EP0542713A1 - Verfahren und Apparat zur Vermischung von Fluiden - Google Patents

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EP0542713A1
EP0542713A1 EP92890242A EP92890242A EP0542713A1 EP 0542713 A1 EP0542713 A1 EP 0542713A1 EP 92890242 A EP92890242 A EP 92890242A EP 92890242 A EP92890242 A EP 92890242A EP 0542713 A1 EP0542713 A1 EP 0542713A1
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EP
European Patent Office
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flow
container
mixing
blade
fluid
Prior art date
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Granted
Application number
EP92890242A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0542713B1 (de
Inventor
Jouko Haavisto
Kimmo Von Weissenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ahlstrom Pumput Oy
Original Assignee
Ahlstrom Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Ahlstrom Corp filed Critical Ahlstrom Corp
Publication of EP0542713A1 publication Critical patent/EP0542713A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0542713B1 publication Critical patent/EP0542713B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/113—Propeller-shaped stirrers for producing an axial flow, e.g. shaped like a ship or aircraft propeller

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for mixing fluids, in which method the mixing of fluids takes place mainly in a cylindrical mixing container by means of a rotating mixing element arranged therein.
  • a generally used method for increasing the mixing effectiveness consists in causing vortex formation in the fluid streams by means of flow guide surfaces.
  • the most common type of flow guide surface is a band-shaped metal plate which is arranged on the inner wall of the mixing container at a distance therefrom in the direction of the mixer shaft.
  • the plane of the flow guide plate is located on a plane formed by the radius and vertical line of the mixing container, as a result of which it causes turbulence in the fluid when the fluid flow impinges on the plate in the circumferential direction.
  • Such a flow guide surface causes strong turbulence, but has the disadvantage of a high power requirement. If, however, less mixing is desired in general storage, no vortex formation is required, but the rising and falling currents occurring in the container keep the contents homogeneous.
  • the method according to the invention is characterized in that fluid is circulated in a container in such a way that a first part of the flow around the container axis is a columnar flow, a so-called central flow, mainly moving in the longitudinal direction of the container, and another part of the flow an opposite , the so-called column surrounding flow, a so-called edge flow, forms.
  • the apparatus according to the invention is in turn characterized in that the shape of the mixing elements is defined in such a way that their force effects on the fluid contribute to the formation of a columnar central flow and an annular peripheral flow.
  • the upper mixing element 16 consists of shafts, at the ends of which blades are attached in a direction inclined with respect to the shaft plane, which blades are intended to displace the flow in an axial flow direction.
  • the lower mixing element 18 in turn consists of blades arranged in planes parallel to the shaft, which move the fluid in a mainly radial direction of flow. In addition, said blades produce a vigorous rotational movement in the fluid.
  • the upper mixing element is not able to give the fluid a columnar flow direction, apart from a relatively small diameter area in the very center of the container, but the fluid flow moving obliquely downwards mixes with the at the edges of the container upward flow and creates local turbulence areas between the mixing elements, the energy being lost without contributing to the mixing of the entire fluid volume.
  • the lower mixing element produces an effective radial flow, but also generates useless turbulence below which the fluid does not necessarily mix with the fluid higher in the container.
  • FIG. 2 A solution is shown in FIG. 2, the lower mixing element according to the solution from FIG. 1 being replaced by a mixing element 16 ′ identical to the upper mixing element.
  • a local turbulence area is created halfway between the mixing elements, which wastes energy unnecessarily and makes it more difficult to keep the fluid homogeneous.
  • a solution according to an advantageous embodiment of our invention is shown, the mixer consisting of a shaft 20 and mixing elements 22 and 32 attached to the shaft, the element 22 being of a type such that it can be used anywhere except in the immediate vicinity of the Container bottom can be used, for which an organ 32 has been developed.
  • the mixing element 22 is a modification of the mixing element shown in FIGS. 1 and 2 in such a way that the element consists entirely of either a blade starting at the shaft 20 or a shaft 24 and a blade 26 attached to the end thereof and inclined with respect to the plane of rotation.
  • the sheet 26 is provided at least at the tip with a guide flap which is intended to prevent the formation of a radial component and to direct the flow as effectively as possible as a columnar plug.
  • Said additional guide flap 28 is located at the tip of sheet 26 in such a way that the flow direction of the fluid sliding radially along the sheet 26 is deflected axially by the action of guide flap 28, around an interface layer to form columnar downward flow.
  • a plug-shaped flow parallel to the container axis should be generated on each mixing element level.
  • several of the mentioned guide flaps can also be arranged in connection with each blade or each blade, whereby they also make the blade construction more stable.
  • the flow field generated by such a mixing element 22 is as close as possible to the optimal column, a turbulent area being found only in the boundary layer of the opposite flows.
  • FIG. 4a shows the optimal shape of the blade 26 of the mixing element 22 in more detail.
  • a guide flap is arranged at the tip or the tip is bent into a guide flap 28 which extends from the blade in the direction of flow of the fluid.
  • the orientation of the guide flap 28 is essentially the same as the direction of movement of the flowing fluid column, the flow deflected by the guide flap 28 smoothly merging into the fluid flow.
  • a solution according to a second embodiment is shown, the blade 26 'of the mixing element being arranged obliquely such that a component of the force field generated when it rotates is directed obliquely towards the container axis, the direction of the resultant being from that Force and the centrifugal force of the axial direction is closer than in the situation of Fig. 4a.
  • a baffle 28' which is still substantially parallel to the axis. The guide flap 28, 28 'comes to rest on an imaginary surface which is concentric with the container at the tip of the blade or blade or on a surface which touches it.
  • the alignment of the guide flap 28 or 28 ' is intentionally deflected from the directions mentioned, in order, for example, to impart the desired direction of movement to the fluid impinging on the blade. It is essential for this upper blade / blade that one wants to prevent through its construction that the radial components of the fluid flow disturb the ring flow flowing in the opposite direction.
  • the blades / blades are preferably produced by folding steel or other corresponding metal plate in such a way that the blade / blade consists of a number of planar surfaces. However, if it is considered appropriate in some cases to manufacture the blade or blade from plastic, for example, the blade can be cast directly into the final shape.
  • the mixing element 32 can thus consist of a shaft 34 and a sheet 36 fastened to its end, the orientation of its flat surface / s at the axial end being at least almost radial, then conducting some fluid downward and back again in such a way that the Blade tip 38 is already clearly conductive fluid in a radial-peripheral direction.
  • the first, shaft-side plane deviates approximately 30 degrees from the plane drawn over shaft 20 and shaft 34 into the fluid direction leading below and the other level about 60 degrees in the same direction.
  • the tip of the blade begins to rotate in an increasingly conductive direction towards the container wall.
  • the alignment of the blade tip forms an angle of approximately 45 degrees with the shaft, the blade thus causing the fluid to make a vigorous radial movement.
  • the blade end on the shaft side gives the fluid a low axial flow velocity, the central flow being directed as an annular flow over the bottom of the mixing / storage container and ascending along the wall.
  • the mixing element can of course also be a blade, the tip of which is strongly bent almost in an axial plane, the direction of flow of the fluid flowing into the influence area of the mixing element being largely deflected into the radial direction.
  • flow control surfaces can be attached to the wall of the mixing container in such a way that at least two inclined flow control surfaces are arranged at the level of the lowermost mixing element.
  • the inclination of these flow control surfaces should be at least approximately 30 to 75 degrees.
  • the flow guide surfaces are intended to divert the flow circulating along the container wall to a component which raises the flow.
  • the most advantageous flow control surface is a straight flow control surface at an angle of 45 degrees, in terms of function, however, a flow control surface is most advantageous, the angle of which becomes steeper as the container bottom rises.
  • the flow guiding surface can be made either from a curved flow guiding surface or from several straight flow guiding surfaces, the inclined position of which should change step by step, e.g.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zur Vermischung von Fluiden, bei welchem Verfahren die Vermischung von Fluiden in einem hauptsächlich zylindrischen Mischbehälter mittels eines darin angeordneten umlaufenden Mischorgans erfolgt. Die Erfindung wird durch die Beobachtung gekennzeichnet, daß die effektivste Weise, das sich absetzende Fluid homogen zu halten darin besteht, die Strömungsrichtung im Behälter möglichst senkrecht zu halten. Dies wird dadurch gewährleistet, daß an der Mischwerkswelle Schaufeln/Blätter (26) befestigt werden, womit die Strömung im Behälter am mitteleren Teil bis zum Mischorgan (32) hin säulenförmig gehalten wird, was die axiale Strömung über Radialströmung in eine ansteigende Ringströmung umlenkt. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zur Vermischung von Fluiden, bei welchem Verfahren die Vermischung von Fluiden hauptsächlich in einem zylindrischen Mischbehälter mittels eines darin angeordneten rotierenden Mischorgans erfolgt.
  • Es sind bisher mehrere solcher Verfahren und Apparate bekannt, und sie werden allgemein in der Papier-, Farben-und Lebensmittelindustrie zur Vermischung von verschiedenen Fluiden untereinander oder zur Vermischung von festen Stoffen mit Fluiden benutzt. Die Apparate und Verfahren will man in der Regel so entwickeln, daß dabei eine möglichst hohe Mischeffektivität mit einer möglichst kleinen Leistung erreicht wird.
  • Eine allgemein angewendete Methode zur Erhöhung der Mischeffektivität besteht darin, in den Fluidströmen mittels Strömungsleitflächen Wirbelbildung zu bewirken. Der gewöhnlichste Typ von Strömungsleitflächen ist eine bandförmige Metallplatte, die an der Innenwand des Mischbehälters in einem Abstand davon in der Richtung der Mischwerkswelle angeordnet ist. Meistens sind zwei oder mehrere Strömungsleitflächen vorhanden. Die Ebene der Strömungsleitplatte befindet sich auf einer von Radius und Vertikallinie des Mischbehälters gebildeten Ebene, wodurch sie im Fluid Turbulenzen bewirkt, wenn die Fluidströmung in der Umfangsrichtung auf die Platte auftrifft. Solch eine Strömungsleitfläche bewirkt starke Verwirbelung, weist aber als Nachteil einen hohen Leistungsbedarf auf. Wenn man im allgemein Lagerung aber weniger Vermischung anstrebt, wird keine Wirbelbildung benötigt, sondern die im Behälter entstehenden steigenden und sinkenden Strömungen halten den Inhalt homogen.
  • In DE-OS 21 25 698 wird ein Mischwerk dargestellt, bei dem an der Wandung des Mischbehälters sich in das Behälterinnere erstreckende relativ große Leitklappen derart gelagert sind, daß die Fluidströmung durch deren Verstellung schräg nach oben oder nach unten geleitet werden kann. Die Schräglage der Strömungsleitflächen vermindert den Leistungsbedarf bei gleichbleibender Mischeffektivität, womit das Mischwerk gemäß der genannten Veröffentlichung im Betrieb ökonomischer ist als die obengenannte Standardausführung.
  • Aus FI-PS 77 384 ist eine Lösung bekannt, bei der die Strömungsleitfläche nach wie vor bandförmig und in einem Abstand von der Wandung des Mischbehälters angeordnet, bei dieser Lösung jedoch um ihre Achse gewunden ist. Durch diese Lösung wird der Vorteil erreicht, daß die auf die Strömungsleitfläche auftreffenden Fluidströmungen in verschiedene Richtungen je nach dem umgelenkt werden, an welcher Stelle sie auf die Strömungsleitfläche aufgetroffen sind. Dadurch bewirkt der Strömungsleitfläche eine große Anzahl Strömungen in verschiedene Richtungen, die das Durchmischen begünstigen. Obwohl die Mischeffektivität des beschriebenen Apparats vom hohen Niveau ist, ist der Energieverbrauch des Apparats bemerkenswert hoch, weil die Strömungsleitflächen einen sehr hohen Strömungswiderstand darstellen.
  • Bei den konventionellen Mischwerkslösungen können u.a. folgende Probleme festgestellt werden.
    • Bei einem relativ hohen Behälter, d.h. wenn die Höhe mehr als ein Anderthalbfaches gegenüber dem Behälterdurchmesser beträgt, reicht ein Mischorgan nicht aus, sonder man ist gezwungen, mehrere Organe einzusetzen. Dabei weist das Strömungsbild anderer als des untersten Organs auch eine bedeutende radiale Strömungskomponente auf, wobei die Strömungen im äußersten Zylinder gestört werden.
    • Man ist gezwungen, die untersten Mischorgane möglichst dicht am Mischbehälterboden anzuordnen, wobei der Abstand rund 0.1 - 0.2 * Behälterdurchmesser ist, damit im Behälter auch kleine Mengen des betreffenden Fluids gelagert werden könnten. Bei den typischen untersten Mischorganen handelt es sich um Turbine, Propeller und Blatt, von denen
    • die Turbine typischerweise ein symmetrisches Bild bildet, wobei die unterhalb des Mischorgans entstehenden Strömungen für das Endergebnis der betreffenden Mischung nutzlos sind, und
    • Propeller und Blätter wiederum eine wesentliche axiale Komponente erzeugen, die gegen den Boden gedrückt nur eine örtliche Turbulenz bewirkt, die die obengenannte Makroströmung nicht begünstigt.
    • Darüber hinaus versetzen die umlaufenden Mischorgane das einzulagernde Gut in eine Drehbewegung, die beim Anstreben der obengenannten Vertikalbewegung nutzlos, d.h. Energieverschwendung ist.
  • Weil keine der Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik unter allen Verhältnissen, vor allem bei der Behandlung von sich absetzendem Fluid ausreichend wirksam funktioniert, war man gezwungen, ein Verfahren und einen Apparat eines neuen Typs zur Vermischung von Fluiden zu entwickeln. Die Erfindung wird den Anforderungen in Hinsicht auf die Energiewirtschaftlichkeit sowie Mischeffektivität besser gerecht als die Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik. Die Lösung und das Verfahren gemäß unserer Erfindung sind außerdem völlig unempfindlich gegenüber der Höhe des Behälters oder dem Flüssigkeitsstand im Behälter.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch gekennzeichnet, daß Fluid in einem Behälter derart umgewälzt wird, daß ein erster Teil der Strömung um die Behälterachse herum eine hauptsächlich in der Längserstreckung des Behälters bewegte säulenförmige Strömung, eine sog. Zentralströmung, und ein anderer Teil der Strömung eine entgegengesetzte, die genannte Säule umgebende Strömung, eine sog. Randströmung, bildet.
  • Der erfindungsemäße Apparat ist seinerseits dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Mischorgane derart festgelegt ist, daß deren Kraftwirkungen auf das Fluid zur Entstehung einer säulenförmigen Zentralströmung und einer ringförmigen Randströmung beitragen.
  • Aus DE-PS 921 927 ist bereits eine Mischwerkslösung bekannt, wobei an der Schaufelspitze des Mischorgans eine zum Umfang parallele Leitklappe oder sogar ein ganzer zylinderförmiger flacher Ring ausgeführt ist, wobei der Zweck der Leitklappe lediglich darin besteht, Laufvibrationen zu verhindern und die Turbulenzen an der Spitze zu beseitigen. Die genannte Lösung kann nicht darauf abzielen, eine zylinderförmige Strömung hervorzurufen, weil die genannte Leitklappe an der Schaufelspitze ausdrücklich auf der untersten Mischorgansebene, d.h. dicht am Behälterboden eingesetzt wird, wo es unter keinen Umständen notwendig wäre, die Strömung zylinderförmig zu halten, sondern sie bereits ins Radiale umgelenkt werden sollte.
  • Das Verfahren und der Apparat gemäß der Erfindung werden im folgenden durch einen Vergleich mit Lösungen gemäß dem Stand der Technik und unter Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt dabei
    • Fig. 1 eine Lösung gemäß dem Stand der Technik und das dadurch hervorgerufene Strömungsfeld,
    • Fig. 2 eine zweite Lösung gemäß dem Stand der Technik und das dadurch hervorgerufene Strömungsfeld,
    • Fig. 3 ein Mischwerk gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung und das dadurch hervorgerufene Strömungsfeld,
    • Fig. 4a und 4b Schaufel- bzw. Blattkonstruktionen zweier vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung detailliert,
    • Fig. 5 eine dritte Schaufel-/Blattlösung des erfindungsgemäßen Apparats, und
    • Fig. 6a und 6b eine an der Wandung des Mischbehälters einzusetzende Strömungsleitfläche.
  • In Fig. 1 sind eine Lösung gemäß dem Stand der Technik sowie das dadurch erzeugte Strömungsfeld dargestellt. In einem Mischbehälter 10 befindet sich ein Mischwerk 12, das sich aus einer Welle 14 sowie einem daran befestigten oberen 16 und unteren Mischorgan 18 zusammensetzt. Wesentlich ist, daß das untere Mischorgan 18 konstruktionell vom oberen Organ 16 abweichend ist. Somit können, je nach der Höhe des Mischbehälters, ein oder mehrere obere Organe vorhanden sein. Das obere Mischorgan 16 besteht aus Schaften, an deren Enden in einer gegenüber der Schaftebene geneigten Richtung Blätter angebracht sind, die die Strömung in eine axiale Strömungsrichtung versetzen sollen. Beim Erzeugen der genannten axialen Bewegungskomponente setzen die Blätter das Fluid jedoch auch einer Bewegungskomponente in der Umfangsrichtung aus, die die Strömung mehr oder weniger schräg zur Behälterwandung hin leitet. Das untere Mischorgan 18 wiederum besteht aus in zur Welle parallelen Ebenen angeordneten Schaufeln, die das Fluid in eine hauptsächlich radiale Strömungsrichtung versetzen. Außerdem erzeugen besagte Schaufeln eine kräftige Drehbewegung im Fluid.
  • Gemäß der Figur ist das obere Mischorgan nicht in der Lage, dem Fluid eine säulenförmige Strömungsrichtung zu verleihen, abgesehen von einem im Durchmesser relativ kleinen Bereich ganz in der Behältermitte, sondern die sich schräg nach unten bewegende Fluidströmung vermischt sich an den Rändern des Behälters mit der aufwärts gerichteten Strömung und erzeugt zwischen den Mischorganen örtliche Turbulenzbereiche, wobei die Energie verlorengeht, ohne zur Durchmischung des gesamten Fluidvolumens beizutragen. Das untere Mischorgan erzeugt dagegen eine effektive radiale Strömung, erzeugt aber unter sich auch eine nutzlose Turbulenz, aus der das Fluid nicht unbedingt zur Vermischung mit dem höher im Behälter befindlichen Fluid gelangt.
  • In Fig. 2 wird eine Lösung dargestellt, wobei das untere Mischorgan gemäß der Lösung von Fig. 1 durch ein mit dem oberen Mischorgan identischen Mischorgan 16' ersetzt ist. Bei dieser Lösung entsteht auf halber Höhe zwischen den Mischorganen ein örtlicher Turbulenzbereich, der unnötig Energie vergeudet und das Homogenhalten des Fluids erschwert. Je nach der Ausrichtung der Blätter des Mischorgans kann das Organ 16' eine unnötig starke Strömungskomponente gegen den Behälterboden ausüben.
  • Wie aus den oben dargestellten konventionellen Lösungen und den dadurch erzeugten Strömungsfeldern hervorgeht, besteht das schwierigste Problem beim Anstreben einer optimalen Durchmischung in der von den Mischorganen im oberen und mittleren Teil des Behälters erzeugten nichtaxialen Strömung, die die Aufwärts- und Abwärtsströmung die Behälterwandungen entlang abbremst und die Durchmischung verhindert.
  • Beim Betrachten der Apparate gemäß dem Stand der Technik und Testen vom Typ her unterschiedlichen neuen Konstruktionslösungen hat man festgestellt, daß die wirksamste Methode, das Fluid homogen zu halten, keineswegs darin besteht, große Anzahlen von örtlichen Turbulenzzentralisationen aufrechtzuerhalten, sondern die Strömungsrichtung im Behälter möglichst parallel zur Behälterachse, im allgemeinen also senkrecht und noch häufiger in der Behältermitte sinkend, zu halten. Bei Versuchen stellte es sich heraus, daß örtliche Turbulenzen weit mehr Energie verbrauchen, als was nach ihrer Mischwirkung zu erwarten wäre. Somit besteht die deutlichste Ausführung zur Aufrechterhaltung einer effektiven Durchmischung in einem zylindrischen Behälter in einer senkrechten heilen zylinderförmigen Säule, die sich im Kern der Strömung entweder nach oben oder unten und an den Rändern wiederum entsprechend nach unten oder oben bewegt.
  • In Fig. 3 wird eine Lösung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform unserer Erfindung dargestellt, wobei das Mischwerk aus einer Welle 20 und an der Welle befestigten Mischorganen 22 und 32 besteht, wobei das Organ 22 eines solchen Typs ist, daß es überall außer der unmittelbaren Nähe des Behälterbodens eingesetzt werden kann, wofür ein Organ 32 entwickelt worden ist. Das Mischorgan 22 ist eine Modifikation des in Fig. 1 und 2 dargestellten Mischorgans auf solche Weise, daß das Organ entweder ganz aus einer an der Welle 20 beginnenden Schaufel oder einem Schaft 24 und einem an dessen Ende befestigten gegenüber der Rotationsebene geneigten Blatt 26 besteht. Das Blatt 26 ist mindestens an der Spitze mit einer Leitklappe versehen, die die Entstehung einer radialen Komponente verhindern und die Strömung möglichst wirksam als säulenförmiger Pfropfen nach unten richten soll. Die genannte zusätzliche Leitklappe 28 befindet sich derart an der Spitze von Blatt 26, daß die Strömungsrichtung des das Blatt 26 radial entlang gleitenden Fluids durch die Wirkung von Leitklappe 28 ins Axiale umgelenkt wird, um eine Grenzschicht der säulenförmig nach unten gerichteten Strömung zu bilden. Mit Ausnahme des untersten Mischorgans soll auf jeder Mischorgansebene eine möglichst pfropfenförmige zur Behälterachse parallele Strömung erzeugt werden. Bei Bedarf können auch mehrere der genannten Leitklappen in Verbindung mit einer jeden Schaufel oder einem jeden Blatt angeordnet werden, wobei sie auch die Schaufelkonstruktion stabiler machen.
  • Wie aus Figur ersichtlich ist, ist das durch solch ein Mischorgan 22 erzeugte Strömungsfeld möglichst nah an der optimalen Säule, wobei nur in der Grenzschicht der entgegengesetzten Strömungen ein turbulenter Bereich festgestellt werden kann.
  • In Fig. 4a ist detaillierter die optimale Form des Blatts 26 von Mischorgan 22 dargestellt. Der Figur zufolge ist an der Spitze eine Leitklappe angeordnet oder die Spitze zu einer Leitklappe 28 gebogen, die sich vom Blatt in die Strömungsrichtung des Fluids erstreckt. Im wesentlichen ist die Ausrichtung der Leitklappe 28 die gleiche wie die Bewegungsrichtung der strömenden Fluidsäule, wobei die von der Leitklappe 28 abgelenkte Strömung sanft in die Fluidströmung übergeht. In Fig. 4b ist dagegen eine Lösung gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt, wobei das Blatt 26' des Mischorgans derart schräg angeordnet ist, daß eine Komponente des beim Umlaufen desselben erzeugten Kraftfeldes schräg zur Behälterachse hin gerichtet ist, wobei die Richtung der Resultante aus der genannten Kraft und der Fliehkraft der axialen Richtung näher ist als in der Situation von Fig. 4a. An der Spitze des Blattes 26' ist eine Leitklappe 28' angeordnet, die nach wie vor im wesentlichen parallel zur Achse ist. Die Leitklappe 28, 28' kommt auf einer imaginären, mit dem Behälter konzentrischen Fläche an der Spitze von Blatt oder Schaufel oder auf einer sie tangierenden Fläche zu liegen. Es ist natürlich auch möglich, daß die Ausrichtung von Leitklappe 28 oder 28' absichtlich von den genannten Richtungen abgelenkt wird, um z.B. dem auf die Schaufel auftreffenden Fluid die gewünschte Bewegungsrichtung zu verleihen. Wesentlich für diese/s obere Schaufel/Blatt ist, daß man durch ihre/seine Konstruktion verhindern will, daß die radialen Komponenten der Fluidströmung die in die entgegengesetzte Richtung fließende Ringströmung stören. Vorzugsweise sind die Schaufeln/Blätter durch Abkanten aus Stahl- oder sonstiger entsprechender Metallplatte derart hergestellt, daß die Schaufel/das Blatt aus einer Anzahl planförmiger Flächen besteht. Wird jedoch in einigen Fällen für angebracht gehalten, die Schaufel oder das Blatt z.B. aus Kunststoff anzufertigen, kann die Schaufel dabei direkt in die endgültige Form gegossen werden.
  • In Fig. 5 ist das auf der untersten Mischorgansebene einzusetzende Mischorgan 32 dargestellt (wenn die Strömung in der Behältermitte abwärts gerichtet ist), das auf solche Weise geformt wird, daß die Strömungen oberhalb des Mischorgans 32 ausschließlich nach unten gerichtet sind, aber die auf Höhe des Mischorgangs seitlich davon ausgehenden Strömungen zur Wandung des Behälters 10 hin und die vom mittleren Bereich des Mischorgans ausgehenden Strömungen schräg nach unten gerichtet sind und nur einen Bruchteilvon den Strömungen oberhalb darstellen. Das Mischorgan 32 kann also aus einem Schaft 34 und einem an dessem Ende befestigten Blatt 36 bestehen, wobei die Ausrichtung von dessen Planfläche/n am achsseitigen Ende mindestens nahezu radial ist, dann etwas Fluid nach unten leitend und wieder zurück derart angewinkelt wird, daß die Blattspitze 38 bereits deutlich Fluid in eine radial-peripherale Richtung leitend ist. Mit anderen Worten weicht bei der Ausführungsform der Figur die erste, schaftseitige Ebene von der über Welle 20 und Schaft 34 gezeichneten Ebene ungefähr 30 Grad in die Fluid nach unten führende Richtung und die andere Ebene rund 60 Grad in dieselbe Richtung ab. Danach beginnt sich die Blattspitze, in eine immer mehr Fluid zur Behälterwandung hin leitende Richtung zu drehen. Gemäß einer Ausführungsform bildet die Ausichtung der Blattspitze einen Winkel von rund 45 Grad mit dem Schaft, wobei das Blatt das Fluid also in eine kräftige radiale Bewegung versetzt. Das schaftseitige Blattende verleiht dem Fluid eine niedrige axiale Strömungsgeschwindigkeit, wobei die Zentralströmung als Ringströmung über den Boden des Misch-/Lagerbehälters und die Wandung entlang aufsteigend geleitet wird. Beim Mischorgan kann es natürlich auch um eine Schaufel handeln, deren Spitze stark nahezu in eine axiale Ebene gebogen ist, wobei die Strömungsrichtung des in den Einflußbereich des Mischorgans einströmenden Fluids größtenteils ins Radiale umgelenkt wird.
  • Es ist auch möglich, in der unmittelbaren Nähe des Bodenteils des Behälters ein dem Laufrad einer Kreiselpumpe ähnliches Schaufelrad ohne Gehäuse oder sogar mit einer Art Gehäuse anzuordnen, wobei das genannte Laufrad die Zentralströmung wirksam zunächst parallel zum Boden und anschließend zu einer Ringströmung die Wandungen entlang umlenkt.
  • Zusätzlich können an der Wandung des Mischbehälters Strömungsleitflächen derart befestigt werden, daß auf Höhe des untersten Mischorgans mindestens zwei geneigte Strömungsleitflächen angeordnet sind. Die Schräglage dieser Strömungsleitflächen sollte mindestens ungefähr 30 bis 75 Grad sein. Die Strömungsleitflächen sollen die die Behälterwandung entlang zirkulierende Strömung zu einer die Strömung anhebende Komponente umgelenkt werden. Wirtschaftlich gesehen handelts es sich bei der vorteilhaftesten Strömungsleitfläche um eine gerade Strömungsleitfläche in einem Winkel von 45 Grad, funktionsmäßig ist aber eine Strömungsleitfläche am vorteilhaftesten, deren Winkel mit Hinaufsteigen vom Behälterboden steiler wird. Dabei kann die Strömungsleitfläche entweder aus einer geschwungenen Strömungsleitfläche oder mehreren geraden Strömungsleitflächen angefertigt sein, deren Schräglage sich also stufenweise verändern soll, z.B. drei Strömungsleitflächen (Fig. 6a) mit Schräglagen von rund 30, 60 und 90 Grad. Die Breite der Strömungsleitflächen sollte bei der Lösung gemäß unserer Erfindung ungefähr 1/8 bis 1/15mal Behälterdurchmesser sein, und ihr Abstand von der Wandung sollte am größten rund 0.1mal Behälterdurchmesser sein. Beim Vergleichen des mit Strömungsleitflächen gemäß Fig. 6a erreichten Strömungsfeldes mit einem durch konventionelle senkrechte, d.h. dem Stand der Technik entsprechende Strömungsleitflächen erreichten Strömungsfeld stellt sich heraus, daß die Strömung durch Strömungsleitflächen gemäß unserer Erfindung sehr sanft von einer peripheralen Strömung in eine senkrechte Ringströmung umgelenkt werden kann. Wie aus dem oben Angeführten hervorgeht, hat man ein vollkommen neues, die Nachteile des Standes der Technik behebendes Mischwerk und Mischverfahren entwickelt, von denen oben nur einige vorteilhafte Ausführungsformen dargestellt sind. Die obige Beschreibung der Erfindung soll die Erfindung auf keine Weise einschränkend sondern als Sammlung einiger Beispiele verstanden werden, die von den in den Patentansprüchen festgelegten Schutzgrenzen erfaßt werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Vermischung von Fluiden in einem zylindrischen Mischbehälter (10), in dem ein im wesentlichen an der Behälterachse umlaufendes Mischwerk (20,22,32) angeordnet ist, mit dem das Fluid in eine Bewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid im Behälter (10) so lange umgewälzt wird, bis ein erster Teil der Strömung eine hauptsächlich in der Längserstreckung des Behälters (10) bewegte säulenförmige Strömung, eine sog. zentralströmung um die Behälterachse herum, und ein zweiter Teil der Strömung eine entgegengesetzte, die genannte Säule umgebende Ringströmung, eine sog. Randströmung bildet.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschicht zwischen besagter Zentralströmung und besagter Randströmung möglichst deutlich gehalten wird, indem die Kraftwirkung des umlaufenden Mischwerks (20,22,32) ins Parallele zur Behälterachse geleitet wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralströmung möglichst säulenförmig gehalten wird, indem der Einfluß von durch das umlaufende Mischwerk (20,22,32) gebildeten radialen Kraftkomponenten auf das Fluid, abgesehen vom Oberflächen- und Bodenbereich des Behälters, verhindert wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralströmung säulenförmig gehalten wird, indem die durch das umlaufende Mischwerk (20,22,32) erzeugten radialen Kraftkomponenten, abgesehen vom Oberflächen- und Bodenbereich des Behälters (10), ins Axiale geleitet werden.
  5. Apparat zur Vermischung von Fluiden, welcher Apparat hauptsächlich in Verbindung mit hauptsächlich zylindrischen Mischbehältern (10) eingesetzt wird und welcher Apparat eine in einem, aus einem Boden und einer zylindrischen Wandung bestehenden Behälter rotierend angeordnete Welle (20) und daran befestigte Mischorgane (22,32) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Mischorgane (22,32) derart festgelegt ist, daß deren Kraftwirkungen auf das Fluid zur Entstehung einer säulenförmigen Zentralströmung und einer ringförmigen Randströmung beitragen.
  6. Apparat gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischorgan (22) eine Schaufel oder ein Blatt (26,26') aufweist, deren/dessen Spitze zu einer zur Behälterachse im wesentlichen parallelen Leitklappe (28,28') gebogen ist.
  7. Apparat gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Mischorgan (22) um eine Schaufel oder ein Blatt (26') handelt, die in einer Winkelposition gegenüber der Achse des Behälters (10) angeordnet ist.
  8. Apparat gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitklappe (28,28') auf der Rückseite von Schaufel oder Blatt (26,26') zu liegen kommt.
  9. Apparat gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitklappe (28,28') hauptsächlich auf einer imaginären, mit dem Mischbehälter konzentrischen Fläche an der Spitze von Schaufel oder Blatt (26,26') oder einer diese hauptsächlich tangierenden Fläche zu liegen kommt.
  10. Apparat gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim in der Nähe des Mischbehälters angeordneten Mischorgan (32) um eine Schaufel oder ein Blatt (36) handelt, deren/dessen Spitze (38) in eine zur Behälterachse hauptsächlich parallele Ebene geigen ist, um dem Fluid eine radialperipherale Strömungsrichtung zu verleihen.
  11. Apparat gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Behälterwandung Strömungsleitflächen (40,42,44) befestigt sind, um die umlaufende Strömung in eine gegenüber der Achse des Behälters (10) parallele Strömung umzulenken.
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