DE3021606C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer zum Erzeugen eines kleinblasigen Schaumes aus einer Luft, Wasser und Tensid enthaltenden Mischung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Statische Mischer bewirken eine intensive Durchmischung eines sie im Gleichstrom durchströmenden Fluids aus Flüssigkeiten, auch solchen unterschiedlicher Viskosität, Gasen und gegebenen­ falls feinverteilten Feststoffen. Ähnliche Vorrichtungen werden auch als Reaktorgefäß verwendet, um das strömende Fluid mit auf den festen Einbauten gehaltenen Katalysatoren in innige Berüh­ rung zu bringen.

Ein statischer Mischer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DD-PS 1 37 406 bekannt und soll durch drei­ dimensionale Teilströmungen eine kontinuierliche und intensive Mischtechnik für Stoffe ähnlicher aber auch unterschiedlicher Konsistenz, wie Emulsionen oder Pasten bieten.

In einer ersten Variante dieses bekannten statischen Mischers erhält das Mischgut einen rechtsgängigen Drall, bedingt durch die Ausgestaltung der Kanäle im Streckmaterial. Bei der zweiten Variante ist ein steter Wechsel von rechtsgängigem und links­ gängigem Drall vorgesehen. Diese Patentschrift gibt keiner­ lei Hinweis, daß der darin beschriebene statische Mischer zur Schaumerzeugung geeignet sein könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen von kleinblasigem Schaum zu schaffen, die einen solchen Schaum in möglichst beständiger Form kontinuierlich mit bester Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit, also mit möglichst geringem Material- und Energieaufwand er­ zeugt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1.

Auf diese Weise wird vermieden, daß das Mischgut beim Durchströ­ men des statischen Mischers einen unerwünschten Drall erhält. Das Mischgut wird vielmehr ohne spiraliges Strömen in den Kanä­ len lediglich nach außen bzw. nach innen geleitet, wobei alle Teilströme der Mischung von einem Mischelement zum folgenden Mischelement jeweils einem wechselnden Druck und umgekehrt korrelierter Strömungsgeschwindigkeit unterworfen sind, was zur Bildung von Schaumblasen in der Mischung führt, die im Verlauf des Durchgangs durch die Vorrichtung immer kleiner werden. Dabei wird die Bildung von Schaumblasen noch verstärkt durch den scharfen Richtungswechsel der Teilströme beim Übertritt von den Kanälen im ersten Mischelement in die Kanäle des zweiten Misch­ elements, und bei jedem weiteren solchen Übertritt.

Die Bestandteile der Mischung, aus der ein Schaum erzeugt werden soll, können dem stromaufwärts liegenden Ende des statischen Mischers mit einem gleichmäßigen Druck zugeführt werden, mit dem die Mischung in die Kanäle der Mischelemente eintritt, und diese Kanäle haben die Gestalt von Kreisen von Teilkanälen, die im allgemeinen in Ringgruppen angeordnet sind, in welchen die Innen- und Außenradien des Ringes abwechselnd größer und kleiner werdende Durchmesser aufweisen, während der radiale Abstand zwi­ schen den Außen- und Innenumfängen der Ringe im wesentlichen gleich bleibt.

Wenn der Durchmesser eines Ringes abnimmt, verringert sich sein Querschnitt, und die Geschwindigkeit der Fluidmischung steigt. Diese Erhöhung der Geschwindigkeit verringert den Druck im Fluidstrom. An Stellen, an denen der Querschnitt des Ringes zunimmt, verringert sich die Geschwindigkeit des Fluidstroms und damit der Druck im Fluidstrom. Diese abwechselnde Verringerung und Erhöhung des Drucks im Fluidstrom erzeugt den Schaum.

Der in einem erfindungsgemäßen statischen Mischer erzeugte kleinblasige Schaum kann durch Schläuche oder Rohre bis zu 60 Meter Länge und mit niedriger Geschwindigkeit abgegeben werden, ohne daß er dabei in abwechselnde Pfropfen oder Blöcke von Schaum und Luft zerfällt, wie es bei den bekannten Schaumer­ zeugern der Fall sein kann.

Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschrei­ bung eines Ausführungsbeispiels, die sich auf die Zeichnung bezieht, worin entsprechende Teile in allen Figuren mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung, zum großen Teil im Schnitt, eines erfindungsgemäßen statischen Mischers als Schaumerzeuger; die

Fig. 2 und 3 Endansichten des Schaumerzeugers der Fig. 1 vom Auslaßrohr bzw. Einlaßrohr her gesehen;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Streckmaterialbandes, das zur Herstellung der Mischelemente des erfindungsgemäßen Schaumerzeugers verwendet wird;

Fig. 5 eine Endansicht des Bandes der Fig. 4;

Fig. 6 eine Endansicht eines der Mischelemente des Schaumerzeugers, das durch Aufwickeln des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Bandes zu einer Spirale hergestellt ist;

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht des Streckmaterialbandes der Fig. 4;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7;

Fig. 9 einen stark vergrößerten Ausschnitt eines Randabschnitts des in Fig. 5 gezeigten Bandes, welcher die Bauart der Wabenzellen relativ zueinander zeigt.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen statischen Mischer als Schaum­ erzeugungsvorrichtung mit einem zylindrischen Rohrabschnitt 10 mit einer Endwand 12 an seinem stromaufwärts gelegenen Ende, durch den ein Zuführungs­ rohr 14 mündet. Am anderen Ende des Schaumerzeugerrohrabschnitts 10 befindet sich eine Endwand 16 mit einer Öffnung, die mit einem Schaumablaßrohr 18 in Verbindung steht. Innerhalb des Rohrab­ schnitts 10 befinden sich eine Mehrzahl von Mischabteilungen 20, von denen sechs in Fig. 1 gezeigt sind.

Jede Mischabteilung 20 enthält zwei aufgewickelte Streckmaterialbänder 22 und 24 von gleicher Bauweise, die jedoch Rücken an Rücken ange­ ordnet sind, so daß die Kanäle der Mischabteilung abwechselnd nach außen und innen geneigt sind.

Am Auslaßende des Rohrabschnitts 10 befindet sich ein Leitelemente 26 mit geraden Waben zwischen der letzten Mischabteilung 20 und der Öffnung in das Auslaßrohr 18.

Eine Mischung von Wasser, Luft und Tensid (oberflächenaktives Mittel) wird dem stromaufwärtsliegenden Ende des Schaumerzeugers durch das Zufuhrrohr 14 mittels einer Pumpe 28 zugeführt, die durch einen Motor 30 mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben ist. In der gezeigten Bauweise ist im Rohrabschnitt 10 stromauf­ wärts von den Mischabteilungen 20 eine Kammer 32 zur Aufnahme des Wassers, der Luft und des Tensids vorgesehen, welche die Bestand­ teile bilden, aus denen der Schaum erzeugt wird.

Die Bauweise der aufgewickelten Streckmaterialbänder 22 und 24, welche die Mischabteilungen 20 bilden, wird genauer mit Bezug auf andere Figuren der Zeichnung erläutert, jedoch zeigt Fig. 1 Mischab­ teilungen, die gebildet sind durch Aufwickeln eines Bandes zu einer Spirale mit sechs Windungen, die einander längs gegen­ überliegender Spiralflächen berühren, von denen einige in Fig. 1 durch die Linien 34 angegeben sind. Die Wabenöffnungen in den Bändern 22 und 24 verlaufen nicht rechtwinklig zu den Kanten der Bänder, sondern diagonal dazu, wie die schrägen Linien zeigen, die sich zwischen entgegengesetzten Seiten der aufgewickelten Bänder erstrecken, so daß in jeder aufeinanderfolgenden Schicht des Bandes Wabenöffnungen in einer solchen Stellung sind, daß sie mit einer Wabenöffnung der nächstfolgenden Schicht in Verbindung stehen. Diese Öffnungen passen nicht genau aufeinander, sind jedoch so groß bezüglich der sie umgebenden Materialwände, daß die Verbindung zwischen aufeinanderfolgenden Schichten erhalten wird, ohne daß die Wabenöffnungen tatsächlich passend zusammen­ stoßen.

Wegen der Neigung der Wabenöffnungen in den aufgewickelten Bändern 22 und 24 stehen die Öffnungen nicht nur von einer Schicht zur nächsten in einer radialen Richtung in Verbindung, sondern öffnen sich auch durch entgegengesetzte Seiten der aufgewickelten Bänder, und einige der durch diese Verbindung gebildeten schräg verlaufenden Kanäle sind in Fig. 1 mit 36 bezeichnet. Es ist daher ersichtlich, daß sich die Öffnungen 36 durch die rechtsliegende Oberfläche des aufgewickelten Bandes 22 erstrecken und längs Richtungen verlaufen, die von der Achse des aufgewickelten Bandes 22 abweichen und schließlich an der linken Seite der Bandspirale 22 austreten.

Die Bandspirale 24 ist vorzugsweise von gleicher Bauweise wie die Bandspirale 22, jedoch entgegengesetzt ausgerichtet, so daß die Kanäle, welche den Kanälen 36 der Bandspirale 22 entsprechen, sich mit einer entgegengesetzten Neigung wie die in der Band­ spirale 22 erstrecken. Einige der Kanäle, welche in Richtung auf die Achse der Bandspirale 24 zusammenlaufen, sind in Fig. 1 mit 38 bezeichnet.

Nicht alle der Schrägkanäle 36 und 38 stehen miteinander in Ver­ bindung. Die Neigung dieser Kanäle bewirkt, daß einige durch die Seiten der aufgewickelten Bänder 22 und 24 münden und an ihren anderen Enden durch den Umfang der Bandspirale, so daß sie an der Innenfläche des zylindrischen Rohrabschnitts 10 tot enden. Andere Kanäle, welche sich durch die einander gegenüberliegenden Seiten der Bandspiralen 22 und 24 erstrecken, enden tot in ent­ sprechende Kanäle an der entgegengesetzten Seite der Mittelachse der aufgewickelten Bänder. Um die Arbeitsweise des Schaumerzeugers leichter verständlich zu machen, sind alle Kanäle, welche in Hin­ dernissen tot enden, in Fig. 1 punktiert ausgefüllt um anzuzeigen, daß sie keinen Teil der Kanäle bilden, durch welche die Bestand­ teile des Schaums strömen.

Die mit 36 und 38 bezeichneten Kanäle, und die anderen nicht ge­ punktet ausgefüllten Kanäle bilden die offenen Teile jeder Misch­ abteilung 20, durch welche die Bestandteile des Schaums hindurch­ treten und in denen die Druckveränderungen und Durchwirbelung der Schaumbestandteile bewirkt, daß sie den kleinblasigen Schaum bilden.

Die offenen Kanäle 36 sind in jeder Spirale des Bandes 22 von gleichem Querschnitt, jedoch wird ihr Umfang größer je näher sie am Umfang des aufgewickelten Bandes liegen. Dadurch ver­ größert sich der Querschnitt der Kanäle 36 und diese Querschnitt­ vergrößerung verringert die Strömungsgeschwindigkeit und steigert den Druck des Fluidstroms.

Im aufgewickelten Band 24, welches das zweite Element der Mischabteilung 20 bildet, sind die Öffnungen 38 nach innen in Richtung auf die Achse des aufgewickelten Bandes 24 geneigt, so daß der Querschnitt jeder der Kanäle 38 in ihrer Erstreckung in der Fließrichtung der Schaumbestandteile durch den Schaumerzeuger ab­ nimmt. Die Geschwindigkeit des Fluidstroms steigt mit abnehmendem Querschnitt, und die Geschwindigkeitszunahme verringert den Druck des Fluidstroms. So nimmt der durch das erste Element der Mischabteilung 20 in Richtung auf das Schaum­ auslaßrohr 18 strömenden Fluidstrom an Geschwindigkeit ab und an Druck zu, bis er die gegenüberliegenden Flächen der aufgewickelten Bänder 22 und 24 erreicht, und nimmt dann an Geschwindigkeit zu und an Druck ab, bis er die nächste Mischabteilung 20 erreicht. Dieser Druckwechsel begünstigt das Schäumen, und die durch die Richtungsänderung des Stroms erzeugte Wirbelbildung begünstigt das Schäumen noch weiter. Die Tatsache, daß die Wabenöffnungen in jeder Schicht der aufgewickelten Bänder nicht genau mit den Öffnun­ gen durch benachbarte Schichten an den gegenüberliegenden Flächen von aufeinanderfolgenden aufgewickelten Bändern übereinstimmen, begünstigt noch weiter die Wirbelbildung und damit die Schaumbil­ dung der Bestandteile.

Die für die erste Mischabteilung 20 beschriebene Wirkung wieder­ holt sich in den folgenden Abteilungen, wobei mehr und mehr der Bestandteile geschäumt werden und die Größe der Schaublasen immer kleiner wird. Am Auslaßende der letzten Mischabteilung 20 sorgt die Wabenplatte 26 mit axial-parallelen Kanälen für den Austritt aus den schräg verlaufenden Kanälen der letzten Mischabteilung 20 in das Schaumauslaßrohr 18. Die Fig. 2 und 3 zeigen Endansichten des Schaumerzeugers.

Fig. 4 zeigt das Band 22, bevor es zu einer Spirale aufgewickelt ist. Es hat eine Breite von etwa 2,5 cm und eine Länge von etwa 75 cm genügt zur Herstellung einer Spirale von etwa 7,6 cm Durchmesser, welche zur Verwendung in einem Schaumerzeuger des in Fig. 1 gezeigten Typs geeignet ist. Solche Streck­ materialbänder aus Aluminium und verschiedenen Metallen und Kunst­ stoffen sind im Handel erhältlich. Die Wabenzellen 42 sind in den handelsüblichen Bändern keine Sechsecke, wenn man sie rechtwinklig zur Oberfläche des Bandes betrachtet. Der tatsächliche Querschnitt der Zelle in einer Ebene rechtwinklig zuf Längsachse der Zelle hat ungefähr die Form eines Hexagons.

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt des Bandes der Fig. 4 in stark ver­ größertem Maßstab, so daß die Wände zwischen den Sechseck­ zellen mit doppelten Linien gezeigt werden können.

Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7 und zeigt die Art, in der Wände 52 der Sechseckzellen 42 in einem Winkel zu den breiten Flächen des Bandes 22 geneigt verlaufen.

Fig. 6 zeigt die Art, in welcher das Band 22 aufgewickelt ist, um das erste Element der Mischabteilung 20 der Fig. 1 zu bilden. Das aufgewickelte Wabenband 22 in Fig. 1 ist, wie oben erwähnt, zur deutlicheren Darstellung mit nur fünf Windungen der Spirale gezeigt, jedoch werden tatsächlich gewöhnlich mehr Windungen ver­ wendet, um einen Schaumerzeuger von erheblicher Kapazität herzu­ stellen. Fig. 6 zeigt eine größere Zahl von Windungen in der Spirale.

Fig. 8 zeigt eine Schicht 56 des aufgewickelten Bandes 22, die über einer anderen Schicht 58 liegt, die nur teilweise ge­ zeigt ist. Die Wabenzellen 42 laufen schräg nach unten links in Fig. 8, und die Zellenwände der Schicht 58 sind mit 82 bezeichnet.

Da ein einziges Band 22 spiralig aufgewickelt ist, wie in Fig. 6 gezeigt, ist es unmöglich, daß die Wabenzellen 42 der Schicht 56 (Fig. 8) in einer Linie mit den entsprechenden Zellen 42 der nächsten Schicht 58 liegen. An manchen Stellen rings um die Spi­ rale werden sie tatsächlich zufällig gerade aufeinander treffen, jedoch werden längs der meisten Kanäle durch welche der Fluidstrom fließt, die Wände der Wabenzellen einer Schicht nicht in einer Linie auf die Wände der Wabenzellen der nächsten Schicht treffen, wie durch die Schichten 56 und 58 in Fig. 8 gezeigt. Die Zellen einer Schicht überlappen diejenigen einer anderen Schicht, und die Zellwände 82 liegen in der Linie der Strömung durch die Zellen 42 der Windung 56. Das ist dadurch nützlich, daß es zu einer stärkeren Turbulenz der Strömung und besserem Schäumen beiträgt.

Die schrägen Wabenzellen 42 der Fig. 8 sind die Kanäle 36 der Fig. 1, durch welche der Fluidstrom in Abwärtsrichtung strömt, wobei die Radien der Kanäle 36 in Umfangsrichtung in dem Maß zu­ nehmen, wie sie sich zum nächsten aufgewickelten Wabenband 24 er­ strecken.

Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine wirksame und wirtschaftliche Art der Erzeugung von Schaum mit kleinen Blasen, der über erhebliche Entfernungen zum Verwendungsort transportierbar ist, wo er zum Binden von Staub und für andere Zwecke dienen kann.

Claims (8)

1. Statischer Mischer zum Erzeugen eines kleinblasigen Schaumes aus einer Luft, Wasser und Tensid enthaltenden Mischung mit einer rohrförmigen Kammer, mit einem Einlaß zur Zufuhr der Mischung an dem einen Ende der Kammer, mit einem Auslaß für den fertigen Schaum an dem anderen Ende der Kammer, mit einer Mehrzahl von axial hintereinander angeordne­ ten Mischabteilungen in der Kammer und mit je einem Mischele­ ment in jeder Mischabteilung, wobei jedes Mischelement eine Mehrzahl von Kanälen zur Erzeugung von Teilströmen der Mischung aufweist, wobei zwei verschiedene Arten von Mischelementen sich von einer Mischabteilung zur benachbarten abwechseln, wobei die Kanäle der einen Art der Mischelemente das insge­ samt axial strömende Mischgut mit einer radial nach außen gerichteten Komponente und die Kanäle der anderen Art das Mischgut in einer radial nach innen gerichteten Komponente leiten und wobei die Kanäle in einem bandförmigen Streckma­ terial ausgebildet sind, das zum Einbau in die Kammer spira­ lig aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in dem noch nicht spiralig aufgewickelten Streckmaterial in parallelen Reihen mit parallelen Wänden angeordnet sind.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinander folgende Mischelemente (22, 24) von im wesentlichen gleicher Bauart, in entgegengesetzter Richtung angeordnet sind, um die Veränderungen der Strömungsrichtung von einer solchen mit radial nach außen gerichteter Komponente zu einer solchen mit radial nach innen gerichteter Komponente des insgesamt axial strömenden Mischguts zu erhalten.

3. Mischer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Element (22, 24) eine axiale Länge L hat und die Mehrzahl von Kanälen (36, 38) sich in einem Winkel A zur Längsachse der Kammer erstreckt, wobei die Kanäle des nächsten Elements, wenn die Kanäle durch gegenüberliegende Enden der Ele­ mente in einem Abstand L tan A von der Längsachse offen sind, durchgehen und die Kanäle, die durch die näher an der Längsachse liegenden Endflächen offen sind, mit entsprechenden Kanälen an der Achse der Kammer tot enden.

4. Mischer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Kanäle (36, 38) durch nur eine Seite ihres Elements, welche entsprechenden Kanälen des benachbarten Elements gegenüberliegt, durchlässig sind und einige der Kanäle an der Längsachse der Elemente oder an der Innenwand der Kammer, welche den Außendurchmesser der Elemente berührt, tot enden.

5. Mischer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (42) der Elemente (22, 24) sich sowohl durch die äußere Umfangsoberfläche der Spirale als auch durch die Endflächen der Spirale des Streck­ materials und parallel zueinander und zu ihren Längsachsen, jedoch in einem spitzen Winkel zur Achse der Spirale erstrecken.

6. Mischer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (36, 38) sich durch eine Länge von spiralig aufgewickeltem bandförmigem Streckmetall er­ strecken, wobei das Streckmaterial Öffnungen (42) von im allge­ meinen wabenförmigen Querschnitt aufweist, die durch dünne Wände aus Metall voneinander getrennt sind und die Kanäle (52) bilden, wobei die Kanäle und Wände die Dicke der Windungen der Spirale bestimmen.

7. Mischer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende der Länge von spiralig aufgewickelten Streckmetall­ band so geformt ist, daß der Umfang der Spirale im ganzen kreisförmig ist, und daß die Elemente (22, 24) in der rohr­ förmigen Kammer so angeordnet sind, daß der Umfang jedes Elements (22, 24) die Innenwand der Kammer berührt.

8. Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im ganzen einen mehreckigen Querschnitt haben und sich durch das Band in einem Winkel von etwa 35° zu den oberen und unteren Oberflächen des Bandes erstrecken, wobei das Streck­ metallband aus einem Metallband von 0,05 bis 0,25 mm Dicke hergestellt ist.