DE2540307A1

DE2540307A1 - Mischvorrichtung ohne bewegliche teile

Info

Publication number: DE2540307A1
Application number: DE19752540307
Authority: DE
Inventors: Gustav Adolf Staaf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-09-13
Filing date: 1975-09-10
Publication date: 1976-03-25
Also published as: SE387862B; NO752758L; GB1523645A; CA1021766A; FR2330459B1; NO137930C; BR7505798A; FI752479A; FR2330459A1; US4092013A; SE7411581L; NO137930B

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLeR DR.-ING. SCHONWALD 2540307 DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER

DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER ΒΚ$ΠβΕ««©ΕΗ£Η[ DIPL-ING. SELTING

DR.-ING. EISHOLD
5 KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

9. Sept. 1975 Sch-DB/Ko

Gustaf Adolf Staaf

Navigatörgatan 6, S-721 32 VästerSs / Schweden

Mischvorrichtung ohne bewegliche Teile

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von zwei oder mehr Komponenten, von denen wenigstens eine in einem Pluidstrom enthalten ist, der der Vorrichtung durch ein an diese angeschlossenes Rohr oder Rohre zugeführt wird. Die anderen zu mischenden Komponenten können in Form von Fluidströmen, Gasen oder sogar Feststoffen in PartikelgröSe vorliegen.

Es sind Mischvorrichtungen bekannt, die mindestens einen mechanisch angetriebenen Rührer aufweisen, der den Mischvorgang bewirkt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte Mischvorrichtung ohne bewegliche Teile zu schaffen, die trotzdem wirkungsvoll arbeitet.

Gemäß der Erfindung weist die Mischvorrichtung ein als

609813/0768

Rotationskörper ausgebildetes Gehäuse auf, an das zwei oder mehr Rohre angeschlossen sind, die der Zuführung der verschiedenen zu mischenden Komponenten zum Gehäuse dienen, wobei wenigstens ein Rohr tangential an das Gehäuse angeschlossen ist,und außerdem ist ein axial mit dem Gehäuse verbundenes eine Anzahl von Strömungswiderständen enthaltendes Auslaßrohr vorgesehen. Die mit geeigneten Geschwindigkeiten tangential in das Gehäuse eingeführte Strömung bzw. Strömungen werden zur Richtungsänderung in einen spiralförmigen oder wirbelartigen Strom gezwungen, dessen Rotationsrate zur Mitte -zunimmt, damit der Strom beim Verlassen des Gehäuses durch das zentral angeschlossene Auslaßrohr eine Schraubendrehbewegung erhalten hat, die plötzlich durch die Hindernisse im Auslaßrohr gestört wird, so daß eine starke Turbulenz erzeugt wird, die eine intensive Durchmischung der Komponenten zur Folge hat.

der

Die geeignete Geschwindigkeit*in das Gehäuse tangential einzuleitenden Mischungskomponente kann durch Versuche ermittelt werden.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Seitenansicht und einen Axialschnitt einer Mischvorrichtung für zwei Komponenten, die beide dem Gehäuse tangential zugeführt werden,

Fig. 3 einen Axialschnitt einer Mischvorrichtung ähnlich derjenigen der Fig. 1 und 2, wobei jedoch der Gehäuseboden gegenüber dem Auslaßrohr konisch gestaltet ist,

- 3 609813/0768

Flg. 4 einen Axialschnitt einer Mischvorrichtung ähnlich derjenigen nach Fig, 3» wobei jedoch das Zuführungsrohr für die eine zu mischende Komponente zentral durch den Gehäuseboden hindurchgeführt ist,

Fig. 5 und 6 abgewandelte Ausführungsformen des Mundstückes eines Rohres zur tangentialen Einführung einer zu mischenden Komponente,

Fig. 7 und 8 abgewandelte Ausführungsformen des Ströjnungshindernisses in dem Auslaßrohr,

Fig. 9 eine Mischvorrichtung mit drei zentral angeschlossenen Einlaßleitungen für zu mischende Komponenten,

Fig. 10 und 11 verschiedene Wege der Reihenschaltung von zwei Mischvorrichtungen,

Fig. IP eine Mischvorrichtung, bei der zwei im wesentlichen tangential gerichtete Zuführungsrohre an zwei Gehäuseböden angeschlossen sind,

Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Gesamtsystems zur Mischung von zwei Komponenten und

Fig. 14 bis 16 weitere Ausführungsformen der Mischvorrichtung gemäß der Erfindung.

Die Mischvorrichtung der Fig. 1 und 2 besteht aus einem Gehäuse 10, das als Rotationskörper mit einer runden

- 4 6098 1 3/0768

zylindrischen Gehäusewandung 11 sowie einer oberen und einer unteren ebenen Abdeckung 12 bzw. 13 gebildet ist.

An die Gehäusewandung 11 sind tangential zwei Rohre und 15 angeschlossen, während in die Mitte der oberen Gehäuseabdeckung Ij5 senkrecht zu dieser ein Auslaßrohr 16 mündet. In die Mündung des Auslaßrohres ist ein als ebene Platte IJ ausgebildetes Hindernis eingesetzt, dessen Ebene mit der diametralen Ebene in dem Rohr zusammenfällt.

Die Mischvorrichtung arbeitet auf folgende-Weise.

Zwei miteinander zu mischende Fluide werden mit geeigneter Strömungsgeschwindigkeit durch die Rohre 14 und 15 tangential in das Gehäuse 10 eingeführt. Die tangential gerichteten Fluidströme aus den Rohren werden in dem Gehäuse 10 in spiralförmigem Strom zur Mitte des Gehäuses abgelenkt. Die Rotationsgeschwindigkeit für jede gedachte Spiralwindung nimmt bei Annäherung an die Mitte zu, damit das Fluid das Gehäuse durch das Rohr 16 mit sehr rascher Rotationsbewegung verläßt, deren Rotationsachse mit der Längsachse des Rohres zusammenfällt. Diese rasche Rotationsbewegung des Fluidstromes wird durch die Platte 17 plötzlich gestört, und die sich ergebende Turbulenz vermittelt eine intensive Vermischung der beiden Komponenten.

Die Umlauf- bzw. Drehgeschwindigkeit des das Gehäuse 10 durch das Rohr l6 verlassenden Fluidstromes steht in Beziehung zu der Umlaufgeschwindigkeit der an der zylindrischen Wandung des Gehäuses zu mischenden Kom-

- 5 809813/0768

ponenten wie auch der Durchmesser des Gehäuses zu dem Durchmesser des Auslaßrohres in bezug steht. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 beträgt das Verhältnis dieser Abmessingen etwa 5:1. Wenn der Gehäusedurchmesser, z.B. 10 cm ausmacht, ist der Durchmesser des Auslaßrohres 2 cm. Wenn die Einlaßgeschwindigkeit des Fluidstromes durch die tangential angeschlossenen Rohre Ik und 15 mit 0,3 m/sec gewählt wird, ist die Rotationsgeschwindigkeit des Fluids im Gehäuse an seiner zylindrischen Wandung etwa eine Umdrehung/sec und die Rotationsgeschwindigkeit des das Gehäuse durch die •Auslaßleitung verlassenden Fluidstromes beträgt etwa 5 Umdrehungen/sec. Die Geschwindigkeit, mit der die zu mischenden Komponenten tangential in das Gehäuse hineingedrlickt werden, wird um so höher gewählt, je schwieriger die Komponenten zu mischen sind, jedoch sollte im Hinblick auf den zunehmenden Druckabfall in der Mischvorrichtung die Geschwindigkeit nicht größer als in jedem einzelnen Fall nötig sein.

Bei der in Fig. 3 gezeigten ΛusfUhrungsform ist der dem Auslaßrohr 16 gegenüberliegende Boden 18 des Gehäuses 10 konkav konisch gestaltet. Die entstehende Kegelfläche bewirkt, daß der Strömungsbereich in jeder gedachten Spiralwindung im Bereich der Gehäusemitte abnimmt. Daher steigt die Strömungsgeschwindigkeit in der Spirale bei Annäherung an die Mitte, wodurch die Umlauf- bzw. Drehgeschwindigkeit des Fluidstromes beim Auslaß aus dem Auslaßrohr 16 weiter zunimmt .

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsfbrm ist nur

- 6 609813/0768

254Q307

ein Rohr 19 der beiden Zuführungsrohre tangential an das zylindrische Gehäuse angeschlossen, während das Zuführungsrohr 20 für die andere zu mischende Komponente mit der Mitte des konischen Gehäusebodens 18 verbunden ist. Das Rohr 20 hat einen erheblich kleineren Durchmesser als das Rohr 19. Diese Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise geeignet, wenn die pro Zeiteinheit zugeführte Menge einer zu mischenden Komponente im Vergleich zur pro Zeiteinheit zugeführten Menge der anderen Komponente klein ist.

Bie Ausführungsform nach Fig. 4 ist insbesondere geeignet, wenn bei der Mischung von zwei Komponenten thermische Reaktionen auftreten. Da bis in die Mischzone des Auslaßrohres 16 an oder hinter der Störplatte 17 keine Wärmereaktion eintritt, wird ein Temperaturanstieg in dem Gehäuse vermieden, wodurch beispielsweise eine Wärmeisolation des Gehäuses unnötig ist. Wenn die Mischung bzw. das Reaktionsprodukt stark korrosiv ist und in der Mischzone Material hoher Qualität erfordert, kann für das Gehäuse einfacheres Material benutzt werden.

Ein Beispiel für dieses Problem ist die Verdünnung von Salzsäure mit Wasser. In diesem Falle wird dem zylindrischen Gehäuse Wasser durch das Rohr 19 tangential zugeführt und deshalb kann das Gehäuse 10 aus wasserbeständigem Material hergestellt sein und nur das Auslaßrohr 16 sowie die Störplatte 17 in dieser müssen aus einem Material bestehen, das gegen die verdünnte Säure beständig ist.

- 7 -■

8098 1 3/0768

Fig. 5 zeigt wie die Einströmgeschwindigkeit der tangential zugeführten Mischungskomponente über die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zuführungsrohr angehoben werden kann, indem an dem oder in der Nähe des Einlaßendes des Rohres in das Gehäuse eine konische Einschnürung vorgesehen wird. Dagegen läßt sich gemäß Fig. 6 die Strömungsgeschwindigkeit verringern, wenn das Rohr an dem oder im Bereich des Einlasses in das Gehäuse 10 eine konische Erweiterung aufweist.

Fig. 7 und 8 zeigen verschiedene Ausbildungen der Widerstände 21 in dem Auslaßruhr 16 der Mischvorrichtung.

Bei der Anordnung nach Fig. 9 sind Zuführungen 22 für drei Komponenten an die Mitte des Bodens des Mischergehäuses angeschlossen.

Fig. 10 zeigt zwei Mischvorrichtungen nach Fig. 4, die in Reihe geschaltet sind. Diese Schaltung ist zweckmäßig, wenn zwei verhältnismäßig kleine Komponenten, die nicht gleichzeitig zugeführt werden dürfen, einem verhältnismäßig großen Strom beigemischt werden sollen. Der große Strom wird durch den Einlaß 24 tangential in die Mischvorrichtung 23 eingelassen.

Der erste kleinere Strom tritt durch das zentrale Einlaßrohr 25 in die Mischvorrichtung 23 ein. Das Mischprodukt vom Auslaß der Mischvorrichtung 23 gelangt durch den tangentialen Einlaß 27 in die Mischvorrichtung 26. Der zweite kleine Strom tritt durch den zentralen Einlaß 28 in die Mischvorrichtung 26 ein. Die Mischung der drei Komponenten verläßt das System durch den Auslaß 29 der Mischvorrichtung 26.

6098 1 3/Ü768

Bei der Reihenschaltung von zwei Mischvorrichtung 30 und 31 gemäß Fig. 11 wird das Mischprodukt der Strömungskomponenten, die der Mischvorrichtung 30 durch die Rohre 32 und 33 zugeführt worden sind, in die Mischvorrichtung 31 zentral durch die Zuführung 34 eingelassen. Das Mischprodukt von der Mischvorrichtung 30 wird in der Mischvorrichtung 31 mit einem Strom gemischt, der durch das tangentiale Einlaßrohr 35 eingetreten ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 münden zwei im wesentlichen tangential gerichtete Einlaßrohre 36 und

37 unter geeigneten Winkeln in die untere bzw. obere Gehäuseabdeckung 12 und I3«

Fig. 13 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Systems zur Mischung von zwei Komponenten. Aus einem Behälter

38 wird eine Komponente von einer Pumpe 39 tangential in eine Mischvorrichtung 40 gepumpt, während aus einem Behälter 41 eine zweite Komponente von einer Pumpe 42 zentral in die Mischvorrichtung hineingedrückt wird. Das Mischprodukt verläßt das System durch den Mittelauslaß 43 der Mischvorrichtung 40.

Fig. 14 zeigt eine Mischvorrichtung ähnlich derjenigen nach Fig. 2. Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 ist der Boden des Gehäuses 12 eben gestaltet, während die gegenüberliegende Wandungsfläche 44 auf der Seite des Auslasses 16 konkav konische Form hat. Alle anderen Ziffern beziehen sich auf die gleichen Teile wie in Fig. 2.

609813/0768

Fig. 15 zeigt eine Vorrichtung ähnlich derjenigen nach Fig. 4. Die dem Auslaß 16 gegenüberliegende Gehäusewandung 12 ist eben, während die auf der Seite des Auslasses befindliche Gehäusefläche 44 konkav konisch gestaltet ist. Alle anderen Ziffern entsprechen denjenigen gemäß Fig. 4.

Die Anordnung nach Fig. 16 ähnelt derjenigen nach Fig. 14, wobei jedoch die beiden Gehäusewandungen 44 und 45 konkav konisch ausgebildet sind.

■Sowohl in den Mi schvorri cht ungen der Fig. 2 und 3 als auch in denjenigen der Fig. 14 bis 16 nimmt der Strömungsbereich in jeder gedachten Spiralwindung bei Annäherung an die Mitte ab. Die Strömungsgeschwind^eit in der Spirale nimmt bei Erreichen der Mitte zu, wodurch die Umlauf- bzw. Rotationsgeschwindigkeiten des Fluidstromes beim Austritt durch das Auslaßrohr 16 weiter zunehmen. Der Schnlit in der Ebene der Symmetrieachse des Gehäuses verengt sich vom Umfang gegen die Symmetrieachse des Gehäuses hin. Dies kann natürlich alternativ durch eine konkav konisch gestaltete Gehäusewandfläche und eine konvex konisch gestaltete Gehäusewandfläche erreicht werden, wenn die Axialabmessung des Gehäuses von seinem Umfang zur Mitte hin abnimmt. Andere als konische Gestaltungen sind ebenfalls zulässig. Mischvorrichtungen, deren Schnitt in der Ebene der Symmetrieachse des Gehäuses sich vom Umfang zur Symmetrieachse hin verengt, bilden bevorzugte AufUhrungsformen der Erfindung.

Die Mischer gemäß Fig. 4, 9 und I5 sind mit Einlaßroh-

- 10 6098 1 3/0768

ren 20, 22 ausgestattet, die an die Mitte des dem Auslaßrohr l6 gegenüberliegenden Gehäusebodens 12, l8 angeschlossen sind. Durch diese Rohre werden zu dem erwähnten Zweck Fluidkomponenten eingelassen. Auch gasförmige Komponenten oder sogar Feststoffe in Partikelform können durch solche Rohre zugeführt werden. Die durch tangential in das Gehäuse 10 einmündende Rohre eingebrachten Komponenten sollten zweckmäßig Fluide sein.

- 11 -

60^8 13/0768

Claims

Ansprüche

Mischvorrichtung, gekennzei chnet durch ein als Rotationskörper ausgebildetes Gehäuse (10), an das zwei oder mehr Rohre (14, 15; 19» 20; 22; 36, 37) zum Einlaß unterschiedlicher zu mischender Komponenten angeschlossen ist, wobei wenigstens eines der Rohre tangential in das Gehäuse (10) mündet und durch ein axial an das Gehäuse (10) angesetztes Auslaßrohr (16), das eine Anzahl von Strö-•mungswiderständen (17; 21) enthält, die eine starke Turbulenz in dem Fluid erzeugen, das das Gehäuse in kreisender Bewegung verläßt.
2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querschnitt in der Ebene der Symmetrieachse des Gehäuses (10) sich vom Umfang des Gehäuses zu dessen Symmetrieadie hin verengt.
3. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) eine ebene Abdeckwandung (12 bzw. 13) und eine konkav konisch gestaltete Abdeckfläche (18 bzw. 44) aufweist,
4. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse zwei konkav konisch gestaltete Abdeckflächen (44, 45) aufweist.
5. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

- 12 -

60981 3/0768

gekennzel chnet , daß der Strömungswiderstand (17) aus einer Anzahl von Hemmplatten besteht, die quer zur kreisenden Fluidbewegung angeordnet sind.
6. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Einlaßrohr (2Oj 22) zentral an die dem Auslaßrohr (16) gegenüberliegende Abdeckwand (12; 18) angeschlossen ist.
7. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß wenigstens ein Einlaßrohr (19) an dem oder in der Nähe des Einlaßendes des Rohres bzw. der Rohre in das Gehäuse (10) mit einer konischen Verengung versehen ist.
8. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Einlaßrohr (19) an oder im Bereich des Einlaßendes des Rohres bzw. der Rohre in das Gehäuse mit einer konischen Erweiterung versehen ist.
9. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Einlaßrohr (36; 37)» das unter einem kleinen Winkel an eine der Abdeckwandungen (12, 13).des Gehäuses (10) angeschlossen ist.

6098 1 3/0768

4L·

Leerseite