DE69909386T2

DE69909386T2 - Konkave Ablenkplatte

Info

Publication number: DE69909386T2
Application number: DE69909386T
Authority: DE
Inventors: Christopher Joseph Pittsford Ramsey; Mark Franklin Tipp City Reeder
Original assignee: Pfaudler Inc
Current assignee: Pfaudler Inc
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: SG77686A1; BR9901140B1; BR9901140A; NO992893L; JP4537510B2; DE69909386D1; KR20000022651A; AU2602899A; NO318041B1; NO992893D0; AU749642B2; PL334585A1; EP0983789B1; CA2269366C; DK0983789T3; HU9901391D0; RU2203129C2; EP0983789A1; US6059448A; ATE244598T1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Ablenkplatten zur Verwendung in Behältern, die zum Mischen flüssiger oder gasförmiger Medien verwendet werden, wobei insbesondere mindestens eines der Medien eine Flüssigkeit ist.
Die Verwendung von Drehmischern in Behältern, insbesondere zylindrischen Tanks, in Abwesenheit irgendeiner Art von Ablenkplatte führt zu einer Wirbelbewegung der Flüssigkeit im Behälter. Solch eine Wirbelbewegung ist von der Beschaffenheit her allgemein laminar und besitzt keine der Eigenschaften turbulenter Strömung, die zum Mischen niedrigviskoser Medien erforderlich sind. Die Wirbelbewegung weist auch sehr wenig vertikale Bewegung des Fluids auf, welche für ein effizientes Mischen notwendig ist.
Es ist bekannt, dass Ablenkplatten, die innerhalb des Behälters angeordnet werden, um die Wirbelbewegung zu unterbrechen, eine Turbulenz erzeugen, die die Mischleistung stark verbessert. Solche Ablenkplatten sind für gewöhnlich längliche, flache Platten, die so angeordnet sind, dass ihre Längsachse parallel zur Tankwand ist, und dass die Breite der Platte auf einem Tankdurchmesser beruht. Die Ablenkplatte ist für gewöhnlich von der Tankwand etwas abgesetzt, um eine Anhäufung von Material an einer Grenzfläche zwischen der Ablenkplatte und der Tankwand zu verhindern.
Allgemein wurde angenommen, dass vier rechteckige, an den Seitenwänden montierte Ablenkplatten das effizienteste Ablenkplattensystem wäre, das verfügbar ist. Solche Ablenkplatten sind jedoch nicht zur Verwendung in Gefäßen geeignet, die mit einem korrosionsbeständigen Material wie Glas, Kunststoff oder einigen chemisch resistenten Legierungen ausgekleidet sind, da sie nicht ohne Weiteres an der Seitenwand des Tanks zur Halterung angebracht werden können, ohne in der korrosionsbeständigen Verkleidung eine Bruchstelle zu hinterlassen. Darüber hinaus ist der Aufbau solcher rechteckiger Ablenkplatten aufgrund spitzer Ecken, die mit einer vierseitigen Platte einhergehen, nicht generell zur Beschichtung mit einer korrosionsbeständigen Schicht geeignet. Es ist bekannt, korrosionsbeständige, z. B. glasbeschichtete Ablenkplatten entweder vom oberen oder unteren Teil eines Tanks ab- bzw. aufzuhängen. Solche Ablenkplatten müssen somit so bemessen sein, dass sie durch eine Zugangsöffnung in den Tank passen. Bekannte Ablenkplatten, die Ablenkplatten mit Stabilisierungsfläche und rechteckige Ablenkplatten einschließen, sind für diesen Zweck nicht so wirkungsvoll wie gewünscht. Weiterhin sind rechteckige Ablenkplatten nicht zum Auf- bzw. Abhängen geeignet, da die Breite der Ablenkplatte von der Größe der Zugangsöffnung eingeschränkt wird. Darüber hinaus würden zur Auf- bzw. Abhängung nahe von vier Seitenwänden vier Zugangsöffnungen benötigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Tanks, der eine bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ablenkplatte enthält.
2 ist ein Querschnitt eines oberen Halterungsabschnitts der Ablenkplatte von 1 entlang einer Linie 2-2.
3 ist ein Querschnitt der Ablenkplatte von 1 entlang einer Linie 3-3, der eine Ablenkplatte zeigt, die dadurch ausgebildet wurde, dass ein Rohr zu einem konkaven Querschnitt mit doppelten gekrümmten Flächen gepresst wurde.
4 ist eine alternative Ausführungsform eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Ablenkplatte, die einen konkaven Querschnitt zeigt, der durch Platten ausgebildet wird, die in einem Winkel „α" befestigt sind.
5 ist eine alternative Ausführungsform eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Ablenkplatte, die durch Platten gebildet wird, die in einem Winkel α an einem Hohlrohr befestigt sind.
6 ist eine alternative Ausführungsform eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Ablenkplatte, die durch eine Platte gebildet wird, die zu einem bogenförmigen Querschnitt gepresst wurde.
7 ist ein Balkendiagramm, das den Leistungsgrad von Ablenkplatten mit verschiedenen Konfigurationen bei normierten Stromwerten zeigt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine neue Ablenkplattenkonstruktion bereitgestellt, welche leistungsfähiger für scheinbaren Oberflächenkontakt ist als frühere Ablenkplatten, und insbesondere leistungsfähiger als diejenigen, die durch eine Zugangsöffnung in einer Stirnwand eines Behälters eingeführt werden konnten. Darüber hinaus ist die neue Ablenkplatte leicht herzustellen und kann ohne Weiteres in einer Konfiguration hergestellt werden, die sich für eine Beschichtung mit einem korrosionsfesten Material, insbesondere Glas, eignet.
Im Spezielleren umfasst die Erfindung eine Ablenkplatte zum Einbringen in einen Behälter. Die Ablenkplatte umfasst eine konkave Oberfläche, die durch zwei im Wesentlichen parallele Liniensegmente definiert ist, die an ihren Enden mit angrenzenden Liniensegmenten miteinander verbunden sind, die einen Winkel begrenzen. Die Ablenkplatte weist weiterhin eine Einrichtung zur Befestigung an einem Behälter auf, so dass die Liniensegmente im Wesentlichen parallel zu und seitlich von einer Seitenwand des Behälters versetzt sind.
Vorzugsweise befindet sich die Einrichtung zum Aufhängen der Ablenkplatte an einer ersten Stirnwand des Behälters ohne Befestigung an einer Behälterseitenwand. Die konkave Oberfläche ist vorzugsweise eine gekrümmt konkave Oberfläche und die Liniensegmente, die den Winkel begrenzen, sind bogenförmig.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungsenden der Kreissehnen jedes Bogens weniger als ein Viertel des Durchmessers des Behälters lang und betragen vorzugsweise ca. 9 bis 13 Prozent des Durchmessers des Behälters.
Die Ablenkplatte sollte so bemessen sein, dass sie durch eine Öffnung in einer ersten Stirnwand des Behälters, welche kleiner ist als ein Viertel des Durchmessers des Behälters, hindurch passt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Der Begriff „Ablenkplatte", so wie er hier verwendet wird, bedeutet eine Fläche, die dazu verwendet wird, einen Flüssigkeitsstrom in einem Behälter, der mit einer Drehrühreinrichtung versehen ist, zu unterbrechen. Solch eine Ablenkplatte besitzt eine Länge (Seiten) und eine Breite (Enden), die die Fläche bilden, und ist für gewöhnlich so in einem Behälter befestigt, dass die Länge in derselben Richtung ausgerichtet ist wie eine Länge des Behälters.
Der Begriff „Behälter" bezeichnet im Wesentlichen jeden Behälter, der eine Flüssigkeit und eine Drehrühreinrichtung enthalten kann. Der Behälter kann von einer einzigen Seitenwand gebildet sein, wie es der Fall ist, wenn die Seitenwand kreisförmig ist, um einen Zylinder zu bilden, oder kann durch mehrere Seitenwände gebildet sein, um einen polygonalen Querschnitt zu bilden. Für gewöhnlich haben die Behälterentweder einen kreisförmigen Querschnitt mit einer einzigen gekrümmten Seitenwand, oder einen rechteckigen Querschnitt mit vier aneinander anstoßenden Seitenwänden. Solche Behälter sind für gewöhnlich Tanks mit einem kreisförmigen Querschnitt. Der Hauptkörper des Tanks ist für gewöhnlich zylindrisch.
Der Begriff „konkave Oberfläche" bezeichnet eine Fläche mit einem vertieften Mittelabschnitt. Im Allgemeinen wird die konkave Oberfläche durch zwei im Wesentlichen parallele Liniensegmente gebildet, die an ihren Enden mit angrenzenden Liniensegmenten miteinander verbunden sind, die einen Winkel begrenzen. Die parallelen Linien und Liniensegmente bilden die Oberfläche der Ablenkplatte. Die parallelen Linien sind entlang der Länge der Ablenkplatte ausgerichtet. Gekrümmte Linien, die die parallelen Liniensegmente verbinden, können als unendliche Anzahl angrenzender Liniensegmente betrachtet werden. Solche konkaven Oberflächen können in vielen Formen vorkommen, z. B. einer Fläche, die durch zwei Platten gebildet ist, die sich in einem Winkel schneiden, oder einer Fläche, die durch eine Platte in der Form einer halben Ellipse, einer Parabel oder Hyperbel gebildet ist. Der Begriff „scheinbare Oberfläche" der Ablenkplatte ist eine Fläche, die durch die Länge der Ablenkplatte mal der Länge der Verbindungsenden der Kreissehnen der parallelen Liniensegmente definiert ist. Die Kreissehne kann auch als „projizierte Breite" bezeichnet werden.
Die Einrichtungen zum erfindungsgemäßen Befestigen können Halterungen sein, die an der Ablenkplatte entlang ihrer Länge oder an einer Seitenwand des Behälters angebracht sind, aber erfindungsgemäß ist für gewöhnlich eine Halterung an einem Ende der Ablenkplatte angebracht, um sie von einer Stirnwand des Behälters abzuhängen, ohne sie an einer Seitenwand des Behälters zu befestigen. Solch eine Stirnhalterung kann beispielsweise eine Befestigung durch Anschrauben oder Anschweißen an einer Abdeckung sein, welche an einem Flansch befestigt ist, der eine Zugangsöffnung in der oberen Wand eines Behälters umgibt. In solch einem Fall beträgt die Zugangsöffnung weniger als ein Viertel des Durchmessers des Behälters, und die Ablenkplatte ist so bemessen, dass sie durch sie hindurch passt.
Vorzugsweise ist die Ablenkplatte der Erfindung mit einem korrosionsbeständigen Material beschichtet. Solche Materialien können Kunststoffe, Keramik und korrosionsbeständige Metalllegierungen sein. Die bevorzugte korrosionsbeständige Beschichtung ist Glas. Der Begriff „Glas", wie er hier verwendet wird, bedeutet jede zusammenhängende anorganische Fläche, die durch Verschmelzen wasserunlöslicher anorganischer Materialien gebildet ist. Solche Glasarten sind für gewöhnlich strukturlos und werden durch Verschmelzen von Glasfritte hergestellt. Um ein „Beglasen" zu ermöglichen, weist die erfindungsgemäße Ablenkplatte für gewöhnlich abgerundete Ecken und Kanten auf. Solch eine Ablenkplatte mit gekrümmten Kanten lässt sich problemlos herstellen, indem eine Röhre oder ein Rohr mit gegenüberliegenden, konvex gekrümmten Seiten, in eine Form gepresst wird, die eine Seite (eine Hälfte) der Röhre oder des Rohrs dazu bringt, sich im Wesentlichen der Krümmung der anderen Hälfte der Röhre oder des Rohrs anzupassen, um eine konkave Fläche zu bilden. In einem solchen Fall nimmt die Ablenkplatte die Form einer doppelten gekrümmten Oberfläche an, die an der Stelle der parallelen Liniensegmente befestigt ist.
Die konkaven Ablenkplatten der Erfindung können als eine spezielle Form von einführbaren Ablenkplatten betrachtet werden, die sich zur Verwendung in mit Glas ausgekleideten Mischgefäßen eignen. Solch eine eingeführte Ablenkplatte ist in einer bevorzugten Ausführungsform an einem Radius (r) angeordnet, welcher 72–82% des vollen Behälterradius (R) beträgt, mit einer projizierten Breite (b), welche 9–13% des Behälterdurchmessers (T) beträgt, und einer Gesamtlänge, die es ihr ermöglicht, über die geradseitige Behälterlänge 28 hinauszureichen, wie in 1 gezeigt ist. Wahlweise kann mehr als eine solche Einsatzablenkplatte verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt ist, kann eine erfindungsgemäße Ablenkplatte 10, die durch parallele Liniensegmente 30, 32 und zusammenhängende Liniensegmente 34 definiert ist, die einen Winkel begrenzen (3–6), von einer Düsenöffnung 12 entweder im oberen Kopf 14 oder unteren Kopf 18 eines Mischbehälters 16 auf- oder abgehängt werden. Solch eine Abhängung vom oberen Kopf ist in 1 gezeigt. Die Ablenkplatte kann auch von einer Öffnung in einer Seitenwand aus befestigt werden; obwohl eine solche Konfiguration nicht typisch ist. Die Ablenkplatte ist so ausgerichtet, dass der konkave Abschnitt 20 der Ablenkplatte 10 der Fließrichtung 22 zugewandt ist, die von einem Rührflügel 24 erzeugt wird, wie er typischerweise in einem Mischgefäß verwendet wird. In dieser Ausrichtung unterbricht die konkave erfindungsgemäße Ablenkplatte 10 ineffiziente Rotationsströmung und wandelt sie in eine effiziente dreidimensionale turbulente Strömung um.
In der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die von der Düse 12 aus dem oberen Bereich 14 des Behälters 16 abgehängte Ablenkplatte 10 einen wie in 3 gezeigten halbkreisförmigen Querschnitt. Dieser Querschnitt ist vorzugsweise ein Halbkreis mit einem Gesamtbogen von ca. 180 Grad. Dieses Profil besitzt einen wünschenswert hohen Widerstandsbeiwert von ca. 2,3. Dies ist deutlich höher als die Widerstandsbeiwerte bei bekannten Querschnitten, die für Einführablenkplatten verwendet werden, und ist höher als derjenige von flachen Ablenkplatten, wenn diese in derselben Anzahl verwendet werden wie Einführablenkplatten. Das obere Ende 26 der Ablenkplatte 10 kann zur leichten Halterung einen kreisförmigen Querschnitt haben. Die Ablenkplatte kann weitere konkave Querschnitte aufweisen, z. B. wie in den 4, 5 und 6 gezeigt ist. Die weiteren konkaven Querschnitte nach der Erfindung haben ebenfalls hohe Widerstandsbeiwerte. Die erfindungsgemäße konkave Ablenkplatte bietet eine signifikante Verbesserung der Ablenkplattenleistungsfähigkeit verglichen mit anderen Einführablenkplattenkonstruktionen, da sie eine von einem Rührflügel induzierte Rotationsströmung in stärkerem Maße mit derselben Anzahl von Ablenkplattenelementen und derselben projizierten Breite unterbrechen kann.
Die Ablenkplattenleistungsfähigkeit wird durch den charakteristischen Leistungsfaktor eines Rührflügelsystems angezeigt, das in Zusammenhang mit einem bestimmten Ablenkplattensystem verwendet wird. Für einen bestimmten Rührflügeltyp mit einer Spanne (D), der bei einer Geschwindigkeit (N) in einem vollen Behälter arbeitet, ist der Leistungsfaktor des Rührflügels eine Funktion der Reynolds-Zahl (d. h. des Strömungsbetriebszustands) und der Ablenkplattenart. Werden vier Seitenwandablenkplatten verwendet, geht man davon aus, dass ein Behälter mit einem maximalen Leistungsfaktor vollständig gedrosselt wird. Werden weniger als vier Einführablenkplatten verwendet (was für gewöhnlich der Fall ist), nimmt der Leistungsfaktor bei einer bestimmten Reynolds-Zahl ab. Je leistungsfähiger die Ablenkplatte ist, um so weniger nimmt der Leistungsfaktor ab. Ein Vergleich der Ablenkplattenleistungsfähigkeit ist in 7 gezeigt, bei dem eine und zwei erfindungsgemäße konkave Ablenkplatte/n mit einer vollen Drosselung (4 standardmäßige Ablenkplatten), eine und zwei standardmäßige (d. h. wandmontierte) Ablenkplatten, und eine und zwei Ablenkplatten mit Stabilisierungsflächen, die bis zur vorliegenden Erfindung als die effizienteste Einsatzablenkplatte erachtet wurde, verglichen werden. In 7 bedeutet CBT „Curved Blade Turbine" (Turbine mit gebogenem Blatt) (ein Rührflügel, der allgemein in mit Glas ausgekleideten Mischbehältern verwendet wird); Re > 100.000 definiert den Bereich der Reynolds-Zahl (Re) für die gezeigten Daten und gibt an, dass der Strom vollständig turbulent ist; und Np bedeutet „Normalized Power Number" (normierter – Leistungsfaktor), wobei sich alle Werte auf den Leistungsfaktor für einen Fall der vollständigen Drosselung (4 standardmäßige Ablenkplatten) beziehen.
7 zeigt klar, dass die konkaven Ablenkplatten der vorliegenden Erfindung leistungsfähiger sind als dieselbe Anzahl standardmäßiger, wandmontierter oder herkömmlicher Ablenkplatten mit Stabilisierungsfläche, und dass sie fast so leistungsfähig sind wie vier standardmäßige flache Ablenkplatten, wenn nur zwei konkave Ablenkplatten verwendet werden.

Claims

Ablenkplatte (10) zum Einbringen in einen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) eine konkave Oberfläche (20) aufweist, die durch zwei im wesentlichen parallele Liniensegmente (30, 32) definiert ist, die an ihren Enden mit angrenzenden Liniensegmenten (34) miteinander verbunden sind, die einen Winkel begrenzen, wobei die Ablenkplatte (10) weiterhin eine Einrichtung zur Befestigung der Ablenkplatte (10) aufweist, so daß die Liniensegmente im wesentlichen parallel zueinander und seitlich von einer Seitenwand des Behälters versetzt sind.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Befestigung eine Einrichtung zum Aufhängen der Ablenkplatte an einer ersten Stirnwand des Behälters ohne Befestigung an einer Behälterseitenwand ist, wobei die konkave Oberfläche (20) eine gekrümmt konkave Oberfläche ist und die Liniensegmente, die den Winkel begrenzen, bogenförmig sind.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsenden der Kreissehnen jedes Bogens weniger als ein Viertel des Durchmessers des Behälters lang sind.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte so bemessen ist, daß sie durch eine Öffnung in der ersten Stirnwand, welche kleiner als ein Viertel des Durchmessers des Behälters ist, hindurch paßt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte so bemessen ist, daß sie durch eine Öffnung in der ersten Stirnwand, welche kleiner als ein Viertel des Durchmessers des Behälters ist, hindurch paßt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufhängung eine Einrichtung zur senkrechten Aufhängung von der ersten Stirnwand ist, welche eine Oberseite des Behälters ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) mit einem korrosionsbeständigen Material beschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) mit einem korrosionsbeständigen Material beschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) um einen Umfang der Öffnung mittels einer Befestigung an einem Flansch angebracht ist, der um diesen Umfang verschraubt ist und welcher die Öffnung verschließt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) zweifach gekrümmte Oberflächen aufweist, die am Ort der parallelen Liniensegmente befestigt sind.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) abgerundete Ecken und Ränder besitzt.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) aus einem Metallrohr gebildet ist, das einander gegenüberliegende konvex gekrümmte Seiten hat, wobei eine der konvex gekrümmten Seiten gepreßt wird, um die konvexe Krümmung in eine konkave Krümmung konform zur Form der verbleibenden gegenüberliegenden konvex gekrümmten Seite umzukehren.
Ablenkplatte (10) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (10) glasbeschichtet ist.