inadmissibly high due to the mixer. For mixtures that have been in the pipeline for so long must remain until a necessary reaction has taken place, devices are with long mixer lines required. Such a reaction can be chemical or biological be.

In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es in hohem Maße wünschenswert, eine Vorrichtung gemäß U. S. Patent 3 286 992 herzustellen, in der der gleiche oder ein verbesserter Mischvorgang mit geringerem Druckabfall erreicht werden kanne Darüber hinaus würde eine Verringerung der Nischschaufeln ohne gleichzeitige Herabsetzung des Mischgrades die Herstellungs kosten der Vorrichtungen erheblich herabsetzen.In view of the above, it is highly desirable to manufacture a device according to U.S. Patent 3,286,992 in which the same or an improved mixing process can be achieved with less pressure drop in addition, there would be a reduction in the niche blades without a simultaneous reduction the degree of mixing significantly reduce the manufacturing costs of the devices.

Durch die vorliegende Erfindung werden die genannten Unzulänglichkeiten des Standes der Technik durch die Konstruktion einer Rohrleitung ausgeschaltet, in der die einander gegenüberliegenden Kanten der fortlaufenden gewundenen, blattartigen Elemente in einer Entfernung voneinander angebracht sind, deren optimale Höchstlänge durch die Reynoldsche Zahl aber durch die Rohrleitung gehenden Fließmasse bedingt ist. Bei einer Reynoldschen Zahl von etwa 10 hat dieser optimale Höchstabstand vorzugsweise eine Länge, die so groß wie der dreifache Durchmesser der Leitung ist. Bei einer Reynoldschen Zahl von etwa 200 bis 300 kann der Abstand die sechsfache Länge des Durchmessers betragen. Die Vorderkante des Stromabwärts-Elements sollte vorzugsweise den Hauptteil der Fließmasse abschneiden, die die Hinterkante des Stromaufwärts-Elements entlang einer Linie passiert hat, welche sich im wesentlichen im rechten Winkel zu der Linie befindet, auf der diese Hinterkante die Fließmasse geteilt hat.The present invention eliminates the above-mentioned shortcomings the state of the art eliminated by the construction of a pipeline, in which the opposite edges of the continuous winding, leaf-like Elements are attached at a distance from each other, their maximum optimal length due to the Reynold's number but flowing through the pipeline is. With a Reynolds number of about 10, this is preferably the optimum maximum distance a length three times the diameter of the pipe. At a Reynolds number from about 200 to 300, the distance can be six times the length of the Be in diameter. The leading edge of the downstream element should preferably cut off most of the flow mass that is the trailing edge of the upstream element has happened along a line which is essentially at right angles to the line on which this trailing edge has divided the flow mass.

Nach Passieren der Hinterkante rotiert die besagte Fließmasse weiter in der Richtung, die sie durch das Stromaufwärts-Element erhalten hat, und sie rotiert über eine Strecke, die ein Vielfaches der Länge des Rohrleitungsdurchmessers ist, weiter abwärts durch die Rohrleitung. Die Steighöhe der Rotation der-Fließmasse bleibt nicht konstant, sondern erhöht sich bei zunehmender Entfernung von der Hinterkante. Die Zunahme der Fließmassensteighöhe verhält sich proportional zur Reynoldschen Zahl der Flüssigkeit. Demnach kann der geeignete Winkel zwischen dem Stromabwärts-Mischerelement und dem Stromaufwärts-Mischeement bei einer bestimmten Länge des Zwischenraums festgelegt werden. Dieser Winkel wird um die Größe des Winkels von 90° abweichen, in welchem die Fließmasse in dem Zwischenraum rotiert hat. Wenn keine Erhöhung der Viskosität beim Fluß durch aie Rohrleitung erfolgt, kann der Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden Elementen konstant bleiben. Erhöht sich jedoch die Viskosität der Fließmasse, wie es im Falle bestimmter Reaktionen zwischen den Komponenten der Fließmasse vorkommt, verringert sich vorzugsweise der Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden Elementen der Viskositätserhöhung entsprechend, und der Winkel zwischen aufeinanderfolgenden Hinterkanten und Vorderkantenpaaren wird angeglichen, so daß die rotierende Masse wie oben beschrieben im richtigen Winkel abgeschnitten wird.After passing the rear edge, said flow compound continues to rotate in the direction it was given by the upstream element and it rotates over a distance that is a multiple of the length of the pipe diameter, further down through the pipeline. The height of rise of the rotation of the fluidized mass does not remain constant, but increases with increasing distance from the trailing edge. The increase in the flow mass rise is proportional to Reynolds' Number of liquid. Thus, the appropriate angle between the downstream mixer element can be and the upstream mixing element at a certain length of the Space in between be determined. This angle will differ by the size of the angle from 90 °, in which the fluid mass has rotated in the gap. If no increase in Viscosity occurs when flowing through the pipeline, the space between the successive elements remain constant. However, the viscosity increases the flow mass, as it is in the case of certain reactions between the components of the Flow compound occurs, the space between the preferably decreases successive elements of the viscosity increase, and the angle between successive trailing edges and leading edge pairs is matched, so that the rotating mass is cut off at the correct angle as described above will.

Die Erfindung wird durch die anliegenden Zeichnungen und die folgende Beschreibung näher erläutert.The invention is illustrated by the accompanying drawings and the following Description explained in more detail.

In den anliegenden Zeichnungen ist: Fig. 1 ein perspektivischer Querschnitt, zum Teil im Profil, einer einfachen Form einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ein vergrößerter Teilquerschnitt der Darstellung von Fig. 1; Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang Linie 3-3 von Fig. 2; Fig. 4 ein Querschnitt der einzelnen Bestandteile, aus denen die Vorrichtung von Fig. 1 konstruiert sein kann; Fig. 5 ein Querschnitt einer Anordnung zur Erläuterung des Rotationsbeharrens einer Fließmasse in einer Mischerleitung; und Fig. 6 eine graphische Darstellung um die Beziehung zwischen der Reynoldschen Zahl der durch die Rohrleitung strömenden Fließmasse und dem Zwischenraum zwischen Hinter- und Vorderkanten der aufeinanderfolgenden, gewundenen Elemente zur Erzielung eines minimalen Druckabfalls ohne wesentlichen Homogenitätsverlust zu zeigen.In the accompanying drawings: Fig. 1 is a perspective cross-section, partly in profile, a simple form of device according to the present invention Invention; FIG. 2 shows an enlarged partial cross-section of the illustration of FIG. 1; Fig. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2; Fig. 4 is a cross section of the individual components from which the device of FIG. 1 can be constructed can; Fig. 5 is a cross section of an arrangement for explaining the Rotational persistence of a flow mass in a mixer line; and Fig. 6 is a graph Representation of the relationship between the Reynolds number of the pipeline flowing liquid mass and the space between the trailing and leading edges of the consecutive tortuous elements to achieve minimal pressure drop without showing any significant loss of homogeneity.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein Rohr, welches im Querschnitt vorzugsweise zylindrisch ist, und welches als Rohrleitung dient, durch die die Fließmassenkomponenten A und B zwecks gründlicher Mischung zum Fließen gebracht werden0 Die fließfähigen Bestandteile werden an einem Stromaufwärts-Ende 12 eingeführt und an einem Stromabwärts-Ende 14, an dem die Elemente A und B gründlich zu einem homogenen Strom vermischt sind, weitergeleitet. Innerhalb des Rohres 10 ist eine Vieleahl fortlaufend angebrachter, gewundener Elemente 20 21 30 verteilt. Jedes dieser Elemente ist aus einer dünnen flache Platte hergestallt, deren Breite vorzugsweise, doch nicht notwendigerweise, gleich dem Innendurchmesser des Rohres 10 ist, und deren Länge vorzugsweise ihrer Breite entspricht, multipliziert mit 1.25 bis zu einem Mehrfachen der Breite, Jede Platte ist so in sich verdreht, daß die Stromaufwärts-und Stromabwärts-Kanten im wesentlichen flach sind, und sich in einem relativ großen Winkel zueinander befinden. Dieser Winkel kann, wie in U. S. Patent 3 286 992 beschrieben, zwischen etwa 60Q und etwa 2100 liegen.In Fig. 1 and Fig. 2 is a tube, which in cross section is preferably is cylindrical, and which serves as a pipe through which the flow mass components A and B are brought to flow for thorough mixing 0 The flowable Components are introduced at an upstream end 12 and at a downstream end 14, where elements A and B are thoroughly mixed into a homogeneous stream, forwarded. Within the tube 10 is a variety of continuously attached, sinuous elements 20 21 30 distributed. Each of these elements is made of a thin one flat plate, the width of which is preferably, but not necessarily, is equal to the inner diameter of the tube 10, and preferably their length Width is equal to, multiplied by 1.25 up to a multiple of the width, Any The plate is twisted in such a way that the upstream and downstream edges are in the are essentially flat and at a relatively large angle to one another. This angle can, as described in U.S. Patent 3,286,992, between be around 60Q and around 2100.

Die Lage der Elemente ist so, daß bei jedem Paar aufeinanderfolgender Elemente (wie sie Fig. 2 zeigt), die Stromabwärts-Kante 32 des ersten Elementes und die Stromaufwärts-Kante 34 des nächsten Elementes durch einen Abstand D voneinander entfernt sind, der vorher festgelegt ist, wie nachfolgend ausgeführt wird. Ihre gegenseitige Lage wird durch einen Winkel bestimmt (siehe Fig. 5) 7 der ebenfalls vorher festgelegt ist, wie nachfolgend ausgeführt wird. Wenn die oberen und unteren Enden des Elementes 32 in FigJ 3 als 1 und 2, und die entsprechenden Enden des Elementes 34 in Fig. 3 als 3 und 4 gekennzeichnet sind, so geht daraus hervor, daß der Winkel der den Punkten 1 und 4 gegenüberliegende Radialwinkel ist.The position of the elements is such that in each pair successive Elements (as shown in Figure 2), the downstream edge 32 of the first element and the upstream edge 34 of the next element by a distance D from each other are removed, which is determined in advance as set out below. Her mutual position is determined by an angle (see Fig. 5) 7 of the also is determined in advance, as will be explained below. When the top and bottom Ends of element 32 in Figure 3 as 1 and 2, and the corresponding ends of the element 34 in Fig. 3 as 3 and 4, it can be seen that the angle is the radial angle opposite points 1 and 4.

Auf diese Weise. wird zwischen den Kanten 32 und 34 eine Umwälzkammer gebildet. Jedes Element ist zu jedem gegenüberliegenden Element entgegengesetzt verdreht, so daß die Rotationsrichtung der Fließmasse, die die Elemente passiert, für jedes folgende Element umgesteuert wird.In this way. becomes a circulation chamber between the edges 32 and 34 educated. Each element is opposite to each opposing element twisted so that the direction of rotation of the flow mass that passes the elements is redirected for each subsequent element.

Typische Anordnungen zur Einführung und Weiterleitung der fließfähigen Elemente und Beispiele der Arten fließfähiger Komponenten, die in einer Vorrichtung dieses allgemeinen Typs gemischt werden können, werden in U. S, Patent 3 286 992 näher erläutert und werden hier nicht wieder beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Komponenten der Fließmassa aus einer großen Anzahl ausgewählt werden können. Zum Beispiel kann es sich um ein Gas handeln und um eine Flüssigkeit, um Teile derselben Flüssigkeit bei verschiedenen Temperaturen, um eine Blüssigkeit und fein zerteilte feste Stoffe oder selbstverständlich um zwei oder mehrere verschiedene Flüssigkeiten.Typical arrangements for introducing and forwarding the flowable Elements and examples of the types of flowable components used in a device of this general type are disclosed in U.S. Patent 3,286,992 explained in more detail and will not be described again here. It goes without saying, however, that the components of the flow mass can be selected from a large number. For example, it can be a gas and a liquid Parts the same liquid at different temperatures to be a fluid and fine divided solids or, of course, two or more different ones Liquids.

Diese Erfindung ist tatsächlich für alle fließfähigen Stoffe anwendbar, und aus diesem Grunde kennzeichnet die Bezeichnung "fließfähiges Material" die allgemeine Klasse der Flüssigkeiten, der Gase und anderer fließfähiger Stoffe, deren Mischung erwünscht ist. Weiterhin versteht es sich, daß die Bezeichnungen "Bließmasse" und"fließfähiges Material" hier in gleichem Sinne verwendet werden. Natürlich ist es auch klar, daß mehr als zwei Komponenten eines fließfähigen Materials in Vorrichtungen gemäB der vorliegenden Erfindung gemischt werden können, die Komponenten A und B dienen lediglich der Erläuterung.This invention is actually applicable to all flowable substances, and for this reason the term "flowable material" indicates the general one Class of liquids, gases and other flowable substances, their mixture is desirable. Furthermore, it goes without saying that the terms "pale mass" and "flowable Material "may be used here in the same sense. Of course, it is also clear that more than two components of a flowable material in devices according to present invention can be mixed, the components A and B serve only the explanation.

Wenn die hereinströmende Fließmasse auf die Stromaufwärts-Kante des ersten Elementes 20 trifft, wird sie in zwei Ueilströme geteilt. Die verdrehte Form des Elementes erzeugt bei diesen Teilströmen eine doppelte Rotationsbewegung, und der Mischvorgang kommt durch di e die Wirbelstrombewegungen in jedem Teilstrom in Gang. Bei Vorrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, hat man herausgefunden, daß, wenn die Teilströme die Stromabwärts-Kante 32 des ersten Eletextes 21 passiert haben und sich in der Umwälzkammer zu einem gemeinsamen Strom mischen können, sich die Mischungsaktivität wesentlich steigert und so lange anhält, wie der gemeinsame Strom einen wesentlichen Teil der Rotation, die das Element bei seinen beiden Teilströmen erzeugt hat, beibehält.When the flowing mass of flowing mass hits the upstream edge of the first element 20 meets, it is divided into two Ueilströmungen. The twisted shape of the element generates a double rotational movement in these partial flows, and the mixing process comes in through the eddy current movements in each partial flow Corridor. For devices made in accordance with the present invention, it has been found that when the substreams cross the downstream edge 32 of the first Eletextes 21 have passed and become a common stream in the circulation chamber can mix, the mixing activity increases significantly and lasts as long, like the common stream a substantial part of the rotation that the element undergoes has generated its two substreams, maintains.

Die Art der fortgesetzten Rotation wird durch die Darstellung in Fig. 5 besser verständlich. In dieser Darstellung wird eine Rohrleitung 10, in der ein einziges Mischerelement 44 eingebaut ist, gezeigt. Das linke Ende der.Rohrleitung 10 ist das Stromaufwärts-Ende, und das rechte Ende der Rohrleitung 10 ist das. Stromabwärts-Ende, Die Mischschaufel 44 wird als Beispiel mit einer Länge von etwa 1,5 d gezeigt, wobei d der Innendurchmesser der Rohrleitung 10 ist, und die Fließmasse rotiert um etwa 1800. Die punktierten Kurven, die von der Stromabwärts-Kante des Elementes 44 ausgehen, stellen die Art, in der die Rotation der Fließmasse in ihrem Fluß stromabwärts erhalten bleibt, dar. An den Windungen 46, 48, 50 und 52 hat die Fließmasse ihre Position beim Passieren der Hinterkante des Elementes 44 um 900 geändert, und an den Knotenpunkten 47, 49, 51 und 53 hat die Fließmasse diese Position, die sie an. -der Hinterkante hat, um 1800 geändert. Man kann sagen, daß die Fließmasse eine Steighöhe hat, deren Länge gleich dem Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Knotenpunkten ist. Diese Steighöhe kann am vorteilhaftesten in Begriffen des Innendurchmessers der Rohrleitung 10 definiert werden.The type of continued rotation is illustrated in Fig. 5 easier to understand. In this illustration, a pipeline 10, in which a single mixer element 44 is installed, shown. The left end of the pipe 10 is the upstream end and the right end of the pipe 10 is the downstream end, The mixing paddle 44 is shown as an example with a length of about 1.5 d, wherein d is the inner diameter of the pipeline 10, and the flow mass rotates by approximately 1800. The dotted curves emanating from the downstream edge of element 44 represent the way in which the rotation of the flowing mass is obtained in its downstream flow The flow compound has its position on turns 46, 48, 50 and 52 changed by 900 when passing the trailing edge of element 44, and at the junctions 47, 49, 51 and 53, the flow compound has the position that it is at. -the trailing edge has changed around 1800. One can say that the flow mass has a height of rise whose Length is equal to the distance between the successive nodes. These Height of rise can be most beneficial in terms of the inside diameter of the pipeline 10 can be defined.

In einer Leitung mit gleichmäßigem Durchmesser, wie in Fig. 5 dargestellt, ist die Geschwindigkeit der durch die Rohrleitung gehenden Fließmasse im wesentlichen über die ganze Strecke konstant. Jedoch können Reibungseffekte von nachfolgend dargelegter hrt,wenn-der Strom durch die Rohrleitung fließt, progressiv die Rotationsgeschwindigkeit des Stroms verringern.In a pipe with a uniform diameter, as shown in Fig. 5, is essentially the velocity of the flowing mass flowing through the pipeline constant over the whole route. However, frictional effects can be as set out below Hear, when-the current flows through the pipeline, progressively the speed of rotation reduce the current.

Folglich nimmt die Steighöhe des Stroms, wie in Fig. 5 gezeigt wird, progressiv bis zur Unbegrenztheit zu, wenn er durch eine verlängerte Leitung fließt-.Consequently, as shown in Fig. 5, the rate of rise of the current increases progressively to infinity when it flows through an elongated conduit-.

Eine Anzahl von Faktoren bestimmt den Grad der Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit beim Fließen der Masse durch eine solche Umwälzkammer. Diese Faktoren sind die Reibungseffekte an den Innenwänden des Rohres 10, die Viskosität der Fließmasse, ihre Dichte und FlieBgeschwindigkeit. Es ist ersichtlich, daß diese Faktoren alle mit der Bestimiiiung der Reynoldschen Zahl für jede vorher bestimmte Pließmasse, die sich durch die Vorrichtung bei vorher bestimmter Fließgeschwindigkeit bewegt, zusammenhängen. Somit kann die Reynoldsche Zahl ausgedrückt werden als: Re = AVd (Gleichung 1) //u dabei ist Re die Reynoldsche Zahl d ist der Innendurchmesser des Rohres 10 an der Umwälzkammer 36 V ist die Fließgeschwindigkeit ist die Dichte der Fließmasse /u ist die Viskosität der Fließmasse Das Maß, um das die Steighöhe der Fließmasse in Fig. 5 zunimmt, ist umgekehrt proportional zur Reynoldschen Zahl, und ebenso ist die tatsächliche Strecke jeder vollständigen Rotation oder Steighöhe umgekehrt proportional zur Reynoldschen Zahl. Bei einer niedrigen Reynoldschen Zahl bei der die Viskosität hoch ist und somit große Reibungsverluste mit sich bringt, wird deshalb die Rotation der Fließmasse stärker reduziert, bei gleichzeitiger Verlängerung der Steighöhe, als es bei einer höheren Reynoldschen Zahl, bei der die Reibungseffekte geringer und das Rotationsbeharren der Fließmasse größer ist, der Pall ist. Somit hat jede Anordnung von der Art wie sie Fig. 5 zeigt ein spezifisches charakteristisches Steighöhenprofil der Fließmasse für jede Reynoldsche Zahl einer Fließmasse, die durch die Vorrichtung geht. Eine praktische und einfache Methode zur Bestimmung dieses Steighöhenprofils für Rohrleitungen-åeder Größe und jeder Anordnung der Mischschaufeln besteht darin, ein maßstabgerechtes Modell zu konstruieren, wie in Fig. 5 gezeigt ist, bei dem die Rohrleitung 10 aus transparentem Material besteht. Dann wird eine Fließmasse bei vorher bestimmter Reynoldscher Zahl durch die Vorrichtung geschickt, wodurch das S.teighöhendiagramm sichtbar ist und präzise gemessen werden kann. In einigen Fällen kann es wunschenswert sein, eine geringe Menge zusätzlicher Partikel wie Luftblasen oder gefärbte Tröpfchen zuzusetzen, um die Sichtbarkeit des Steighöhendiagramms zu vergrößern. Auf jeden Fall wird jede Nischerkonstruktion ein "charakteristisches Fließmassensteighöhenprofil"ifür jede Reynoldsche Zahl aufweisen.A number of factors determine the degree of decrease in rotational speed when the mass flows through such a circulation chamber. These factors are the frictional effects on the inner walls of the tube 10, the viscosity of the flow mass, its density and Flow rate. It can be seen that these factors are all related to the determination the Reynolds number for each previously determined potting compound that runs through the device moved at a predetermined flow rate, related. Thus, the Reynolds number can be expressed as: Re = AVd (Equation 1) // u where Re is the Reynolds number d is the inner diameter of the pipe 10 on the circulation chamber 36 V is the flow velocity is the density of the flow material / u is the viscosity of the flow mass The extent by which the height of rise of the flow mass in FIG. 5 increases is inversely proportional to Reynolds number, and so is the actual distance every complete rotation or rise is inversely proportional to Reynolds' Number. With a low Reynolds number at which the viscosity is high and thus entails large friction losses, the rotation is therefore the flow mass is reduced more, with a simultaneous increase in the height of rise, than it is with a higher Reynolds number, with which the frictional effects are lower and the rotational persistence of the flow mass is greater, which is Pall. So everyone has Arrangement of the kind shown in FIG. 5 shows a specific characteristic rise profile the flow mass for each Reynolds number of a flow mass passed through the device goes. A practical and easy way to determine this rise profile for pipelines of any size and arrangement of mixing paddles is to construct a scale model as shown in Fig. 5 in which the pipe 10 is made of transparent material. Then it becomes a flow mass sent through the device at a previously determined Reynolds number, whereby the climbing height diagram is visible and can be measured precisely. In some In some cases it may be desirable to add a small amount of additional particles such as Add air bubbles or colored droplets to increase the visibility of the climbing height diagram to enlarge. In any case, every niche construction becomes a "characteristic" one Flow mass rise height profile "i have for each Reynold's number.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls festgestellt worden, daß es für jede Reynoldsche Zahl zwischen den auf ein anderfolgenden Mischschaufeln einen Zwischenraum S gibt, in dem der Druckabfall ohne wesentlichen Homogenitätsverlust in der Fließmasse minimal ist. In Fig. 6 ist dieser Zwischenraum 5 in' Begriffen des Durchmessers. d der Rohrleitung gegenüber der Reynoldschen Zahl graphisch dargestellt. Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise bei Reynoldschen Zahlen von mehr als ungefähr 100 angewandt. Bei Re = 100 beträgt S ungefähr das fünf- bis sechsfache des Durchmessers d. Bei Zwischenräumen, die größer als 5 sind, ist festgestellt worden, daß verschiedene Komponenten der Fließmasse sich absondern, und die Homogenität des Stromes in hohem Maße verschlechtert wird.According to the present invention it has also been found that for each Reynolds number there is between the mixing blades following one another there is an interspace S in which the pressure drop without significant loss of homogeneity in the flow mass is minimal. In Fig. 6, this is the gap 5 in 'terms of diameter. d of the pipeline versus Reynolds number graphically represented. The present invention is preferred by Reynolds Numbers greater than about 100 applied. At Re = 100, S is roughly that five to six times the diameter d. For gaps larger than 5, it has been found that various components of the flow compound separate, and the homogeneity of the stream is greatly deteriorated.

Für die Zwecke dieser Erfindung wird der Abstand S als omogenitäts-Verlust-Distanz" für jede Reynoldsche Zahl bezeichnet, und dieser Abstand kann durch die Kurve in Fig. 6 bestimmt werden. Wie bereits angegeben, können die Komponenten der Flidßmasse verschiedene Temperaturen und verschiedene Dichten und dergleichen haben. In dem Maße, in dem ein Homogenitätsverlust noch toleriert werden kann, kann der bestehende Zwischenraum zwischen den Mischschaufeln größer als S sein, um einen noch geringeren Druckabfallgrad zu erzielen.For the purposes of this invention, the distance S is used as the omogeneity-loss distance " for each Reynolds number, and this distance can be represented by the curve in Fig. 6 can be determined. As already stated, the components of the fluid mass have different temperatures and different densities and the like. By doing The extent to which a loss of homogeneity can still be tolerated can be the existing The gap between the mixing blades must be larger than S to be even smaller To achieve the degree of pressure drop.

Haben die Mischschaufeln eine geringere Entfernung voneinander als Abstand S, so können doch einige Vorteile der vorliegenden Erfindung noch wahrgenommen werden, obwohl der Druckabfall etwas größer als das mögliche Druckabfallminimum sein wird.If the mixing paddles are closer to each other than Distance S, some advantages of the present invention can still be perceived although the pressure drop is slightly greater than the possible pressure drop minimum will be.

Jedoch muß der bestehende Zwischenraum zwischen den Mischschaufeln beträchtlich sein, um einen wesentlich verringerten Druckabfall verglichen mit dem Stand der Technik zu erzielen.However, the existing space between the mixing paddles must be considerable, a substantially reduced pressure drop compared to that To achieve state-of-the-art technology.

Im allgemeinen sollte der Zwischenraum zwischen den Schaufeln groß sein, und zwar sollte er der Homogenitäts-Verlust-Distanz entsprechen oder geringer sein.In general, the space between the blades should be large it should be the homogeneity-loss-distance correspond or less.

Um den besten Mischvorgang zu erreichen (siehe Fig. 1, 2 und 3), sollte die Vorderkante 34 die rotierende Fließmasse in der Umwälzkammer 36, und zwar im richtigen Winkel zu der Linie, auf der die Hinterkante 32 vorher die Masse geteilt hat, abschneiden. In diesem Fall wird der Winkelvon 90° um den Winkel abweichen, in dem die Fließmasse in der Umwälzkammer 36 in der Zeit vom Verlassen der Hinterkante 32 bis zum Erreichen der Vorderkante 36 rotiert hat. Um diesen Winkel oC für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, erhält diese Vorrichtung eine charakteristische Reynoldsche Zahl zugeordnet, entsprechend der sie für den Arbeitsvorgang konstruiert wird. Das charakteristische Fließmassensteighöhenprofil wird dann, wie oben erläutert, bestimmt. Gemäß den Prinzipien, die in Verbindung mit Fig. 6 erklärt worden sind, wird ein spezifischer Zwischenraum zwischen den auf einanderfolgenden Mischschaufeln gewählt. Dieser Zwischenraum legt den Punkt auf dem charakteristischen Fließmassensteighöhenprofil fest, an dem die Vorderkante der Stromabwärts-Mischschaufel angebracht wird. Wird sie an einer Windung eines solchen Profils angebracht1 so sieht man, daß die Fließmasse nach Verlassen der Stromaufwärts-Hinterkante um 90° rotiert hat, und daher beträgt der Winkel GC180°. Ist eine solche Vorderkante an einem Knotenpunkt angebracht, beträgt der Winkel DC 900. Ve-rändert sich die Position der Vorderkante von einem Knotenpunkt um eine Steighöhenlänge bis zu einer Windung und dann weiter zum nächsten Knotenpunkt, ändert sich der Winkel CC von 90° auf 1800 und wieder auf 900.In order to achieve the best mixing process (see Figs. 1, 2 and 3), the leading edge 34 the rotating fluid mass in the circulation chamber 36, namely in the correct angle to the line on which the trailing edge 32 previously divided the mass has to cut off. In this case the angle will deviate from 90 ° by the angle in which the flow mass in the circulation chamber 36 in the time from leaving the trailing edge 32 has rotated until it reaches the leading edge 36. At this angle oC for a Determining device according to the present invention is provided by this device assigned a characteristic Reynolds number, corresponding to which it is for the Work process is constructed. The characteristic flow mass rise height profile is then determined as explained above. According to the principles that are related have been explained with Fig. 6, a specific space between the chosen on successive mixing paddles. This space defines the point on the characteristic flow material rise height profile on which the leading edge the downstream mixing paddle. It becomes one at a turn attached to such a profile1 so you can see that the flow mass after leaving the Upstream trailing edge has rotated 90 °, and therefore the angle GC is 180 °. If such a leading edge is attached to a node, the angle is DC 900. Changes the position of the leading edge of a node by one Height of rise up to one turn and then on to the next junction, changes the angle CC changes from 90 ° to 1800 and back to 900.

Bleibt die Viskosität der zu mischenden Fließmasse während ihres Verlaufs durch die gesamte Rohrlänge 10 konstant, so ist der Zwischenraum zwischen den Mischerelementen und dem Winkel cC für jedes aufeinanderfolgende Elementenpaar gleich.The viscosity of the liquid mass to be mixed remains during its course the space between the mixer elements is constant through the entire pipe length 10 and equal to the angle cC for each successive pair of elements.

Doch kann in einigen Fällen aufgrund einer Reaktion in der Fließmasse während des Verlaufs durch das Rohr eine Änderung der Viskosität der Fließmasse eintreten. Da dem Benutzer die Bestandteile der Fließmasse, die er zu mischen wünscht, und die Geschwindigkeit, mit der er die Fließmasse durch die Vor-.However, in some cases it can be due to a reaction in the flow mass a change in the viscosity of the flow mass as it passes through the pipe enter. Since the user has the components of the flow compound that he wishes to mix, and the speed with which it moves the flow mass through the fore.

richtung schicken will, bekannt sind, ist es ihm möglich, die Viskosität der Fließmasse an jedem Punkt des Rohres 10 vorher zu bestimmen. Bei Anwendung der oben ausgeführten Lehren gemäß dieser Erfindung kann ein Mischer mit Zwischenraumwerten und einem Winkel , die der sich ändernden Reynoldschen Zahl entlang des Rohres 10 angepaßt sind, konstruiert werden.wants to send direction, are known, it is possible for him to adjust the viscosity to determine the flow mass at each point of the pipe 10 beforehand. When using the In accordance with the above teachings in accordance with this invention, a mixer with gap values and an angle corresponding to the changing Reynolds number along the pipe 10 are adapted to be constructed.

Es zeigt sich, daß jede gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Vorrichtung durch eine spezifische Reynoldsche Zahl, oder im Falle sich ändernder Viskosität, durch ein ReynoLdsches Zahlenprofil entlang der Vorrichtung gekennzeichnet ist.It is found that each constructed in accordance with the present invention Device by a specific Reynolds number, or in the case of changing Viscosity, characterized by a ReynoLd number profile along the device is.

Folglich wird diese Zahl oder dieses Profil zu einem ständigen Charakteristikum der Vorrichtung, so daß jede derartige Vorrichtung eine 11charakteristische Reynoldsche Zahl" hat. Diese Bezeichnung wird in dem eben erläuterten Sinn in den Ansprüchen verwendet. Somit sind jedem Benutzer die Grenzen der Viskosität und der Geschwindigkeit der Fließmasse, die er mischen will, durch jedes gegebene Modell dieser Vorrichtung bekannt.As a result, that number or profile becomes a permanent characteristic of the device, so that each such device has a characteristic Reynolds Number ". This designation is used in the claims in the sense just explained used. Thus, the limits of viscosity and speed are for each user of the fluid he wants to mix through any given model of this device known.

Um einen Mischer zu konstruieren, der jede charakteristische Reynoldsche Zahl haben kann, kann diese Vorrichtung zum Beispiel mit den Bestandteilen von Fig. 4 gebaut werden. Jedes gewundene Element oder jede Mischschaufel wird zuerst in einer separaten kurzen Rohrstrecke montiert, wobei das rechte Rotationselement 20 in einer kurzen Strecke des Rohrabschnitts 38, und das linke Rotationselement 21 in einer kurzen Strecke des Rohrabschnitts 40 angebracht wird. Der Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden Elementenpaaren wird durch die Länge eines zwischen die Strecken der Rohrabschnitte 30 und 40 eingesetzten einfachen Rohrstückes 42 bestimmt. Nach vorheriger Festsetzung des Zwischenraums durch Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird die Länge von 40 so gewählt, um diesen Zwischenraum zu ergeben, wenn die Rohrteile 38, 42 und 40 in der in Fig. 4 angegebenen Anordnung zusammengesetzt und gesichert werden. Gleichermaßen werden, nach vorheriger Festsetzung des Winkels oC , die Rohrelemente im Verhältnis zueinander auf ihrer Achse gedreht, bis der gewünschte Winkel erreicht ist, daraufhin werden die Elemente 38 und LCO in dieser Position fixiert, bis die Teile gegeneinander gesichert worden sind. Abhängig von dem Material, aus welchem die Teile 38, 40 und 42 hergestellt sind, kann jedes Mittel, diese Teile miteinander zu befestigen, benutzt werden, wie Hartlöten, Schweißen, Leimen, Kunststoffixierung, Klammern und dergleichen.To construct a mixer that has every characteristic Reynolds May have number, this device can, for example, with the components of Fig. 4 can be built. Each convoluted element or mixing paddle is put in first a separate short pipe section, the right rotary element 20 in a short distance of the pipe section 38, and the left rotary element 21 is attached in a short distance of the pipe section 40. The gap between the successive pairs of elements is determined by the length of an between the distances of the pipe sections 30 and 40 simple pipe section 42 inserted certainly. After determining the space in between by applying the principles In the present invention, the length of 40 is chosen to accommodate this gap to result when the pipe parts 38, 42 and 40 in the arrangement indicated in FIG put together and secured. Likewise, by prior arrangement the angle oC, the pipe elements rotated in relation to each other on their axis, until the desired angle is reached, then elements 38 and LCO fixed in this position until the parts have been secured against each other. Addicted any of the material from which parts 38, 40 and 42 are made Means used to fasten these parts together, such as brazing, welding, Gluing, plastic fixation, clips and the like.

Man hat festgestellt, daß eine Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wird, im Vergleich zu der Vorrichtung des U. S. Patents 3 286 992 weniger kostspielig ist, und daß ebenfalls die Betriebskosten aufgrund der niedrigeren Anzahl der Mischerelemente und des niedrigeren Pumpendrucks für den gleichen Mischvorgang geringer sind.It has been found that an apparatus according to the present invention Invention constructed in comparison to the device of U.S. Patent 3 286 992 is less expensive, and that also the operating costs due to the lower number of mixer elements and the lower pump pressure are lower for the same mixing process.

Claims

1. A device for mixing flowable components, consisting of from a pipeline through which a stream of these components can flow, wherein this pipeline contains a multitude of convoluted, sheet-like elements that extend extend longitudinally through the pipeline, characterized in that the leading edge of each of these elements, except the first, from the trailing edge of the previous element is at a considerable distance.

2. A device according to claim 1, characterized in that a) this device has a characteristic Reynolds number and a characteristic Flow mass rise height profile at the Reynolds number mentioned, this being Profile has turns and nodes at which one is sent by this device Flow mass rotates around 900 or 1800 at the Reynolds number mentioned and b) the angle between these leading and trailing edges of 900 in one Area deviates from the location of this leading edge between a pair of the nodes-on depends on the named profile.

3. A device according to claim 1, characterized in that a) this device has a characteristic Reynolds number and a characteristic Has the homogeneity-loss-distance at the mentioned Reynolds number, and b) the Gap between said leading and trailing edges is considerable and corresponds to the order of magnitude of this characteristic homogeneity-loss distance or less.

4. An apparatus according to claim 2, characterized in that a) this device also has a characteristic homogeneity-loss distance has the said Reynolds number, and b) the space between the said Leading and trailing edges is considerable and of the order of magnitude of these characteristic The homogeneity-loss-distance corresponds to or is less.

5. An apparatus according to claim 1, characterized in that the turns of each of these elements are attached so that they correspond to the direction of rotation the flow mass that has been given to it by the previous element is reversed.

6. An apparatus according to claim 3, characterized in that the characteristic Reynolds number mentioned is in the order of magnitude along the pipeline changes, and that said gap and angle change along the pipeline in the order of magnitude of the change in the change characteristic Reynolds number.

7. An apparatus according to claim 3, characterized in that the characteristic Reynolds number is less than about 100.