DE4220239A1 - Mischvorrichtung - Google Patents
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- B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines
flüssigen, gegebenenfalls gasförmige Bestandteile enthalten
den Gemischs aus wenigstens zwei, insbesondere chemisch
reaktionsfähigen Komponenten mit einer aus einer Umfangswand
und zwei Stirnwänden gebildeten rotationssymmetrischen
Mischkammer und darin drehangetriebenem Mischrotor.
Vorrichtungen der vorstehend genannten Art, die auch als
Kreiselmischer bezeichnet werden, sind in den unterschied
lichsten Ausgestaltungen bekannt. Ihre Funktion beruht auf
dem der Kreiselpumpe innewohnenden Schleuderprinzip. Dabei
werden die zu mischenden Komponenten gemeinsam über eine
Eintrittsöffnung einer Mischkammer zugeführt und im Spalt
zwischen Mischkammerwand und Mischrotor einem Schergefälle
ausgesetzt. Das in der Mischkammer rotierende Organ bewerk
stelligt sowohl die Mischung als auch die Zuführung und den
Weitertransport des Gemischs, wobei primär eine Drucksteige
rung zur Aufrechterhaltung einer entsprechenden Förderlei
stung angestrebt wird. Da die Komponenten die Mischkammer im
wesentlichen mit gleicher Geschwindigkeit durchfließen, ist
die Mischwirkung solcher Vorrichtungen, insbesondere wenn
Gemische mit gasförmigen Bestandteilen oder Gemische aus
chemisch reaktionsfähigen Komponenten hergestellt werden
sollen, häufig unzureichend.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mischvorrichtung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so zu
verbessern, daß mit einfachen Mitteln besonders homogene und
stabile Gemische erhalten werden und die Gleichmäßigkeit der
Förderung des Gemischs nicht beeinträchtigt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen des An
spruchs 1 enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß ist in der Umfangswand der rotations
symmetrischen Mischkammer für jede Komponente des herzu
stellenden Gemischs wenigstens eine Einlaßöffnung vorge
sehen. Die Einlaßöffnungen können gleichmäßig oder ungleich
mäßig über den Umfang der Mischkammer verteilt sein; ihre
Strömungsquerschnitte lassen sich besonders einfach ent
sprechend der Viskosität und dem Mischungsverhältnis der
Komponenten festlegen. Im allgemeinen wird, in Drehrichtung
des in der Mischkammer angeordneten Mischrotors gesehen, die
Einlaßöffnung für die höherviskose Komponente zwischen der
Auslaßöffnung für das Komponentengemisch und der Einlaß
öffnung für die niederviskose Komponente vorgesehen. Gegebe
nenfalls einzumischende gasförmige Komponenten werden der
Mischkammer zwischen der Einlaßöffnung für die niederviskose
Komponente und der Auslaßöffnung für das Komponentengemisch
zugeführt. Auf diese Weise ergibt sich keine Ungleichvertei
lung der Komponenten, und es ist gewährleistet, daß bei
spielsweise bei chemisch reaktionsfähigen Komponenten an der
Einmischstelle keine übermäßige Reaktionswärme, die zur Bil
dung nicht erwünschter Nebenprodukte führen kann, entsteht.
Durch den in der Mischkammer befindlichen, drehangetriebenen
Mischrotor, welcher an sich bekannt und handelsüblich ist,
wird eine bestimmte und gewünschte, zwangsweise Führung der
Komponentenströme bzw. Mischgutströme erreicht. Geeignete
Mischrotoren sind beispielsweise solche, wie sie für Kunst
stoff-Magnet-Peripheral-Pumpen der Firma Schöneis + Stahl
GmbH, Lüdenscheid verwendet werden. Diese enthalten stirn
seitig zweckmäßig symmetrisch angeordnete Ausnehmungen, die
mit ringförmigen Kanälen in den Stirnwänden der Mischkammer
Druckzellen bilden. Die Druckzellen sind strömungstechnisch
miteinander verbunden.
Beim Vermischen der Komponenten bildet sich zunächst infolge
der durch den Mischrotor erzeugten Fliehkräfte ein Flüssig
keitsring im Bereich der Umfangswand der Mischkammer. Durch
stetige Druckzunahme in der Mischkammer wird Flüssigkeit in
die Druckzellen gedrängt und verdichtet, wobei eine kräftige
Turbulenz erzeugt und der Mischrotor überspült wird. Die
sich einstellende Zirkulationsströmung führt in wechsel
seitiger Folge zum Austausch des schneller umlaufenden
Flüssigkeitsinhalts der Druckzellen mit dem langsam fließen
den Flüssigkeitsring im Bereich der Umfangswand. Bei diesem
Vorgang erfolgt eine Energieübertragung durch Impuls
austausch und die Turbulenz wird weiter verstärkt. Aufgrund
dieses intensiven Flüssigkeitsaustausches entsteht ein be
sonders homogenes und stabiles Komponentengemisch, welches
nachfolgend kontinuierlich aus der Auslaßöffnung in der Um
fangswand der Mischkammer austritt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Ein
trittsöffnungen in Richtung auf die Mischkammer düsenartig
verjüngt. Auf diese Weise gelangen die Komponentenströme
unter höherer Geschwindigkeit in die Mischkammer, die einen
entsprechenden Einfluß auf die Mischung hat. Die Komponenten
vermischen sich also nicht nur durch das plötzliche Aufein
andertreffen, sondern durch einen Wirbeleffekt, der durch
ihre Strömung selbst erzeugt wird. Außerdem durchfließen die
Komponenten die Mischkammer noch schneller und es wird ins
gesamt eine schnellere Durchmischung erreicht.
In einer besonders vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung
ist die Mischkammer aus einem zylindrischen Einsatzelement
mit den Mischrotor übergreifender Umfangswand und einem
Lagerträger gebildet. Das Einsatzelement und der Lagerträger
können als Verschleißteil ausgebildet sein und sind einfach
auszutauschen. Es lassen sich dadurch auch Komponenten mit
abrasiven Eigenschaften miteinander vermischen. Als Werk
stoff für die Verschleißteile eignet sich insbesondere Poly
tetrafluorethylen.
Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt
und nachfolgend näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung nach der
Erfindung;
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung im
Bereich der Mischkammer;
Fig. 3 das zylindrische Einsatzelement im Längsschnitt;
Fig. 4 eine Draufsicht der Darstellung nach Fig. 3;
Fig. 5 den Mischrotor im Längsschnitt;
Fig. 6 eine Draufsicht der Darstellung nach Fig. 5;
Fig. 7 den Lagerträger im Längsschnitt und
Fig. 8 eine Draufsicht der Darstellung nach Fig. 7.
Im wesentlichen besteht die Vorrichtung aus einem mehr
teiligen Gehäuse, in dem eine rotationssymmetrische Misch
kammer (1) ausgebildet ist. Dabei wird die Mischkammer durch
ein zylindrisches Einsatzelement (2) mit einer Stirnwand (3)
und einer Umfangswand (4) sowie einen eine Stirnwand (5)
aufweisenden Lagerträger (6) begrenzt. In der Umfangswand
bzw. in dem entsprechenden Gehäuseteil (7) sind Einlaß
öffnungen (8, 9) für die zu mischenden Komponenten und eine
Auslaßöffnung (10) für das Komponentengemisch vorgesehen.
Mit (11) ist ein in der Mischkammer (1) drehangetriebener
Mischrotor bezeichnet. Der Antrieb des Mischrotors erfolgt
elektromotorisch über die Antriebswelle (12). Der Mischrotor
enthält stirnseitig symmetrisch angeordnete Ausnehmungen
(13), die zwischen sich radiale Stege (14) definieren, sowie
gleichmäßig am äußeren Rotorumfang verteilte Kantenbrüche
(15). Außerdem ist in jeder Ausnehmung eine Durchgangs
bohrung (16) angebracht. Die Ausnehmungen (13) bilden zu
sammen mit ringförmigen Kanälen (17) in den Stirnwänden (3)
und (5) der Mischkammer Druckzellen aus, wobei die Druck
zellen über die Durchgangsbohrungen (16) strömungstechnisch
miteinander verbunden sind.
Das Mischen der Komponenten erfolgt in Gleichstromfahrweise,
d. h. die höherviskose Komponente wird über die Einlaßöffnung
(8) zugeführt und zunächst in Richtung der Fliehkraft nach
außen gefördert. Es bildet sich ein Flüssigkeitsring aus, in
den in Strömungsrichtung gesehen die zweite Komponente bei
(9) zugeführt wird. Der Flüssigkeitsstrom fließt dann ent
gegen der Fliehkraft nach innen und füllt die Druckzellen
bzw. Ausnehmungen (13) und Kanäle (17). Infolge der durch
Druckzunahme sich einstellenden Zirkulationsströmung werden
die Komponenten intensiv gemischt. Für das Mischungsergebnis
ist im allgemeinen ein Mischrotor ausreichend. Es ist jedoch
auch denkbar, zwei oder mehrere Mischrotoren (11) in Reihen
schaltung in der Mischkammer anzuordnen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vorteilhaft zur
Herstellung flüssiger Gemische aus zwei oder mehreren
Komponenten, z. B. organischen Lösungsmitteln, wie aliphati
schen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ethern, Ketonen
oder Alkoholen, in denen gegebenenfalls weitere organische
Produkte gelöst sein können, und organischen oder anorgani
schen Säuren oder Basen, konzentriert oder in beliebiger
Verdünnung mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln, ins
besondere Gemische aus chemisch reaktionsfähigen Komponenten
wie gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder
aromatischen Carbonylverbindungen, gelöst in aliphatischen
oder aromatischen, gesättigten, ungesättigten oder
chlorierten Kohlenwasserstoffen oder gesättigten oder unge
sättigten, aliphatischen oder aromatischen Carbonylverbin
dungen, gelöst in aliphatischen oder aromatischen Ketonen
oder Ethern, und anorganischen Säuren, beispielsweise
Schwefelsäure oder Phosphorsäure, konzentriert oder in
beliebiger Verdünnung mit Wasser oder wäßrigen anorganischen
Basen, z. B. Natronlauge, Kalilauge oder Ammoniak, sowie
anorganischen Basen, beispielsweise Amine oder metallorgani
sche Verbindungen, gelöst in organischen Lösungsmitteln.
Dabei können in den Gemischen auch gasförmige Bestandteile
homogen verteilt werden.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Herstellen eines flüssigen, gegebenen
falls gasförmige Bestandteile enthaltenden Gemischs aus
wenigstens zwei, insbesondere chemisch reaktionsfähigen
Komponenten mit einer aus einer Umfangswand und zwei
Stirnwänden gebildeten, rotationssymmetrischen Misch
kammer und darin drehangetriebenem Mischrotor, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) in der Umfangs
wand mindestens eine Einlaßöffnung (8, 9) für jede
Komponente und eine Auslaßöffnung (10) für das Komponen
tengemisch und in den Stirnwänden (3, 5) strömungs
technisch miteinander verbundene, ringförmige Kanäle
(17) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Eintrittsöffnungen (8, 9) in Richtung auf die Misch
kammer (1) düsenartig verjüngt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mischkammer (1) aus einem zylindrischen Einsatz
element (2) mit den Mischrotor (11) übergreifender Um
fangswand (4) und einem Lagerträger (6) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das zylindrische Einsatzelement (2) und der Lagerträger
(6) aus Polytetrafluorethylen bestehen.
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