DE3422339C2

DE3422339C2 -

Info

Publication number: DE3422339C2
Application number: DE3422339A
Authority: DE
Inventors: Osamu Tokio/Tokyo Jp Sakamoto; Yasuhiko Kamakura Kanagawa Jp Tsuruta; Haruo Yokohama Kanagawa Jp Sasaki; Yasuo Machida Tokio/Tokyo Jp Tsukamoto; Kiyoshi Yokohama Kanagawa Jp Kudo
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE3422339A1; GB2142835A; JPS59230627A; DE8418229U1; JPS621771B2; SE459398B; GB2142835B; GB8415307D0; SE8403236D0; SE8403236L; US4594005A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Strömungsmitteln bei dem ein erstes Strömungsmittel in einem ersten Strahl aus einer ersten Düse ausgetrieben wird, bei dem ein zweites Strömungsmittel in einem im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Strahl gerichteten zweiten Strahl aus einer zweiten Düse ausgetrieben wird, bei dem die Strömungsmittel im Anschluß an das Zusammen treffen zur weiteren Vermischung durch ein Mischrohr geführt werden und bei dem die Strömungsmittel in dem Mischrohr zusätzlich in Bewegung versetzt werden.

Normalerweise werden mehrere Arten von Strömungsmitteln in Y- oder X-förmige Rohre eingeleitet und in diesen zwangsweise zusammengeführt oder aber in einem üblichen Mischer miteinander vermischt. Manchmal werden Strömungsmittel auch durch aufeinanderfolgende Anwendung beider Verfahren gemischt. Mit zunehmender Viskosität der Strömungsmittel ist dabei jedoch eine entsprechende Abnahme der Güte des Gemisches zu beobachten. Damit vergrößert sich auch der zur Erzielung eines einwand freien Gemisches erforderliche Energie- oder Arbeitsauf wand.

Diese Tendenz tritt besonders deutlich beim Mischen von Strömungsmitteln stark unterschiedlicher Eigenschaften zutage.

Wenn für diese Arten von Strömungsmitteln keine dynamische Kraft angewandt ist, ist es aus dem genannten Grund äußerst schwierig, ein gleichmäßiges Gemisch zu erhalten, während die Güte des Enderzeugnisses abnimmt.

Die genannten Nachteile haften auch einem aus der GB-PS 15 03 904 bekannten Verfahren der eingangs genannten Art an. Dort treffen die von zwei Quellen stammenden Strahlen eines Strömungsmittels zwar etwa senkrecht aufeinander, doch handelt es sich um das Y-förmige Zusammenführen zweier Rohre, wie dies oben bereits erwähnt ist. Wesentlich für die Funktion dieses Verfahrens ist vor allem, daß von der verwendeten Konstruktion her nur eine unvollkommene Vermischung der beiden Komponenten erfolgt. Bei der bekannten Ver mischungsmethode treffen zwei jeweils kreisförmige Strömungsmittelstrahlen aufeinander, und sie werden in einem kreisförmigen Querschnitt weitergeführt. Nimmt man dabei an, daß alle Elemente des Strömungsmittels innerhalb des Kreisquerschnitts mit einer bestimmten Geschwindigkeit sich nach vorn bewegen, so braucht ein Element am Schnittpunkt zwischen beiden Strahlen mehr Zeit, bis es sich in den gemeinsamen Kreisquerschnitt des abführenden Rohres bewegt hat, als ein am Rand befindliches Element. Daraus läßt sich schließen, daß sich im Zentrum eine Verdichtung der Strömungsmittel ergibt, während die am Rand befindlichen Schichten dünner und auch weniger durchgemischt sind. Damit ergibt sich nur eine unvollkommene Durchmischung der beiden Strömungs mittel.

Aus der CH-PS 4 58 292 ist eine Mischdüse bekannt, bei der über eine große rechteckige Austrittsöffnung ein Gasstrom abgestrahlt wird. In diesen Gasstrom hinein können verschiedene andere Strömungsmittel, etwa flüssige Komponenten, gemischt werden. Diese Strömungs mittel werden untereinander in einer dreieckigen Aus nehmung eines Leitkörpers vermischt und dann über eine Flachdüse parallel zum Luftstrom ausgestoßen. Eine weitere Vermischung soll sich dabei durch die Turbulenzen an der Hinterkante eines Profilkörpers im Luftstrom ergeben. So ist aus dieser Schrift zwar die Verwendung von Flachdüsen vorgesehen, eine Anregung zur grundlegenden Verbesserung des eingangs genannten Ver fahrens ergibt sich daraus jedoch nicht.

Weiterhin ist aus der DD-PS 91 468 ein Verfahren zum Mischen von Gasströmen bekannt, bei dem Gasströme durch Schlitze in Form von Flachstrahlen senkrecht zueinander und zur Abströmrichtung in einen Mischraum geführt werden. Die beiden Ströme treten dort jeweils in einer gemeinsamen Ebenen in den Mischraum ein. Das hat wiederum zur Folge, daß in bestimmten Randbereichen die Flachstrahlen schneller aufeinandertreffen als in anderen. Die Elemente der Strömungsmittel entwickeln damit unter schiedliche Geschwindigkeiten und werden auch unter schiedlich durchgemischt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß unabhängig von den Eigenschaften der jeweiligen Strömungsmittel auf einfache und zuverlässige Weise kontinuierlich ein Gemisch mit einer verbesserten Durchmischung der Strömungsmittel erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß beide Strömungsmittel jeweils in einem bandförmigen Flachstrahl ausgetrieben werden, wobei der aus der ersten Düse ausströmende Flachstrahl mit seiner gesamten Fläche die gesamte Fläche des aus der zweiten Düse aus strömenden Flachstrahles beaufschlagt.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Mischvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Zu sammenströmvorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung der Strömungsmittelzusammenströmung,

Fig. 4 bis 6 Darstellungen verschiedener Mischrohr konfigurationen,

Fig. 7 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 1,

Fig. 8 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 1,

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 4,

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 4,

Fig. 11 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 5,

Fig. 12 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie XII-XII in Fig. 5 und

Fig. 13 und 14 in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnitte längs der Linien XIII-XIII bzw. XIV-XIV in Fig. 6.

Die gesamte Vorrichtung besteht aus einer Zusammen strömeinheit und einer Rühr- oder Mischeinheit.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Rohre 31 und 41 an einen Misch kopf 1 angeschlossen. Am Ende des Rohrs 31 ist eine waagerecht gerichtete Schlitzdüse 3 angebracht, während am Ende des Rohrs 41 eine lotrecht (abwärts) gerichtete Schlitzdüse 4 angeordnet ist. Die waagerechte Schlitz düse 3 besitzt die Form eines flachgedrückten Rohrs; ihre Öffnung oder Mündung besitzt daher eine solche Form, daß das Strömungsmittel in Form eines flachen, bandförmigen Strahls aus ihr austritt.

Ebenso wie bei der waagerechten Schlitzdüse 3 besitzt auch die Öffnung der lotrechten Schlitzdüse 4 die Form eines flachgedrückten Rohrs, so daß sie das Strömungs mittel in Form eines ähnlichen Flachstrahls 43 austrägt.

Die Schlitzdüsen 3 und 4 sind dabei so angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Strahlen einander schneiden.

Der aus der waagerechten Schlitzdüse 3 ausströmende Flachstrahl beaufschlagt mit seiner gesamten Fläche die gesamte Fläche des aus der lotrechten Schlitzdüse 4 ausströmenden Flachstrahls. Die gegenseitige Deckung ist ähnlich wie bei zwei Farbwalzen, die zwei Farb schichten übereinander legen.

Der Grund für die gegenseitige Beaufschlagung der beiden Strömungsmittel in Form von Flachstrahlen ist folgen der:

Wenn man beispielsweise eine Tasse Wasser auf einen Sandhaufen schüttet, vermischt sich nur ein bestimmter Teil des Wassers mit dem Sand, während eine voll ständige gegenseitige Durchdringung sehr schwierig zu erreichen ist. Bei Flüssigkeiten höherer Viskosität, wie Öl, ist dies sogar in noch stärkerem Maße der Fall.

Demzufolge ergibt sich häufig, auch wenn das Gemisch gerührt wird, eine "schlammkuchenartige" Konsistenz. Für die Erzielung eines gleichmäßigen Gemisches muß in diesem Fall eine große Energiemenge aufgewandt werden.

Der Hauptgrund hierfür ist, daß die Dispersion der be treffenden Strömungsmittel mangelhaft ist. Wenn die beiden Strömungsmittel gleichzeitig in kleinen Mengen in einer eine gute gegenseitige Durchdringung zulassen den Weise vermischt werden, ist das anschließende Rühren oder Umwälzen ein einfacher und wirksamer Vorgang. In diesem Fall kann mit einer kleinen Energiemenge für das Mischen ein zufriedenstellendes Gemisch erzielt werden.

Die Erfindung richtet sich nun speziell auf die an fängliche gegenseitige Durchdringung der beiden zu vermischenden Strömungsmittel.

Wenn ein Strömungsmittel auf die vorstehend erläuterte Weise verspritzt oder ausgetrieben wird, wird seine Dispersionsfähigkeit verbessert, so daß ein vorteil haftes Gemisch erhalten werden kann.

Wenn beispielsweise ein körniger Stoff in einem Strahl unter Druck senkrecht auf eine ebenfalls unter Druck ausgespritzte Flüssigkeit gerichtet wird, wird eine sehr gute Durchmischung der beiden Strömungsmittel erzielt. Da die Menge der Flüssigkeit und ihre Ver teilung im körnigen Stoff regelmäßig und gleichmäßig sind, wird eine gute Dispersion erzielt, die eine her vorragende Durchmischung gewährleistet (vgl. Fig. 3).

Genauer gesagt: die Erfindung bezweckt die größtmögliche gegenseitige Durchdringung der zu vermischenden Strömungs mittel durch Erzielung einer guten anfänglichen Dis persion; zu diesem Zweck wird ein Flachstrahl-Spritz system verwendet, durch das zwei einander schneidende, bandförmige Flachstrahlen ausgetrieben werden.

Gemäß Fig. 1 ist an das eine Ende der Gesamtanordnung ein Mischrohr 5 als Mischeinheit angeschlossen. Wenn die beiden Strömungsmittel das Mischrohr 5 erreichen, sind sie aufgrund ihrer Zusammenströmung (confluence) bereits bis zu einem bestimmten Grad miteinander ver mischt. Das Mischrohr 5 ist nun so ausgebildet, daß es noch ein vollständigeres Vermischen gewährleistet.

Das Mischrohr 5 weist einen durchgehenden Innendurch gang 51 auf, der in festgelegten Abständen unter Bildung von Einschnürungen (wringers) 52 flachgedrückt ist.

Das Mischrohr ist abwechselnd in lotrechter Richtung und von der Seite her flachgedrückt, so daß die auf einanderfolgenden Innenprofile des Durchgangs an den Stellen 52 senkrecht zueinander liegen.

Bei Verwendung zweier lotrechter Schlitzdüsen, von denen die eine nach unten und die andere nach oben weist, und einer waagerechten Schlitzdüse können mehr als zwei Stoffe (Flüssigkeiten und körnige Stoffe bzw. Schüttgut) gleichzeitig miteinander vermischt werden. Die Flachstrahlen der beiden lotrechten Schlitzdüsen sind dabei so gerichtet, daß sie den waagerechten Flachstrahl von beiden Seiten her beaufschlagen (nicht dargestellt).

Obgleich vorstehend besonders die lotrechte und waage rechte Ausrichtung der Strömungsmittelstrahlen her vorgehoben ist, sind die Winkel, unter denen sich die Flachstrahlen treffen, nicht notwendigerweise auf diese Anordnung beschränkt, sondern ohne Änderung der Misch leistung (innerhalb gewisser Grenzen) veränderbar.

Abweichend von der vorstehend beschriebenen Ausge staltung (Fig. 1) kann sich der Durchmesser des Innen durchgangs 51 auch in festen Abständen in Radialrich tung allmählich verengen und erweitern (vgl. Fig. 4).

Gemäß Fig. 5 ist es weiterhin möglich, verschiedene Querschnitte gemäß den beschriebenen Ausgestaltungen zu einem Rohrleitungs-Innendurchgang noch einer anderen Form zu kombinieren, z. B. in Form einer normalen zylin drischen Rohrleitung mit regelmäßigen schlitzförmigen Einschnürungen.

In weiterer Ausgestaltung kann gemäß Fig. 6 eine normale zylindrische Rohrleitung 5 in gegebenen Abständen mit sie abwechselnd lotrecht und waagerecht durchsetzenden, Turbulenz erzeugenden Stiften oder Bolzen versehen sein. Die wesentliche Aufgabe dieser Strömungshinder nisse besteht darin, die Strömungsenergie des Strömungs mittels zur Erzeugung von Turbulenz durch Wechselwirkung mit den den gleichmäßigen Innendurchgang 51 der Leitung störenden Elementen auszunutzen und damit eine ver besserte Mischwirkung zu erzeugen.

Das Rohr 31 (Fig. 1) ist ein Druckluft-Förderrohr, in welchem körnige Stoffe (Schüttgut) mittels Druckluft transportiert werden. Dieses Rohr ist mit der waage rechten Schlitzdüse 3 verbunden. An die lotrechte Schlitzdüse 4 ist das Rohr 41 als Druckförderrohr an geschlossen, durch welches ein oder mehrere Strömungs mittel gleichzeitig gefördert werden können. Mit dem Rohr 41 können beispielsweise ein Kunstharz-Grundstoff und ein Härter kontinuierlich gefördert und gemischt werden.

Durch die mit den betreffenden Schlitzdüsen verbundenen Rohre wird eine vorgegebene Flüssigkeit (im Fall des Rohrs 31 auch ein körniger Stoff) gefördert. Aus der Schlitzdüse 3 tritt gemäß Fig. 3 das betreffende Strömungsmittel in Form einer bandförmigen Strömungs mittelschicht (Körnchenschicht) in Richtung auf das Mischrohr 5 aus. Gleichzeitig trägt die Schlitzdüse 4 eine Strömungsmittelschicht 43 in Abwärtsrichtung aus.

Die Strömungsmittelschichten legen sich dabei lagen artig übereinander (vgl. Fig. 2), wobei die Strömungs mittelschicht 43 gut in die Strömungsmittelschicht (Körnchenschicht) 32 eindringt. Die miteinander ver einigten Schichten oder Strömungsmittelstrahlen werden dabei in diesem Durchdringungszustand zum Mischrohr 5 überführt.

Während das Strömungsmittel den Mischkopf und dann das Mischrohr 5 durchströmt, wird in ihm Turbulenz erzeugt. Dies ist deshalb der Fall, weil die vergleichsweise ungestörte Gesamtströmung aus den beiden Schlitzdüsen auf eine Einschnürung 52 trifft und dadurch das Strö mungsmittel zu einer radialen Änderung seiner Strö mungsform und seines lokalen Moments oder Impulses (local momentum) gezwungen wird. Infolgedessen wird eine Wirbelströmung erzeugt, in welcher sich das Strö mungsmittel äußerst turbulent verhält.

Anschließend tritt die turbulente Strömung in die nächste Einschnürung 52 ein, wobei sie wiederum ihre Strömungsform und ihr Moment ändert, wodurch der Misch vorgang weiter begünstigt wird.

Wenn das bereits gut durchgemischte Strömungsmittel auf diese Weise den Rohrleitungs-Durchgang 51 durchströmt, strömt es fortlaufend durch Einschnürungen 52 hindurch und wird dabei jedesmal stärker erregt oder bewegt bzw. durchmischt. Infolgedessen werden selbst hochviskose Strömungsmittel kontinuierlich und wirkungsvoll bewegt und durchmischt, so daß ein gleichmäßiges, vollkommenes Gemisch aus verschiedenen Stoffen erhalten wird.

Das nunmehr gründlich durchmischte Strömungsmittel tritt am Ende des Mischrohrs 5 aus einer an diesem angebrachten Sprüh- oder Spritzdüse 8 aus. Die Spritz wirkung der Spritzdüse 8 wird dabei ausschließlich mit der Energie des unter Druck geförderten Strömungs mittels selbst erzielt.

Mit der Erfindung werden die folgenden Wirkungen und Vorteile erzielt:

1. Die jeweiligen Strömungsmittel nehmen eine band förmige Strahlform an, während sie auf einander schnei denden Bahnen aus den Schlitzdüsen ausgetrieben werden. Hierdurch wird eine hervorragende Dispersion beim Ver mischen der betreffenden Strömungsmittel erreicht. Die Art und die jeweiligen Eigenschaften der betreffen den Strömungsmittel haben demzufolge keinen nennens werten Einfluß auf die Güte des hergestellten Gemisches, vielmehr wird normalerweise eine gleichmäßige und voll kommene Vermischung der verschiedenen Bestandteile erreicht.
2. Das Vermischen der Strömungsmittel und ihr Austrag aus dem Mischrohr erfolgen ausschließlich mit der für ihre Druckförderung eingesetzten Energie. Es ist somit keine spezielle Einrichtung zur Erzeugung von Turbulenz oder zum Austreiben des Strömungsmittels nötig. Mit der Erfindung wird damit ein wirtschaftliches Misch verfahren geschaffen.
3. Zur Durchführung dieses Mischverfahrens sind keine komplizierten Vorrichtungen erforderlich, vielmehr werden nur einfach geformte waagerechte und lotrechte Schlitzdüsen und ein zugeordnetes Mischrohr benötigt. Folglich kann eine Mischvorrichtung kleiner Abmessungen auch für Hochleistungsbetrieb eingesetzt werden.
4. Es braucht keine große Menge des Gemisches auf einmal verwendet bzw. verarbeitet zu werden, vielmehr kann die jeweils gewünschte Menge gemischt und durch Einstellung der Fördergeschwindigkeit mit der ge wünschten Geschwindigkeit und in der gewünschten Menge zugeliefert werden.
5. Die Einschnürungen 52 sind im Mischrohr 5 an zweck mäßigen Stellen vorgesehen, so daß dann, wenn der Strom der Strömungsmittel auf eine Einschnürung trifft, dieser Strömungsmittelstrom mit letzterer eine Wechsel wirkung eingeht und dabei unter Erzeugung eines voll kommenen Gemisches Turbulenz entsteht. Die bisher schwierig zu mischenden hochviskosen Strömungsmittel können mithin mit einem hohen Grad gegenseitiger Durchdringung einwandfrei gemischt werden.
6. Das erfindungsgemäße Mischverfahren ist nicht auf Baumaschinen oder Schwerbetrieb beschränkt, sondern auch auf Nahrungsmittel, Medikamente und industrielle Stroffe anwendbar und damit auf zahlreichen Anwendungs gebieten nutzbar.
7. Das Strömungsmittel kann unter Ausnutzung aus schließlich seiner eigenen kinetischen Energie ausge tragen werden.
8. Beim Mischen von z. B. Kunstharzmörtel (resin mortar) können die Mengenverhältnisse der einzelnen Bestand teile ohne weiteres so eingestellt werden, daß ein gleichmäßiges und vollkommenes Gemisch erhalten wird. Das Kunstharz zeigt daher beim Auftragen vernachlässig bares Verlaufen und Tropfen, und der Änderungsbereich der Kunstharzgüte ist minimal.

Claims

Verfahren zum Mischen von Strömungsmitteln bei dem ein erstes Strömungsmittel in einem ersten Strahl aus einer ersten Düse ausgetrieben wird, bei dem ein zweites Strömungsmittel in einem im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Strahl gerichteten zweiten Strahl aus einer zweiten Düse ausgetrieben wird, bei dem die Strömungs mittel im Anschluß an das Zusammentreffen zur weiteren Vermischung durch ein Mischrohr geführt werden und bei dem die Strömungsmittel in dem Mischrohr zusätzlich in Bewegung versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß beide Strömungsmittel jeweils in einem bandförmigen Flachstrahl (32, 43) ausgetrieben werden, wobei der aus der ersten Düse (3) ausströmende Flachstrahl mit seiner gesamten Fläche die gesamte Fläche des aus der zweiten Düse (4) ausströmenden Flachstrahles beaufschlagt.