DE2230185A1

DE2230185A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen untermischen einer kleineren menge eines stoffes in einer groesseren menge eines hauptstromes

Info

Publication number: DE2230185A1
Application number: DE2230185A
Authority: DE
Inventors: Joachim Ten Dipl Ing Hoevel; Klaus Dipl Ing Kroeger; Detlef Pysall
Original assignee: Davy Ashmore AG
Current assignee: Davy Ashmore AG
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1972-06-21
Publication date: 1974-01-24

Description

Vorrichtung zum kontinuierlichen Untermischen einer kleineren Menge eines Stoffes in einer größeren Menge eines Hauptstromes Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Untermischen einer kleineren Menge eines Stoffes in einer grösseren Menge eines Hauptstromes, vorzugsweise zum Untermischen einer Pigmentdispersion in einen Hauptstrom eines geschmolzenen Hochpolymeren zum Zwecke der Herstellung pigmentierter Fäden oder Folien, bestehend aus einem Stromungskanal für den Hauptstrom und einem im Strömungskanal gebildeten Ringspalt mit mindestens einer Zuführungsleitung für die kleinere Stoffmenge.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung gehört zur Kategorie der statischen Mischer. Beim-Untermischen unterschiedlicher Stoffströme im Bereich laminarer Strömungen ergeben sich bei statischen Mischern besondere Probleme dadurch, dass eine quer zur Transportrichtung der Strömung gerichtete Bewegungskomponente fehlt. Führt man zwei Stoffströme im laminaren Bereich zusammen, so tritt, wenn gleiche stoffliche Eigenschaften vorliegen und die Diffusionsgeschwindigkeit als vernachlässigbar angesehen werden kann, keine Vermischung der Stoffströme untereinander ein. Es ist bekannt, dass hochviskose Schmelzen von hochpolymeren Stoffen wegen ihrer ausgepragten Tendenz zur Aufrechterhaltung laminarer Strömungen nur schwer miteinander zu mischen sind.
Eine gewisse Mischwirkung ist nur dadurch zu erzielen, dass man den zuzuspeisenden Teilstrom in eine Vielzahl von einzelnen Strömungsfäden aufteilt und möglichst gleichmässig innerhalb des Hauptstromes verteilt.
Ganz besondere Anforderungen an die Qualität des Mischvorgangs werden beim Untermischen von Dispersionen mit pigmentförmigen Farbstoffen unter farblose schmelzflüssige Hochpolymere gestellt, die nachfolgend versponnen werden sollen. Eine intensive Vermischung wird nicht nur deswegen gefordert, weil bei unvollständiger Mischung Farbunterschiede auftreten würden, sondern vor allem deshalb, weil unvollständige Mischungen stellenweise zu Anhäufungen des Farbstoffs, zu vorzeitigen Verstopfungen des Spinnfilters und/oder zu Verstopfungen der Spinndüsen führen. Aber selbst wenn dies nicht geschieht, so können übermäßig starke Anhäufungen von Farbpigmenten in den Spinnfäden zu Fadenbrüchen und damit zu einer Störung des Betriebsablaufs führen.
Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gehört zum Stande der Technik und ist beispielsweise in der DT-PS Nr.
182 557 beschrieben. Bei dem dort offenbarten Gegenstand wird der Ringspalt einerseits durch eine zylindrische Lippe gebildet, die einen Teil eines Strömungskanals bildet, und andererseits durch die nach Unterbrechung fortgesetzte Wandung des Strömungskanals. Die zylindrische Lippe ist von einem ringformigen Zuführungskanal umgeben, der unter sanfter Abrundung und spitzem Winkel zur Hauptströmungsrichtung in den Strömungskanal übergeht. Eine solche Vorrichtung ist für die Vermischung solcher Medien geeignet, in denen bei den für sie gewählten Betriebsbedingungen Querkomponenten in der Strömung auftreten. Es ist bekannt, dass sich in niedrigviskosen Flüssigkeiten und Gasen sehr'rasch eine Turbulenz einstellt, die für einen Mischvorgang äusserst förderlich ist. Für die Vermischung von Pigmentdispersionen mit hochviskosen, hochpolymeren Schmelzen ist die vorbekannte Vorrichtung aus den weiter oben genannten Gründen unbrauchbar. Die Hauptströmung des vorzugsweise nicht pigmentierten hochviskosen Schmelzenstromes würde die über den Ringspalt zugeführte kleinere Stoffmenge gegen die Wandung das Strömungskanals drücken, wobei sich ein für solche Strömungen typisches (laminares) Strömungsbild mit völlig parallelen Stromfäden und einer fest haftenden Grenzschicht einstellt. Auf diese Weise erfolgt weder eine Vermischung der einzelnen Komponenten noch weisen diese Komponenten gleiche Verweilzeiten innerhalb des Strömungskanals auf.
In gewissem Masse liesse sich eine Verbesserung der Mischwirkung der vorbekannten Vorrichtung dadurch erreichen, dass man den Ringspalt sehr eng ausführt und die unterzumischende Komponente unter hohem Druck zuführt. Hiermit ist jedoch wiederum die Gefahr verbunden, dass sich der Ringspalt durch Pigmentablagerungen zusetzt. Die Mischwirkung lässt sich aber auch dadurch nicht auf einen für--statische Mischer optimalen Wert steigern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik nicht besitzt, sondern vielmehr ein gleichmässiges Untermischen einer kleineren Menge eines Stoffes in einer grösseren Menge eines Hauptstromes ermöglicht, sich während des Betriebes nicht durch Ablagerung eines im unterzumischenden Stoffstrom enthaltenen festen Stoffes zusetzt und ausserdem eine leichte Demontage und/oder Reinigung erlaubt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäss dadurch, dass der Ringspalt einerseits vom Strömungskanal und andererseits von einem Schirm gebildet wird, welcher die Form eines entgegen der Strömungsrichtung des Hauptstromes geöffneten, mit einer Zuführungsleitung für die kleinere Stoffmenge verbundenen Gefässes besitzt, wobei der Schirm in Richtung des Hauptstromes hinter dem Ringspalt zurückspringend ausgebildet ist, und dass beide Seiten des Schirms parallel zum Ringspalt durch weitere Strömungswege für den Durchtritt des Hauptstromes miteinander kommunizieren.
Durch Anordnung des Schirms, Ausbildung als Gefäss und Anschluss an eine Zuführungsleitung für die kleinere Stoffmenge wird erreicht, dass die unterzumischende, kleinere Stoffmenge nach anfänglicher Füllung des Gefässes über den Rand des Schirmes in den Hauptstrom austritt, von diesem zunächst um 1800 ca. umgelenkt und in Form eines ringförmigen, dünnen "Vorhangs" mitgenommen wird. Die zusätzlichen, innerhalb der Projektion des Schirms angeordnetenStrömungswege für den Durchtritt des Hauptstromes sorgen dafür, dass der unterzumischende Stoffstrom sich nicht nach Ablösung vom Rand des Schirms an dessen zurückspringende Wandelemente anlegen kann. Der "Vorhang" steht somit auf seinen beiden Oberflächen mit dem IIauptstrom in Wechselwirkung, wodurch schon allein die Wirksamkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber derjenigen der eingangs beschriebenen vorbekannten Vorrichtung mindestens verdoppelt wird.
Die Mischwirkung kann jedoch dadurch noch weiter verbessert werden, dass der "Vorhang" nach seiner Ablösung vom Schirm in eine Reihe einzelner Strömungsfäden unterteilt wird. Dies wird gemäss der weiteren Erfindung dadurch erreicht, dass die zusätzlichen Strömungswege als im Schirm auf dessen Umfang verteilt angeordnete, den Schirm durchdringende Rohrstutzen ausgebildet sind, welche parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind und ihr entgegen über einen nand des Schirms hinausragen. Durch die Rohrstutzen wird' hierbei eine der;Anzåhl der Rohrstutzen entsprechende Zahl von Strömen des:Hii.uptstroms in zunachst unvermischtem Zustand geleitet.
Diese Ströme wirken als Zerteiler für den "Vorhang" aus dem unterzumischenden Stoffstrom und werden gleichzeitig mit diesem vermischt.-Die konstruktive Ausbildung des Schirms gestaltet sich dann sehr einfach, wenn der Schirm als mit seiner offenen Grundfläche dem lIauptstrom entgegengerichteter Hohlkegel ausgebildet ist. Der Schirm bzw. Hohlkegel stellt dabei vorzugsweise die Verlängerung der für ihn vorgesehenen Zuführungsleitung dar, s-odass eine vollständig rotationssymmetrische. Führung der Strömung des unterzumischenden Stoffstroms gewährleistet ist.
Die vorgeschlagenen Rohrstutzen können dabei in sehr einfacher Weise in der Mantelfläche des Hohlkegels befestigt werden. Eine solche Vorrichtung ist ausserordentlich einfach herzustellen, da als Konstruktionsmaterial auf Bleche der geforderten Beschaffenheit zurückgegriffen werden kann. Die erfindungsgemässe Vorrichtung neigt nicht zu Ablagerungen von Pigmenten. Sie ist äusserst leicht zu montieren und zu demontieren und ist damit auch einer Reinigung leicht zugänglich.
Die vorstehend beschriebene Mischvorrichtung kann auch als sogenannter Vormischer in Verbindung mit weiteren, statischen oder dynamischen Mischvorrichtungen eingesetzt werden, wenn es gilt, den bereits erzielten Mischeffekt weiter zu verbessern bzw. eine vollständige Homogenisierung aller Komponenten zu erreichen. Unter Mischen" bzw. "Untermischen" wird im hier interessierenden Anwendungsbereich stets ein Aufteilen, Ausfächern, etc. der unterzumischenden Substanz in möglichst viele und über den Strömungsquerschnitt möglichst gleichmässige Einzelströme, Strom-2aden oder dünne Schleier, "Vorhänge etc.
verstanden. Dies ist im laminaren Strömungsbereich ein Optimum an erreichbaren Mischwirkungen und dient insbesondere in Verbindung mit nachgeschalteten Mischern anderer Bauart zu der gewünschten Homogenisierung der zu mischenden Substanzen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Strömungskanal mit eingesetzter zentraler Zuführungsleitung und Schirm, und Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf den Schirm gemäss Fig. 1.
In Fig, 1 ist mit 1 ein Strömungskanal mit kreisförmigem Querschnitt bezeichnet, in dem konzentriscH eine Zuführungsleitung 2 für den unterzumischenden, in Richtung des Pfeils 3 fliessenden Stoffstrom angeordnet ist; Die Zuführungsleitung trägt an ihrem einen Ende einen Schirm 4 in Form eines mit seiner offenen Grundfläche nach oben weisenden Hohlkegels, dessen Rand 5 als Uberlauf für den unterzumischenden Stoffstrom dient.
Der Hauptstrom bewegt sich beim Betrieb in Richtung der Pfeile 6 dem unterzumischenden Stoffstrom entgegen, lenkt ihn am Rand 5 in Richtung der gekrümmten Pfeile 7. um etwa 1800 um und nimmt ihn unter gleichzeitiger Vermischung in Richtung der Pfeile S zunächst als kreisförmigen "Vorhang" mit. Der Durchmesser des Schirms 4 ist dabei nur wenig geringer als der Innendurchmesser des Strömungskanals 1, sodass ein nicht zu enger Ringspalt 9 entsteht, dessen Dimensionierung Sache einfachen Ausprobierens ist.
In der LIantelflåche des Schirmes 4 sind 6 Rohrstutzen 10 so befestigt, dass ihr Innenraum durch den Schirm hindurchführt, wobei die Schnittlinien der Bauteile sämtlich in der Mantelfläche des Schirms 4 liegen. Die Rohrstutzen verlaufen parallel zur Achse des Strömungskanals und ragen um ein geringes Maß über die Grundfläche des Schirms hinaus. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein Teil des Hauptstroms unterhalb des Randes 5 wieder aus der Mantelfläche austritt, den Vorhang des unterzumischenden Stoffstromes unterteilt, die Teilströme an einer Wiedervereinigung hindert und die Vermischung fordert.
In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass auf eine Wiederhol-ung verzichtet werden kann. Die rotationssymmetrische Ausbildung bzw.
Anordnung der 6 Rohrstutzen 10 im Schirm 4 ist gut zu erkennen. --

Claims

Ansprüche W Vorrichtung zum kontinuierlichen Untermischen einer kleineren Menge eines Stoffes in einer grösseren Menge eines Hauptstromes, vorzugsweise zum Untermischen einer Pigmentdispersion in einen Hauptstrom eines geschmolzenen Hochpolymeren zum Zwecke der erstellung pigmentierter Fäden oder Folien, bestehend aus einem Strömungskanal für den Hauptstrom und einem im Strömungskanal gebildeten Ringspalt mit mindestens einer Zuführungsleitung für die kleinere Stoffmenge, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (9) einerseits vom Strömungskanal (1) und andererseits von einem Schirm (4) gebildet wird, welcher die Form eines entgegen der Strömungsrichtung des Hauptstroms geöffneten, mit einer Zuführungsleitung (2) für die kleinere Stoffmenge verbundenen Gefässes besitzt, wobei der Schirm in Richtung des Hauptstromes hinter dem Ringspalt (9) zurückspringend ausgebildet ist, und dass beide Seiten des Schirms parallel zum Ringspalt durch weitere Strömungswege für den Durchtritt des Hauptstroms miteinander kommunizieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Strömungswege als im Schirm (4) auf dessen Umfang verteilt angeordnete, den Schirm durchdringende Rohrstutzen (10) ausgebildet sind, welche parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind und ihr entgegen über einen Rand (5) des Schirms hinausragen.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm (4) als mit seiner offenen Grundfläche dem Hauptstrom entgegengerichteter Hohlkegel ausgebildet ist.

L e e r s e i t e