EP0096746B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mischungen und In-Line-Dosierungen schwer mischbarer Komponenten, wie zum Beispiel Wasser und Polymere - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mischungen und In-Line-Dosierungen schwer mischbarer Komponenten, wie zum Beispiel Wasser und Polymere Download PDFInfo
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- EP0096746B1 EP0096746B1 EP83104512A EP83104512A EP0096746B1 EP 0096746 B1 EP0096746 B1 EP 0096746B1 EP 83104512 A EP83104512 A EP 83104512A EP 83104512 A EP83104512 A EP 83104512A EP 0096746 B1 EP0096746 B1 EP 0096746B1
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
- B01F23/49—Mixing systems, i.e. flow charts or diagrams
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- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
- B01F35/50—Mixing receptacles
- B01F35/514—Mixing receptacles the mixing receptacle or conduit being transparent or comprising transparent parts
Definitions
- the present invention is based on a method and an apparatus for producing mixtures and in-line doses of components which are difficult to mix, such as water and polymers.
- the invention specified in claim 1 has for its object to provide a method of the type mentioned, with which the introduced mixes are initially kept “contactless”, so to speak, by a gas or air cushion, resulting in a high level of operational reliability, a clear operational sequence, since the mixing cells consist of transparent, pressure-insensitive material, as well as an in-line dosing - continuous operation - with all advantages compared to a discontinuous operation.
- a device which consists in one or two mixing cells equipped with a turbine, each with a feed line for a first mixture, preferably H 2 O, and with a feed line for a second one Mixed material, preferably PAA in emulsion or dispersion form, which is conveyed via a feed pump, is / are connected, a third, gaseous mixed material being able to be metered in by means of an injector, and that the outlet of the mixing cell / s, each with a tube mixer, for intensive mixing the mixed goods are connected.
- the essential advantage is achieved that, due to the contactless state of the mixed goods, which initially arises through the gas or air cushion, after the introduction of the mixed goods, the original mixed goods, even when the device is inoperative, can never touch directly, as a result of which the considerable disturbances already mentioned known systems are switched off.
- the device essentially consists of two mixing cells 1 and 2, which can be operated individually or together, depending on the required throughput.
- the mixing cells are each connected via a line 3, 4 to a three-way valve 5 for direction selection and serve to supply a first, liquid mixture, preferably H 2 O.
- the mixing cells are each connected to a further feed line 6, 7, which is used to supply a second mixture, preferably liquid PAA, which is conveyed by a feed pump, not shown.
- a second mixture preferably liquid PAA
- the output of the mixing cells 1, 2 leads to a tube mixer 8, 9, which are connected to the two inputs of a three-way valve 10, the output of which leads via a line 11 and a flow meter 12 to the output line 13 for the solution, for example with a solenoid valve 14 or a metering pump 14 'or a maturation 29 is completed.
- the two mixing cells are each provided with a pressure meter 15, 16, and a further outlet pressure meter 17 is arranged in the outlet line 11.
- the device according to the invention makes it possible to meter a third, gaseous mixture, for example air, into the first and thus also the second mixture.
- an injector 18 is provided, to which H 2 O is supplied via a flow meter 19 provided with a flow monitor 19 'and an inlet pressure meter 20 (FIG. 2) via a feed line 21.
- the injector 18 has an inlet 22, to which a gas, for example air, can be supplied via a feed line 23, with an inlet Vacuum meter 24 the efficiency of the injector can be read continuously or adjusted by means of a flow meter 28.
- the output of the injector is also connected to the input of the three-way valve 25, in which the quantity and direction selection can be set.
- the output of this three-way valve 25 is connected to the input of the three-way valve 5 for direction selection.
- the three-way valve 25 is directly connected to the supply line 21 for H 2 0.
- the second mix is continuously added to the mixing cells 1 and 2 in proportion to the flow rate of the first mix through the feed or metering pump, not shown.
- the respective mixing cell can be determined by adjusting the three-way valve or 10.
- a third, gaseous mix is metered in via the injector 18.
- the gas-air supply can also be used to regulate the level in the mixing cells, ie increasing the air cushion with the effect that the filling level drops and thus, for example, a more favorable mixing effectiveness.
- the respective mixes are fed over a distance.
- the primary mixing or dispersion is carried out by rotating one or both of the turbines 26, 27 provided in the mixing cells, which is generated by the pressure difference of the first material to be mixed, preferably H 2 O.
- the intensive mixing of the mixed materials is completed by means of the static tube mixers 8, 9 and fed to the solution outlet via the three-way valve 10 and the outlet line 11.
- the predetermined flow rate of the solution is continuously checked by means of the flow monitor 12 'on the flow rate meter 12.
- the flow rate of the first material to be mixed is also checked by means of the flow monitor 19 'on the flow meter 19. In the event of deviations from the set target value, corresponding switching processes, not shown, can turn on signal lights, for example.
- the flow rate of the gas in particular the air, can be adjusted via the flow rate meter 28.
- the amount of drive i.e. the water flow for the injector, can be determined or fixed primarily in advance via the nozzle size. Small changes in quantity can also be set on valve 25.
- a reformation 29 can also be provided in the outlet line 13. This maturation is necessary for some mixed goods in order to achieve the full effectiveness of the solutions. In principle, the solution is forced to circulate in order to gain maturation time. In the previously known systems were u. a. very large, voluminous ripening containers required, which is why an open system with additional, also large-sized metering pumps, etc. had to be accepted.
- a reformation is shown, which is shown in principle in FIG. 3 and consists of one or more, in the present case three, pressure-tested maturation cells 29, which can be uncoupled or coupled as a maturation cell battery in the modular system.
- Pressure meters 30 can be provided in each case at the entrance or exit of the cells.
- the output 31 then contains the matured mixture, which leads to the end user or to a further post-dilution station.
- flow monitors 12 ', 19' with, for example, an electromagnetic function can be installed on the flow meters 12, 19 to maintain the solution concentrations or quantitative proportions of the individual mixed materials.
- electrical pulses are generated which bring about electrical switching processes in circuit arrangements (not shown), for example switching on a warning system.
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Description
- Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Mischungen und In-Line-Dosierungen schwer mischbarer Komponenten, wie zum Beispiel Wasser und Polymere.
- Es sind bereits Misch- und Dosiergeräte zur Herstellung der genannten Mischungen bekanntgeworden, wobei jedoch ausschließlich die Zusammenführung der Mischgüter - maximal zwei Mischgüter ohne Gas-Luft-Zusatz - direkt und ohne Distanz stattfindet. Hierdurch werden, insbesondere in der Ruhestellung der Aggregatesie arbeiten in der Regel diskontinuierlich, also nicht im In-Line-Betrieb -, die Mischgüter in ihrer Original - und noch nicht in veränderter physikalischer Form zusammengebracht, wobei nicht mehr auflösbare Verbindungen entstehen (bei direktem Kontakt PAA + H20 quellen die Produkte bis zum Vielfachen ihres Volumens auf), die später zu erheblichen Störungen führen, nämlich:
- - am Aggregat selbst durch Verstopfen der Dosier-/Kontaktstelle,
- - durch Verschlechterung der Lösungsqualität, d. h. Klumpenbildung usw.
- Außerdem werden die für manche Mischgüter notwendigen Reifezeiten mit den bisher bekannten Misch- und Dosieraggregaten über beispielsweise aufwendigen Zwischenbehältern und groß dimensionierten Pumpenaggregaten betrieben, wobei automatisch ein großer Investitionsaufwand und Platzbedarf erforderlich wird.
- Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die hineingeführten Mischgüter zunächst durch ein Gasbeziehungsweise Luftpolster sozusagen "kontaktlos", gehalten werden wodurch sich eine hohe Betriebssicherheit, ein übersichtlicher Betriebsablauf, da die Mischzellen aus durchsichtigem, druckunempfindlichem Material bestehen, sowie eine In-Line-Dosierung - kontinuierlicher Betriebsablauf - mit allen Vorteilen gegenüber einem diskontinuierlichen Betriebsablauf ergeben.
- Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Anspruch 2 eine Vorrichtung angegeben, welche darin besteht, daß eine oder zwei mit je einer Turbine ausgerüstete Mischzelle/n mit je einer Zuleitung für ein erstes Mischgut vorzugsweise H20, und mit je einer Zuleitung für ein zweites Mischgut, vorzugsweise PAA in Emulsions- oder Dispersionsform, das über eine Förderpumpe gefördert wird, verbunden ist/sind, wobei mittels eines Injektors ein drittes, gasförmiges Mischgut zudosiert werden kann, und daß der Ausgang der Mischzelle/n mit je einem Rohrmischer zur intensiven Vermischung der Mischgüter verbunden ist.
- Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß infolge des durch das Gas- beziehungsweise Luftpolster entstehenden zunächst nach ihrer Hineinführung kontaktloser Zustandes der Mischgüter, die Originalmischgüter selbst bei funktionslosem Zustand der Vorrichtung niemals direkt berühren können, wodurch die bereits erwähnten erheblichen Störungen bekannter Anlagen ausgeschaltet werden.
- In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gemäß Anspruch 2 beschrieben.
- Anhand der Zeichnungen sollen am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
- In den Zeichnungen zeigt
- Fig. 1 ein Prinzipschema einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
- Fig. 2 zeigt ein Anordnungsschema der Mischzellen und Meßgeräte der Vorrichtung gemäß Fig. 1.
- Fig. 3 zeigt im Prinzip die Anordnung von Reifezellen.
- Wie sich aus den Figuren ergibt, besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus zwei Mischzellen 1 und 2, welche einzeln oder gemeinsam, je nach geforderter Durchsatzmenge, betrieben werden können. Die Mischzellen sind über je eine Leitung 3, 4 mit einem Dreiwegeventil 5 zur Richtungswahl verbunden und dienen der Zuführung eines ersten, flüssigen Mischgutes, vorzugsweise H20.
- Ferner sind die Mischzellen mit je einer weiteren Zuleitung 6, 7 verbunden, die zur Zuführung eines zweiten Mischgutes, vorzugsweise flüssigem PAA, dient, welches von einer nicht dargestellten Förderpumpe gefördert wird.
- Der Ausgang der Mischzellen 1, 2 führt zu je einem Rohrmischer 8, 9, die mit den beiden Eingängen eines Dreiwegeventils 10 verbunden sind, dessen Ausgang über eine Leitung 11 und einen Durchflußmengenmesser 12 zur Ausgangsleitung 13 für die Lösung führt, die beispielsweise mit einem Magnetventil 14 oder einer Dosierpumpe 14' oder einer Reifestation 29 abgeschlossen ist.
- Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind die beiden Mischzellen mit je einem Druckmesser 15,16 versehen, und in der Ausgangsleitung 11 ist ein weiterer Ausgangsdruckmesser 17 angeordnet.
- Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, ein drittes, gasförmiges Mischgut, zum Beispiel Luft, dem ersten, und damit auch dem zweiten Mischgut zuzudosieren. Zu diesem Zweck ist ein Injektor 18 vorgesehen, dem über einen mit einem Durchflußwächter 19' versehenen Durchflußmengenmesser 19 und einen Eingangsdruckmesser 20 (Fig. 2) über eine Zuleitung 21 H20 zugeführt wird. Gleichzeitig weist der Injektor 18 einen Einlaß 22 auf, dem über eine Zuleitung 23 ein Gas, beispielsweise Luft, zugeführt werden kann, wobei über ein Vakuummeter 24 der Leistungsgrad des Injektors ständig abgelesen beziehungsweise mittels Durchflußmengenmesser 28 eingestellt werden kann. Der Ausgang des Injektors steht ferner mit dem Eingang des Dreiwegeventils 25 in Verbindung, in dem die Mengen- und Richtungswahl eingestellt werden kann. Der Ausgang dieses Dreiwegeventils 25 steht mit dem Eingang des Drei wegeventils 5 zur Richtungswahl in Verbindung. Ferner ist das Dreiwegeventil 25 an die Zuführungsleitung 21 für H20 direkt angeschlossen.
- Zur Durchführung des Mischvorganges wird über die nicht dargestellte Förderbeziehungsweise Dosierpumpe das zweite Mischgut kontinuierlich den Mischzellen 1 und 2 mengenanteilig zum durchfließenden ersten Mischgut zugegeben. Die Bestimmung der jeweiligen Mischzelle kann durch Einstellen des Dreiwegeventils beziehungsweise 10 erfolgen. Zusätzlich zum ersten Mischgut, beispielsweise H20, und damit auch zum zweiten Mischgut, wird ein drittes, gasförmiges Mischgut über den Injektor 18 zudosiert. Die Gas-Luft-Zuführung kann auch benutzt werden, um das Niveau in den Mischzellen zu regulieren, d. h. Vergrößerung des Luftpolsters mit dem Effekt, daß das Füllniveau abfällt und so beispielsweise eine günstigere Mischeffektivität Zustande kommt.
- In der Mischzelle 1 und/oder der Mischzelle 2 werden die jeweiligen Mischgüter über Distanz zugeführt. Die primäre Vermischung oder Dispergierung erfolgt durch Rotation je einer oder beider in den Mischzellen vorgesehenen Turbine/n 26, 27, welche durch Druckdifferenz des ersten Mischgutes, vorzugsweise H20, erzeugt wird. Nach Vordispergierung der Mischgüter in den Turbinen wird mittels der statischen Rohrmischer 8, 9 die intensive Vermischung der Mischgüter vervollständigt und über das Dreiwegeventil 10 und die Ausgangsleitung 11 dem Lösungsausgang zugeführt. Mittels des Durchflußwächters 12' am Durchflußmengenmesser 12 wird die vorgegebene Durchflußmenge der Lösung ständig kontrolliert. Mittels des Durchflußwächters 19' am Durchflußmengenmesser 19 wird die Durchflußmenge des ersten Mischgutes ebenfalls kontrolliert. Bei Abweichungen zum eingestellten Soll-wert können entsprechende, nicht dargestellte Schaltungsvorgänge zum Beispiel Signalleuchten einschalten.
- Schließlich ist noch zu erwähnen, daß die Durchflußmenge des Gases, insbesondere der Luft, über den Durchflußmengenmesser 28 eingestellt werden kann.
- Die Antriebsmenge, das heißt der Wasserdurchlauf für den Injektor, kann primär über die Düsengröße im voraus bestimmt beziehungsweise festgelegt werden. Kleine Mengenänderungen sind zusätzlich am Ventil 25 einstellbar.
- Zur Durchführung der einzelnen Vorgänge des Mischens können nicht dargestellte elektrische Schaltungsanordnungen vorgesehen sein.
- Schließlich kann auch in der Ausgangsleitung 13 eine Reifestation 29 vorgesehen sein. Diese Reifestation ist bei einigen Mischgütern erforderlich, um die volle Wirksamkeit der Lösungen zu erzielen. Dabei erfolgt im Prinzip ein Zwangsumlauf der Lösung, um Reifezeit zu gewinnen. Bei den bisher bekannten Anlagen waren u. a. sehr große, voluminöse Reifebehälter erforderlich, weshalb ein offenes System mit zusätzlichen, ebenfalls groß dimensionierten Dosierpumpen usw. hingenommen werden mußte.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb eine in Fig. 3 im Prinzip dargestellte Reifestation nachgeschaltet, die aus einer oder mehreren, im vorliegenden Fall drei, druckgeprüften Reifezellen 29 besteht, die als Reifezellenbatterie im Baukastensystem beliebig ab- oder angekoppelt werden können. Dabei können jeweils beim Ein- oder Ausgang der Zellen Druckmesser 30 vorgesehen sein. Der Ausgang 31 enthält dann die gereifte Mischung, die zum Endverbraucher beziehungsweise zu einer nochmaligen Nachverdünnungsstation führt.
- Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung können zur Einhaltung der Lösungskonzentrationen oder Mengenanteile der einzelnen Mischgüter Durchflußwächter 12', 19' mit beispielsweise elektromagnetischer Funktion an den Durchflußmengenmessern 12, 19 installiert werden. Bei Abweichungen vom Soll-Wert werden elektrische Impulse erzeugt, die in nicht dargestellten Schaltungsanordnungen elektrische Schaltvorgänge herbeiführen, zum Beispiel eine Warnanlage einschalten.
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