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Turbinenmischer.
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Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung betrifft einen Mischapparat,
der auf dem Turbinenprinzip beruht. In bereits geschützten Mischapparaten auf dieser
Grundlage ist in einem Gehäuse ein turbinenäbuliches Schaufelrad vorgesehen, welchem
die zu mischenden Flüssigkeiten (von homogener Art oder Suspensionen oder Emulsionen)
oder, wie z. B. nach Schweizer Patentschrift 73796, die einer Flüssigkeit beizumischenden
Gase zugeführt werden, was je nach den vorliegenden Arbeitsumständen durch Fremddruck
oder Selbstansaugung erfolgen kann. Die Zuführung zum Schaufelrad erfolgt hierbei
in der Weise, daß die Flüssigkeiten in einen feststehenden Düsensatz eingeführt
werden, der mit dem Deckel des Gehäuses verbunden ist und einen Teil des Umfangs
des gegenüberstehenden Schaufelrades beaufschlagt, und daß sie in unmittelbarem
Strahl gegen das umlaufende Schaufelrad austreten. In einer weiteren bekannten Ausführungsart
(Schweizer Patent 97630) wird vorgeschlagen, zwecks Erreichung der gewünschten Ergebnisse
zugleich eine sehr hohe Umlaufgeschwindigkeit des Turbinenrades und einen verhältnismäßig
hohen Druck zur Beschleunigung des Austritts der Flüssigkeitsstrahlen anzuwenden,
damit eine möglichst intensive Stoßwirkung zur Zerschlagung der Flüssigkeit zustande
kommt.- Es hat sich aber als technisch schwer durchführbar erwiesen und ist auch
wirtschaftlich unzweckmäßig, diese beiden Maßnahmen anzuwenden, weil der Energieaufwand
zur
Erzeugung der hohen drucke und der großen Geschwindigkeiten des Schaufelrades nicht
im Verhältnis steht zu der Verbesserung in der Leistung.
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Eine weitere der Leistungserhöhung dienende Ausgestaltung von Mischapparaten
nach dem Turbinenprinzip bildet den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es hat
sich gezeigt, daß in den meisten Fällen die bisherige Art der Führung der Flüssigkeiten
in den bekannten Vorrichtungen nicht genügend ist, um die gewünschte volle Mischwirkung
oder Homogenisierung der zunächst erzeugten Suspensionen oder Emulsionen unter Aufwand
technisch und wirtschaftlich zulässiger Energiemengen zu erreichen. Um nun in ein
und demselben Apparat ohne Zuhilfenahme von Pumpen u. dgl. eine Verstärkung der
Mischwirkung bei Flüssigkeiten zu erzielen, iist die nachfolgend beschriebene Anordnung
getroffen, die in den Zeichnungen in ihren wesentlichen Zügen dargestellt ist.
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Mit dem Apparat gemäß der Erfindung kann in der mannigfaltigsten
Weise der Flüssigkeitsführung gearbeitet werden, wobei sowohl die Eigenart der zu
behandelnden Flüssigkeiten oder zu erzielenden Mischungen, Suspensionen oder Emulsionen
wie die Leichtigkeit ihrer Bildung auf die Wahl der einen oder anderen Flüssigkeitsführung
maßgebend sind. Diese Mannigfaltigkeit beruht auf dem zugrunde liegenden Erfindungsgedanken,
den Turbinenmischer in der Art auszugestalten, daß statt einer Anzahl parallel geschalteter
Einzeldüsen nunmehr Düsengruppen vorgesehen sind, von denen aus das Schaufelrad
in jeder gewünschten Kombination bezüglich des Flüssigkeitslaufs beaufschlagt werden
kann, d. h. bezüglich der die Düsengruppen durchströmenden Flüssigkeiten ist sowohl
eine Parallelwie eine Hintereinanderschaltung der vorhandenen Düsengruppen oder
auch zum Teil eine Parallel- und hierzu eine Hintereinanderschaltung möglich. Der
durch diese neue Form des Turbinenmischers erzielte gewerbliche Fortschritt beruht
darin, daß bei der Möglichkeit der Zuführung mehrerer Flüssigkeiten gleichzeitig
oder der gleichen Flüssigkeit an mehreren Stellen eine Beschleunigung des Mischeffektes
bei gleichem Kraftaufwand erreicht werden kann.
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In Abb. I (Längsschnitt), 2 (Aufsicht) und 3 (Schnitt senkrecht zu
I) bedeutet I das Gehäuse, dessen Vorderwand durch einen abnehmbaren Deckel 2 abgeschlossen
wird. Auf diesem ist auf der Innenseite ein Düsenträger 3 in seinem Zentrum durch
Verschraubung derart auf den Deckel 2 angepreßt, daß Teile des letzteren als Seitenwände
der Ausströmungsdüsen4, 5 dienen. Kanäle innerhalb des Deckels vermitteln die Zufuhr
von Flüssigkeiten zu den Düsen in der Weise, daß zu den Düsen 5 der Kanal 51 vom
Anschluß 52 auf der Außenseite des Deckels her führt, während die Düsen 4 in analoger
Weise durch Kavläle4t und 42 mit Anschluß 43 verbunden sind. Der im Schnitt (Abb.
I) über 5 erscheinende Düsenzugang 4 besitzt, wie der Schnitt des Deckels in Abb.
3 zeigt, seinen Ausgang neben 5. Von den Düsen 4 und 5 ist je eine Anzahl zu einer
Gruppe vereinigt, beide Gruppen bilden zusammen einen ersten Düsensatz; da dessen
Gruppen einzeln an die Zuführungen 52 und 43 für die Flüssigkeiten A und B angeschlossen
sind, wird bewirkt, daß das umlaufende Schaufelrad von den austretenden Flüssigkeitsstrahlen
in der Reihenfolge A-B-A-B-A beaufschlagt wird.
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Anzahl und gegebenenfalls auch Querschnitt dieser Düsen können dem
gewünschten Mischungsverhältnis angepaßt werden, so daß z. B. bei einem Verhältnis
von einem Teil A auf drei Teile B zwei Düsen von einfachem Querschnitt für A und
drei Düsen mit doppeltem Querschnitt für B gewählt werden, gleiche Ausströmungsgeschwindigkeit
für diese Stoffe vorausgesetzt. Unter Umständen kann auch ein einziger Schlitz die
Funktion der Düsengruppen übernehmen. Der Querschnitt der Düsen ist in jedem Falle
der durchlaufenden Menge so angepaßt, daß Flüssigkeitsstrahlen von bestimmter Geschwindigkeit
und Richtung entstehen. Letztere kann im Winkel oder auch parallel zu dem Radius
des Gehäuses stehen.
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Dem ersten Düsensatz liegt ein zweiter Satz 6 von gleicher oder auch
einfacherer Bauart diametral auf dem Düsenträger 3 gegenüber.
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Zu den Düsen 6 führt ein Kanal 6I, endigend in einer Verschraubung
62, die dem Anschluß der Zuführungsleitungen dient. Die beiden Düsensätze sind vom
Schaufelrad so vollständig umgeben, daß keine Flüssigkeit ungemischt durchfließen
kann. Dem Düsenträger 3 gegenüber ist der mit den Schaufeln 7 besetzte doppelte
Radkranz 8 des Schaufelradträgers 9 angeordnet, welcher einige Durchbohrungen enthalten
kann. Die Schaufeln des umlaufenden Rades sind breiter als die Austrittsspalten
der Düsen und können eben oder gewölbt ausgebildet sein. Die Schaufeln sind eng
gestellt, an der Eintrittskante der Flüssigkeit zugeschärft und auf einen, vorteilhafter
aber zwei oder mehrere Kränze verteilt; bei den mehrkränzigen Rädern sind die Schaufeln
gegeneinander versetzt angeordnet zwecks Erhöhung der Mischwirkung. Der Schaufelradträger
9 ist seinerseits auf Welle 10 befestigt, die mit Hilfe von Stopfbüchsen und Packungen
durch einen Ansatz II am Gehäuse, der zu einer Wasserkammer ausgebildet ist, hindurchgeführt
ist. Am höchsten und tiefsten Punkt des Gehäuses I sind weitere Anschlüsse
12
und I3 vorgesehen; nach Bedarf kann Anschluß 62 mit 12 durch ein Rohr I4, das mit
Auslaßventil 15 versehen ist, in unmittelbare Verbindung gebracht werden. Der bequemen
Bedienung des Deckels 2 dient der Bügelverschluß I6 mit Handrad I7.
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Außerhalb des Mischapparates ist dessen Welle über ein Kugellager
zur unmittelbaren Kupplung mit einem Antriebsorgan geführt, als welches vorzugsweise
ein Elektromotor oder eine Dampfturbine dient.
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Der Mischapparat gemäß der Erfindung ist bei gedrängter Bauart von
überraschend hoher Leistungsfähigkeit und weist selbst bei einer Beanspruchung mit
einer Umlaufzahl von 3000 UIM infolge der symmetrischen Beaufschlagung des Schaufelrades
einen nahezu geräuschlosen und vibrationslosen Gang auf.
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Bezüglich seiner Verwendung ist der Apparat gemäß der Erfindung überall
da mit Vorteil brauchbar, wo es auf die Handhabung und Erzeugung feiner und gleichmäßiger
Suspensionen und Emulsionen ankommt und nicht die Erreichung einer Verteilung bis
zum Kolloidzustand das Ziel ist.
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Einige der zahlreichen Arbeitsweisen seien beispielsweise erörtert.
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Liegt die Aufgabe vor, mit Hilfe eines an sich emulsionsfördernden
Mittels eine Emulsion von öl und Wasser zu erzeugen, so kann in der Weise vorgegangen
werden, daß durch die Anschlüsse 43 und 52 öl bzw. Wasser + Emulsionsmittel dem
Düsensatz aus den Gruppen 4 und 5 zugeleitet wird; Anschlüsse I2 und 62 sind dabei
durch Umlaufrohr 14 miteinander verbunden. Es findet dann durch die Mischwirkung
des umlaufenden Schaufelrades bei ununterbrochener Zufuhr der Flüssigkeiten durch
43 und 52 und Weiterführung durch die Düsengruppen 4 und 5 und darauf weiter durch
Umlaufrohr 14 und Düsensatz 6 die Emulsionsbildung statt, so daß ein ständiger Ablauf
von Emulsion aus 13 sich ergibt.
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An die geschilderte Art der Hintereinanderschaltung der Düsensätze
im Sinne des Laufes der Flüsigkeiten ist man jedoch keineswegs gebunden. Man kann
z. B. ohne Benutzung des Umlaufrohrs I4 eine Zuleitung mit dem Anschluß 62 verbinden,
wobei durch diese allein oder gleichzeitig auch durch Anschluß 52 die Flüssigkeit
angesaugt wird, während durch Anschluß 43 die beizumischende Flüssigkeit angesaugt
(oder zugeführt) wird und bei 12 das erzeugte Gemisch ausgestoßen wird. Verbindet
man I2 und 62 durch bewegliche Leitungen mit zwei Behälternx und y, welche alternativ
auch mit 52 verbunden sind, so kann eine Flüssigkeit beliebig lange durch den Turbinenmischer
hindurchgetrieben und durch Umlegen der beweglichen Leitungen von einem Behälter
zum anderen befördert werden, bis die Behandlung sich als hinreichend zur Erzeugung
der gewünschten Homogenisierung erwiesen hat.
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Man kann weiter auch zunächst nur mit dem einen Düsensatz arbeiten
und den zweiten Satz erst dann in Wirkung treten lassen, wenn eine Einwirkung anderer
Art auf das bereits erhaltene Gemisch beabsichtigt ist; so z. B., daß zunächst die
Suspension eines festen Stoffes in einer wäßrigen Flüssigkeit bis zum gewünschten
Grade der Feinverteilung gebracht wird, wonach man dann eine dritte Flüssigkeit,
beispielsweise einen mit Wasser nicht mischbaren Fettstoff, durch die eine Düsenart
des ersten Satzes oder durch den zweiten Düsensatz zutreten läßt und die weitere
Behandlung fortsetzt, bis aus der Suspension durch Aufnahme des dritten Stoffes
eine Emulsion in der Suspension entstanden ist.
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PATENT-ANSPRÜCHE: I. Turbinenmischer, bei welchem lein unter äußerem
Antrieb umlaufendes Schaufelrad aus Düsen mit den zu mischenden Flüssigkeiten beaufschlagt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen in verschiedenen Gruppen angeordnet
sind, die bezüglich der sie durchströmenden Flüssigkeiten parallel oder hintereinander
oder teilweise parallel und hintereinander geschaltet sind.