DE2416628C3 - Mischvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein^ Mischvorrichtung mit mehreren aufeinanderfolgend abgeordneten Mischelementen, wobei jedes Mischelement us mindestens einer Einlaufkammer und mindestens zwei getrennt davon abgehenden, nebeneinanderlaufenden Rohrleitungen mit kreisförmigem Querschnitt besteht, die getrennt in die Einlaufkammer des nächstfolgenden Mischelemtes einmünden.

Bei einer Mischvorrichtung dieser Art (US-PS 33 94 924) sind die zwischen jeweils zwei Einlaufkammern angeordne'en Rohrleitungen verwunden, indem bei der Herstellung der Mischvorrichtung, ausgehend von zwei geraden und parallelliegenden Rohrleitungen, die jeweils zwei benachbarte Einlaufkammern miteinander verbinden, diese Einlaufkammern um ihre gemeinsame Rohrachse im wesentlichen um 90° gegeneinander verdreht worden sind. Wenn der ersten Einlaufkammer dieser bekannten Mischvorrichtung parallel nebeneinanderliegend zwei Strömungsmedien zugeführt werden, kann nach dem vollständigen Passieren der Gesamtströmung durch die beiden sich an diese erste Einlaufkammer anschließenden, verwundenen Rohrleitungen die Gesamtströmung nur in vier Strombahnen bzw. Stromzweige aufgeteilt sein, so daß es für die Erzielung eines bestimmten Mischbildes erforderlich ist, eine große Anzahl von einzelnen Mischelementen hintereinander anzuordnen, was neben einem erhöhten apparativen Aufwand auch zu höheren Druckverlusten führt, die einer wirtschaftlichen Anwendung der Mischvorrichtung entgegenstehen.

Eine in der DE-OS 22 02 635 beschriebene Mischvorrichtung besteht aus einem langgestreckten Mischrohr, in das aufeinanderfolgend flache Spiralrippenabschnitte eingesetzt sind, wobei der Verwindungs- bzw. Verdrehungswinkel der plattenförmigen Spiralrippen sich abwechselnd ändert, d. h. entgegengesetzt gerichtet ist. Die aufeinanderfolgenden Spiralrippenabschnitte stehen jeweils in punktförmigem Kontakt miteinander. Bei dieser bekannten Mischvorrichtung kann, bezogen auf den Querschnitt des Mischrohres, die Anzahl von Strombahnen bzw. Stromzweigen nach dem vollständi-S gen Passieren der Gesamtströmung durch das Mischrohr nicht größer sein als 2* wenn die Anzahl der einzelnen Spiralrippenabschnitte gleich N ist, da der Vorgang des Aufteilens und Sammelns der miteinander zu vermischenden Strombahnen bzw. Einzelströmungen

ίο aufeinanderfolgend wiederholt wird. Um ein bestimmtes; Mischergebnis zu erzielen und den Mischeffekt zu verbessern, muß die Anzahl N der aufeinanderfolgenden durch die Spiralrippenabschnitte gebildeten Mischelernente erhöht werden. Wenn der Mischvorgang zwei oder mehrere verschiedene miteinander zu vermischende Stoffe zugeführt werden, hängt die resultierende Mischung von der ursprünglichen Re'ativposition der beiden zugegebenen Stoffe ab, wodurch der Anwendungsbereich der bekannten Vorrichtung be-

grenzt wird. Da es bei der bekannten Vorrichtung erforderlich ist, daß die aufeinanderfolgenden Spiralrippenabschnitte bzw. Mischelemente abwechselnd entgegengesetzt verwunden sind, führt dieses zu erhöhten Herstellungskosten und zu einer Erschwerung bei der Montage. Die Spiralrippenabschnitte sind derart verwunden, daß der Winke* zwischen den Oberkanten und Unterkanten jedes Spiralrippenabschnittes zwischen 60° und 210° liegt.

Eine andere Mischvorrichtung, bei der in einem

geradlinigen Rohr eine flache um 180° verwundene Spiralrippe eingesetzt ist, ist in der US-PS 34 24 437 beschrieben.

Bei einer in der FR-PS 2165 244 beschriebenen Mischvorrichtung sind in einem zylindrischen Strö mungskanal mehrere Mischelementsätze in axialem Abstand zueinander angebracht. Die Mischelemente bestehen dabei jeweils aus zwei koaxial ineinander angeordneten Rohrabschnitten, in deu-n jeweils eine schraubenförmig gewundene Rippe vorgesehen ist.

Ausgehend von der in der US-PS 33 94 924 beschriebenen Anordnung besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, eine verbesserte Mischvorrichtung zu schaffen, wobei im Bereich jedes einzelnen Mischelementes eine bessere Durchmischung von beispielsweise zwei zu einer Gesamtströmung zusammengefaßten Einzelströmen erreicht werden soll, so daß zum Erreichen eines vorgegebenen Mischbildes, welches beispielsweise einer völligen Durchmischung der beiden Einzelmedien entspricht, weniger Mischele mente benötigt werden bzw. hintereinandergeschaltet sein müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Mischvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen jedes Mischelementes parallel zueinan-

SS der mit ihren Rohrachsen in einer Ebene liegend angeordnet sind, daß die durch die Rohrachsen von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Mischelementen gebildeten Ebenen einen Winkel zueinander bilden, und daß in bekannter Weise in jede Rohrleitung eine flache Spiralrippe eingesetzt ist, deren Endkanten mit der Ebene der Rohrachsen des Mischelementes einen Winkel von 90° ± 20° einschließen.

Eine derartige Ausgestaltung der Mischvorrichtung führt zu einem verbesserten Mischeffekt im Bereich jedes einzelnen Mischelementes, wobei eine beispielsweise aus zwei miteinander zu vermischenden Medien bzw. Strömen bestehende Gesamtströmung nach Passieren des ersten Mischelementes in acht Teilströme

aufgeteilt wird, während es bei der bekannten Vorrichtung gemäß der US-PS 33 94 924 nach Passieren des ersten Mischelementes nur zu einer Aufteilung in vier Teilströme kommt. Dieses verbesserte Mischergebnis im Bereich jedes einzelnen Mischelementes führt dazu, daß zum Erreichen eines bestimmten Mischbildes eine verringerte Anzahl von Mischelementen benötigt wird, so daß auch die Druckverluste beim Durchströmen der Mischvorrichtung herabgesetzt werden, so daß eine wirtschaftliche Anwendung der Vorrichtung möglich ist.

Der Atisdruck »Medium« bezieht sich im allgemeinen auf Flüssigkeiten oder Gase und umfaßt in einigen Fällen auch pulvrige oder gianulatförmige Substanzen, während der Ausdruck »Mischung« eine Zusammensetzung von mindestens zwei flüssiger,, gasförmigen oder pulvrigen bzw.granulatförmigen Stoffen beinhaltet.

Der Ausdruck »miteinander zu vermischende Medien bzw. Ströme« bezieht sich auf zwei oder mehr unterschiedliche Flüssigkeiten, Gase oder fein zerteilte Feststoffe, auf Medien der gleichen An, die jedoch innerhalb der einzelnen Mischzonen unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Medien mit unterschiedlichen Farben, Medien, die unterschiedliche Viskositätsverteilungen aufgrund unterschiedlicher Reaktionsgeschwindigkeiten oder verschiedene Temperaturgradienten usw. haben.

Diese Medien können miteinander reaktionsfähig sein oder nicht miteinander reaktionsfähig sein. Einige dieser Stoffe können in gewissem Umfang miteinander reagieren, während andere Stoffe nicht miteinander reagieren, während sie durch die Rohre bzw. Strömungskanäle strömen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Fig.] bis 10 beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 eine teilweise Schnittansicht der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung,

Fig.2 eine Schnittansicht gemäß der Linie 11-11 in Fig. 1,

F i g. 3 eine thematische Darstellung der Relativstellungen der Spiralrippen zueinander mit einer die Mittelpunkte jeder Rohrleitung verbindenden Linie,

Fig.4-1 bis Fig.8-4 in schematischer Darstellung verschiedener Ansichten der Medienverteilungen während des Mischprozesses,

Fig.9 eine schematische Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Einlaufkammer der Mischvorrichtung,

Fig. 10-1 bis Fig. 10-3 verschiedene Darstellungen von Mischelementen der Mischvorrichtung, wobei Fig. 10-1 eine Seitenansicht, Fig. 10-2 eine teilweise Schnittansichi gemäß der Linie X-X in Fig. 10-1 und F i g. 10-3 eine Draufsicht ist.

Die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Mischvorrichtung umfaßt mehrere hintereinandergeschaltete Mischelemente A und B, von denen jedes eine Einlaufkammer 1 und zwei getrennt davon abgehende, nebeneinanderlaufende Rohrleitungen S, 5' mit im wesentlichen gleichen Innendurchmesser aufweist, die getrennt in die Einlaufkammer des nächstfolgenden Mischelementes einmünden. Die Rohrachsen 6,6' der Rohrleitungen 5,5' jedes der beiden Mischelemente A bzw. B liegen jeweils in ein und derselben Ebene. In den Rohrleitungen 5, 5' sind Spiralrippen 7 bzw. T fest angeordnet.

!ede Einlaufkammer 1 hat ein zylindriches Gehäuse 2 mit einem Deckel 3 und einem Boden 4. Wie es insbesondere Fi g. 2 zeigt, r-.ird die die Rohrachsen der beiden Rohrleitungen 5, 5' des einen Mischelementes verbindende Ebene L-L unter einem Winkel τ von der Ebene M-M geschnitten, die die Rohrachsen der Rohrleitungtn 5, 5' des oder der jeweils benachbarten Mischelemente verbindet

jedes Mischelement hat vorzugsweise zwei oder gegebenenfalls auch drei oder mehr Rohrleitungen. Der Verwindungswinkel der in den Rohrleitungen 5, 5' befestigten flachen Spiralrippen beträgt, wenn die miteinander zu vermischenden Stoffe flüssig oder gasförmig sind, vorzugsweise 150° —220°, und insbesondere 180°.

Wenn die zu vermischenden Stoffe flüssig oder gasförmig sind, bilden die Spiralrippen 7 und T mit der Ebene L-L, die die Rohrachsen der Rohrleitungen 5 bzw. 5' schneidet, einen Winkel η. Der Winkel η kann eine Größe von 90° ± 20° haben, vorzugsweise einen Wert von 90°, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Wenn der Winkel η nicht innerhalb dieses Bereiches liegt, wird der Mischeffekt beträchtlich vermindert. Auch wenn es sich bei den zu vermischenden Stoffen um fein zerteilte feste Partikeln handelt, sind die Spiralrippen an ihren oberen Enden, d.h. Einlaufenden, ähnlich wie in Fig.3 angeordnet.

Es sind mehrere Mischelemente A und B mit zwei oder drei Rohrleitungen axial und in Reihe liegend hintereinander angeordnet. Jede Einlaufkammer hat Abschnitte mit einem maximalen Innendurchmesser, der größer ist als der Gesamtdurchmesser der zugeordneten Rohrleitungen. Wenn ein Mischelement beispielsweise zwei Rohrleitungen umfaßt, ist der maximale Innendurchmesser der Einlaufkammer größer als der zweifache Wert des Innendurchmessers einer Rohrleitung. Die aus den Rohrleitungen beispielsweise des Mischelementes A austretenden Ströme werden miteinander vereinigt, und die Geschwindigkeit des zusammengefaßten Stromes nimmt innerhalb dieser Einlaufkammer ab, da der Querschnitt dieser Kammer größer ist als der Querschnitt der beiden einzelnen Rohrleitungen zusammen. Der zusammengefaßte Strom wird dann wieder aufgeteilt und fließt in die beiden folgenden Rohrleitungen des Mischelementes B. Auf diese Weise wird eine Mischvorrichtung ohne bewegte Vorrichtungsteile erhalten. Diese Mischvorrichtung zeichnet sich durch einen ausgezeichneten Mischeffekt aus, der mit bekannten Mischvorrichtungen nicht e.-zielt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung können verschiedene Medien miteinander vermischt werden, und zwar unabhängig von der Viskosität dieser Stoffe, da der Druckverlust und der Strömungswiderstand vernachlässigbar sind. Die Innendurchmesser der Rohrleitungen sämtlicher Mischelemente haben vorzugsweise den gleichen Wert, da andernfalls der Strömungswiderstand erhöht würde, was zu einer Verschlechterung des Mischeffektes führen würde. Obwohl die Einlaufkammer 1 gemäß F i g. 1 ein Zylinder ist, kann die Kammer etwa gemäß F i g. 9 auch konisch sein oder andere Formen haben, beispielsweise kugelförmig od. dgl.

Die erfindungsger .äße Mischvorrichtung besteht aus mehreren Mischelementen A und B. Die Anzahl der aufeinanderfolgenden Mischelemente kann in Abhängigkeit von dem jeweils gegebenen Mischprozeß oder dem erwünschten Mischeffekt modifiziert werden. Es lassen sich auch zwei oder mehr Mischvorrichtungen zusammen zur Durchführung eines Mischprozesses verwenden. Die einzelnen Rohrleitungen und die Einlaufkammern können getrennt voneinander hergestellt sein oder gemäß F i g. 9 aus einem Stück bestehen. Gemäß den Fi e. 10-1 gemäß 10-2 besteht die

Anordnung aus einem Element, das zwei Rohrleitungen 5, 5' mit Spiralrippen 7, T umfaßt, wobei an den Enden der Rohrleitungen Abschnitte angeformt sind, die einen Teil der Einlaufkammer 11 bilden. In diesem Fall wird die Kammer dadurch gebildet, daß zwei dieser Elemente miteinander verbunden werden. Aus noch zu beschreibenden Gründen besteht jedes Mischelement vorzugsweise aus zwei oder drei Rohrleitungen.

Die Vorteile und der Wirkungsgrad der erfindungsgemäDen Mischvorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Bei der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist die Anzahl der Strömungsaufteilungen (d. h. der Mischeffekte) bezogen auf die Querrichtung der Rohre, in der die zu vermischenden Ströme fließen nach dem vollständigen Durchströmen sämtlicher Mischelemente (wobei ein Mischelement in Fig. 10-1 und 10-2 dargestellt ist) gleich 4~ unter der Voraussetzung, daü die Anzahl dieser Elemente gleich N ist. Wenn die Medien bzw. Ströme X und V gemäß den Fig. 4-1 bis 4-4 in der in Fig.4-1 dargestellten Anordnung in die Einlaufkammer einströmen, wobei das Medium X die linke Hälfte und das Medium Y die rechte Hälfte einnehmen, werden die Medien bzw. Ströme in zwei obere und zwei untere Ströme aufgeteilt und fließen gemäß Fig.4-2 in die beiden Rohrleitungen 5 und 5'. Die Ströme werden aufgrund des durch die Spiralrippen 7, T hervorgerufenen Wirbeleffektes verlagert und nehmen dadurch die Anordnungen gemäß Fig.4-3 an. Die aus den Rohrleitungen 5 und 5' austretenden Ströme werden gemäß Fig. 4-4 in der folgenden Einlaufkammer wieder miteinander vereinigt. Als Ergebnis davon wird die gemäß Fig.4-1 aus zwei Strömungsbahnen bestehende Gesamtströmung in eine Gesamtströmung umgewandelt, die gemäß Fig. 4-4 acht Strömungsbahnen aufweist. Diese Mischvorgänge werden wiederholt, und der Mischeffekt ist gleich 4". Wenn drei Rohrleitungen vorhanden sind, ist der Mischeffekt gleich 6^V. Der Mischeffekt hängt weiterhin nicht von der Ausgangsposition der beiden Medienarten bezogen auf den Querschnitt der Rohrleitungen ab. Wenn beispielsweise gemäß Fig. 6-1 das Medium X von dem Medium V konzentrisch umgeben ist. konnte experimentell festgestellt werden, daß der Zustand der Gesamtströmung nach Passieren von fünf Elementen der Mischvorrichtung so ist. wie es in Fig. 6-2 dargestellt ist, während bei bekannten Mischvorrichtungen Medien mit der gleichen Ausgangsposition nur in dem in Fig.6-3 dargestellten Umfang miteinander vermischt werden, ts zeigt sich somit, daß der mit der v> erfindungsgemäßen Mischvorrichtung erreichte Mischeffekt bei weitem besser ist als bei bekannten Vorrichtungen. Das gleiche Ergebnis ergibt sich auch bei einer Ausgangslage gemäß Fig. 7-1, wonach das Medium X im Bereich der Innenwandung strömt, während das Medium Y den inneren und größeren Teil des Innenquerschnittes des Rohres einnimmt Der Zustand der Gesamtströmung nach Passieren von fünf Elementen ist für die erfindungsgemäße Vorrichtung in Fig. 7-2 und für die bekannten Vorrichtungen in Fig. 7-3 dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei den beiden Mischelementen A und ßdie Verdrehungsrichtungen der Spiralrippen keinen Einfluß auf den Mischeffekt haben, während bei den bekannten Mischvorrichtungen die Verdrehungs- bzw. Verwindungsrichtungen der Spiralrippen in dem einen Mischaggregat anders sein mußte als in dem benachbarten Mischaggregat. Dieses beruht darauf, daß bei der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung, obwohl dem Medium in der Einlaufkammer aufgrund der Spiralrippen ein Drehimpuls erteilt wird, da die Rohrleitungen 5 und 5' parallel zueinanderliegen und ihre zugeordneten Spiralrippen die gleiche Verdrehungs- bzw. Verwindungsrichtung aufweisen, die Medien- bzw. Einzelströme einem Drehimpuls in der gleichen Richtung ausgesetzt sind, so daß die Ströme bzw. Medien aus den beiden Rohrleitungen in der Einlaufkammer aufeinander einwirken bzw. zusammenwirken. Da die Strömungsgeschwindigkeit in der Einlaufkammer abnimmt, nimmt ebenfalls der auf das Medium einwirkende Drehimpuls ab. Aus diesem Grund ist die Drehkraft der Drehimpulse beim Eintreten der Medien in die folgenden Rohrleitungen vernachlässigbar. Aus diesem Grunde isi es nicht notwendig, daß die Verwindungs- bzw. Verdrehungsrichtung der Spiralrippen des einen Mischaggregates auf die Verwindiingsrichtung innerhalb der Rohrleitungen des benachbarten Mischaggregates abgestimmt ist. Dadurch werden die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung herabgesetzt, und die Montage der Mischelemente wird vereinfacht.

Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung kann auch für fein zerteilte partikelförmige oder granulatförmige Stoffe benutzt werden. Der Reibungskoeffizient zwischen den Partikeln oder Granulaten ist gewöhnlich größer als der Reibungskoeffizient zwischen den Partikeln und der Innenwand der Rohrleitungen. Wenn die Partikeln X gemäß F i g. 8-1 auf der linken Seite und die Partikeln V auf der rechten Seite zugeführt werden und in die Einlaufkammer eintreten, werden die Partikeln gemäß F i g. 8-2 in der Einlaufkammer in zwei obere und zwei untere Strömungsbahnen aufgeteilt und strömen in die beiden anschließenden Rohrleitungen 5 und 5' ein. in denen die Partikeln unter der Einwirkung der Spiralrippen in den in Fig.8-3 dargestellten Zustand verlagert werden. Die Partikeln gleiten enthng der Innenwand, da der Reibungskoeffizient zwischen den Partikeln größer ist als zwischen der Innenwand und den Partikeln.

Die Partikeln treten in dem in Fig.8-4 dargestellten Zustand in die folgende Einlaufkammer ein, d. h„ die in zwei Strömungsbahnen bzw. Phasen vorhandenen Partikeln werden gemischt und in vier Strömungsbahnen bzw. Phasen aufgeteilt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mischvorrichtung mit mehreren aufeinanderfolgend angeordneten Mischelementen, wobei jedes Mischelement aus mindestens einer Einlaufkammer und mindestens zwei getrennt davon abgehenden, nebeneinanderlaufenden Rohrleitungen mit kreisförmigem Querschnitt besteht, die getrennt in die Einlaufkammer des nächstfolgenden Mischelementes einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (5, 5') jedes Mischelementes (A, B) parallel zueinander mit ihren Rohrachsen (6, 6') in einer Ebene (L-L, M-M) liegend angeordnet sind, daß die durch die Rohrachsen von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Mischelementen gebildeten Ebenen einen Winkel (τ) zueinander bilden, und daß in bekannter Weise in jede Rohrleitung eine flache Spiralrippe (7, T\ eingesetzt ist, deren Endkanten mit der Ebene det Rohrachsen des Mischelementes einen Winkel von 90° ± 20° einschließen.

2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (τ) zwischen 60° und 120° liegt.

3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralrippe (7, T) zwischen 150° und 220° verwunden ist.