EP2150330B1

EP2150330B1 - Rührorgan zum rühren abrasiver medien

Info

Publication number: EP2150330B1
Application number: EP08749269.0A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Keller
Original assignee: EKATO Ruehr und Mischtechnik GmbH
Current assignee: EKATO Ruehr und Mischtechnik GmbH
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: US9033572B2; EP2150330A1; AU2008248900B2; DE102007021056A1; ZA200907262B; CA2686331A1; WO2008135225A1; US20100118643A1; CA2686331C; AU2008248900A1

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem radial ferderuchen Rührorgan, welches insbesondere für abrasive Medien bestimmt ist. Beim Rühren von abrasiven Medien, wie Suspensionen mit hohen Feststoffbeladungen, die beispielsweise bei der Erzaufbereitung auftreten, wie zum Beispiel bei Oxidationsautoklaven zur Gold- und Kupfergewinnung, tritt durch Abrasion bedingt ein verstärkter Verschleiß auf, was dazu führt, dass das Rührorgan nur relativ kurze Standzeiten hat und dann ausgetauscht werden muss.
Auch wurde schon versucht, zur Reduzierung der Abrasion Beschichtungen an den Rührorganen mit abrasionsbeständigen Materialien vorzusehen, bei denen es sich beispielsweise um Hartmetalle, Metallcarbide oder dergleichen handeln kann. Derartige Beschichtungen sind nicht nur äußerst kostspielig, sondern das Aufbringen von Beschichtungen kann auch teilweise zur Schwächung des Trägermaterials führen, wodurch sich weitere Schwierigkeiten ergeben. Insbesondere bei nasschemischen Prozessen in der Erzaufbereitung sind extreme korrosive Bedingungen gegeben, welche es erforderlich machen, für das Trägermaterial besonders widerstandfähige Werkstoffe, wie Titan-Werkstoffe, einzusetzen. Insbesondere hat sich gezeigt, dass derartige, die Verschleißbeständigkeit verbessernde Beschichtungen häufig chemisch nicht ausreichend widerstandfähig sind und durch Korrosion abgetragen werden können.
Als radial fördernde Rührorgane sind so genannte Scheibenrührer bekannt, welche eine Trägerscheibe umfassen, an welcher mehrere Rührorganblätter angebunden sind, welche senkrecht zur Trägerscheibe und radial hierzu angebunden sind. Die Trägerscheibe ist bei einem solchen Scheibenrührer horizontal ausgerichtet und die Rührorganblätter sind über etwa der halben Blatthöhe an der Trägerscheibe angebunden wie in Fig 1 der Zeichnung dargestellt. Scheibenrührer dieser Bauart können eine unterschiedliche Anzahl von Rührorganblättern haben und/oder die Rührorganblätter können unterschiedlich große Blattflächen haben.
US 2005/007874 A1 zeigt ein Rührorgan, mit welchem eine lokale Scherung in Bezug auf das Produkt reduziert werden soll, und somit ein scherarmes Rührorgan. Das Rührorgan ist über einen Träger an einer Antriebswelle befestigt und weist Rührorganblätter auf, die insbesondere gekantet sind. Dabei ist das Rührorgan durch die Anstellung der Rührorganblätter als Axialförderer beschrieben, was die Homogenisier- und Suspendierwirkung dieses Rührorgans bewirkt.
DE 203 13 722 U1 bezieht sich auf das Homogenisieren/Mischen von Flüssigkeiten (wie Farben). Feststoffe in Form von Pigmenten werden zwar erwähnt, jedoch wird nicht weiter darauf eingegangen. Als Hauptvorteil gegenüber bestehenden ähnlichen Systemen zum Mischen von Farben wird die einfache Reinigbarkeit erwähnt. Insbesondere ist ein Rührgerät mit einer (Träger-)Scheibe und einem Schaft (einer Antriebswelle) gezeigt, wobei Rührorganblätter gegeneinander beabstandet und gekippt in der Scheibe eingefügt sind.
WO 2007/013415 A und die entspsrechende europäische Patentanmeldung EP 1 911 511 A1 zeigen ein axial fördernder Rührorgan, wobei Rührorganblätter an einer Antriebswelle angeordnet sind. Das Rührorgan dient zum Dispergieren eines Produkts, was bedeutet, dass eine Scherung in das Produkt eingetragen wird. Deshalb hat das Rührorgan auch sehr kleine Blattflächen.
US 3 526 467 A bezieht sich auf die konstruktive Ausführung eines Rührorgans. Das Rührorgan ist in einer Nabe-zu-Nabe-Konfiguration an der Rührwelle befestigt. Eine einfache Einbringung in den Rührbehälter, eine einfache Reinigbarkeit, eine maximale Korrosionsbeständigkeit und eine gute Beschichtbarkeit des Rührorgans werden als Vorteile dieser konstruktiven Ausführung beschrieben.
Das nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte Dokument WO 2008/083673 A2 zeigt eine Rühranordnung mit Rührorgan und Begasungseinrichtung. Mit dieser Rühranordnung soll eine Überflutung des Rührorgans mit Gas verhindert werden.
DE 34 46 741 A1 beschreibt eine Umwälzeinrichtung, die verhindern soll, dass sich Feststoffe in einer Suspension entmischen bzw. absetzen. Dies wird durch ein Verfahren erreicht, das kreisförmige horizontale Fließbewegungen erzeugt. Durch dieses Verfahren wird ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsfeld im Behälter erzeugt.
US 6 637 926 B1 beschreibt eine Apparatur zum Mischen zweier Fluide. In den Abbildungen 5a bis 5f sind typische Rührorgane gezeigt, die in der Apparatur eingesetzt werden können.
GB 2 034 187 A beschreibt ein mit Glas beschichtetes Rührorgan mit konstantem Blattradius, wobei die Geometrie des Blatts verändert wurde, um eine Einbringung in einem Behälter durch ein Mannloch kleiner dem Rührorgandurchmesser zu ermöglichen.
JP 57 059625 A beschreibt eine Energieeinsparung, d.h. eine Erhöhung der Pumprate des Rührorgans bei einer gegebenen Rührleistung, als Ziel.
US 3 470 265 A bezieht sich auf die Herstellung von flüssig-flüssig Dispersionen, in welchen eine bestimmte Tropfengröße (Verteilung) die Zielgröße ist.
EP 1 776 999 A1 beschreibt ein Rührorgan, das aufgrund seiner Konstruktion kosteneffektiv hergestellt werden kann. An einen Träger können austauschbare Blätter verschiedener Form angebracht werden.
WO 2006/057560 A1 beschreibt ein Rührorgan zur Erzeugung eines Flüssigkeitssprühfilms. Dieser entsteht unter anderem dadurch, dass das speziell geformte obere Teil des Rührorganblatts außerhalb der Flüssigkeit angebracht ist. Der Vorteil der speziellen Geometrie des Rührorgans liegt darin, dass durch die in den Luftraum geschleuderten Wassertropfen der Stoffübergang von LuftSauerstoff in Wasser erhöht wird.
DE 10 2005 058724 A1 betrifft ein Verfahren zu Herstellung einer chemischen Substanz (Tertiares Amin). Es wird erwähnt, dass bei diesem Verfahren verschiedene Standard-Rührorgane eingesetzt werden können. DE 10 2005 058724 A1 bezieht sich auf bestimmte Betriebsbedingungen, die mit den Rührorganen eingestellt werden können - wie sie auch mit jedem anderen beliebigen Rührorgan eingestellt werden könnten.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein radial förderndes Rührorgan, insbesondere für abrasive Medien, mit einer Trägerscheibe, an welcher senkrecht zur Trägerscheibe und radial verlaufende Rührorganblätter in Richtung nach außen vorstehend angebunden sind und welche eine Nabe zur Aufnahme einer Rührwelle besitzt, bereitzustellen, welches abrasionsarm auszulegen ist und eine längere Standzeit bei einem bestimmungsgemäßen Einsatz besitzt.
Nach der Erfindung wird hierzu ein radial förderndes Rührorgan, insbesondere für abrasive Medien, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit gestellt.
Bei dem erfindungsgemäßen Rührorgan wird daher zur Reduzierung der Abrasion und zur Verbesserung der Standzeit die Rührorgangeometrie im Bereich der Trägerscheibe, des Rührorganblatts, der Rührorganblattanbindung und der Rührorgannabe oder dergleichen derart gewählt und abgestimmt, dass sich auch bei abrasiven Medien mit hohen Feststoffbeladungen und mit großen Rührleistungseinträgen sowie entsprechenden hohen Umfangsgeschwindigkeiten die Verschleißerscheinungen durch Abrasion erheblich reduzieren oder sich sogar vollständig ausschließen lassen. Bei dem erfindungsgemäßen Rührorgan wird somit die Rührorgangeometrie verändert und optimiert, um Rührorgane zu erhalten, welche eine verlängerte Standzeit besitzen, wodurch sich Wartungs- und Austauschintervalle der Rührorgane verringern und sich hierdurch Anlagen-Ausfallzeiten wesentlich verkürzen lassen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Bei dem radial fördernden Rührorgan nach der Erfindung wird eine solche Ausgestaltung bereitgestellt den abrasionsgefährdeten Stellen, wie den strömungsabgewandten Seiten der Rührorganblätter und/oder an den Bereichen der Blattanbindungen an der Trägerscheibe, mit Hilfe von geometrischen Mitteln eine weitgehend wirbelabösungsfreie Ausgestaltung erhatlen wird, um insbesondere Prall- und Gleitverschleißerscheinungen beim bestimmungsgemäßen Einsatz eines solchen Rührorgans, als Radialförderer in Form eines Scheibenrührers nachhaltig zu reduzieren, die Standzeiten eines solchen Rührorgans zu verbessern, ohne zeit- und kostenaufwändige zusätzliche Maßnahmen am Rührorgan, wie Beschichtungen und dergleichen, vorzunehmen. Bei der Erfindung an werden insbesondere solche Maßnahmen vorgeschlagen, die eine originäre Reduzierung der hinsichtlich des Verschleißverhaltens ungünstigen Wirbelablösungen gestatten und günstigere Blattumströmungsverhältnisse bereitstellen, ohne die Grundleistungsfähigkeit eines solchen Rührorgans zu beeinträchtigen. Durch eine entsprechend geänderte Formgebung des Rührorgans lässt sich daher bei der Erfindung der Verschleißmechanismus unterdrücken, so dass man ein Rührorgan mit verlängerten Standzeiten erhält und sich ein erhebliches Einsparpotential bei der Wartung und den Anlagen-Ausfallzeiten realisieren lässt. Natürlich sollen bei einem solchen hinsichtlich seiner Geometrie verbesserten Rührorgan keine Einbußen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit in Kauf genommen werden.
Der Stand der Tecknik und die Erfindung werden nachstehend an unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind die entsprechenden Ausgestaltungsformen der Rührorgane jeweils in einer Figur in einer Draufsicht und darunter in einer Seitenansicht verdeutlicht. In der Zeichnung gilt:

Figur 1: zeigt eine übliche Ausführungsform eines Rührorgans in Form eines radial fördernden Scheibenrührers;
Figur 2: zeigt eine Ausgestaltungsform einer Rührorganform mit einer winket Anstellung der Ruhrorganblatter,
Figur 3: zeigt ein Rührorgan mit abgeändeter Blattform der Rührorganblätter;
Figur 4: zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit einer geänderten Blattform und einer Anstellung der Rührorganblätter in radialer Richtung;
Figur 5: zeigt ein Rührorgan mit abgeänderter Anbindung der Rührorganblätter an der Trägerscheibe;
Figur 6: zeigt ein Rührorgan mit einer geänderten Ausgestaltungsform einer Trägerscheibe;
Figur 7: zeigt ein Rührorgan mit einer abgewandelten Trägerscheibenkonstruktion;
Figur 8: zeigt ein Rührorgan mit teilweise abgeänderter Trägerscheibe und optimierten Anbindungsstellen der Rührorganblätter an der Trägerscheibe; und
Figur 9: zeigt ein Rührorgan mit zusätzlichen Maßnahmen zur Verbesserung der Umströmung der Rührorganblätter an der Blattinnenkante.

In den Figuren der Zeichnungen ist jeweils die Drehrichtung der Rührerwelle und somit der Trägerscheibe mit einem Pfeil eingetragen.
Ferner sind in den Figuren der Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile so weit wie möglich mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist in einer schematischen Ansicht ein Beispiel eines radial fördernden Rührorgans, einen so genannten Scheibenrührers der üblichen Bauart verdeutlicht. Das insgesamt mit 1 bezeichnete Rührorgan umfasst eine vorzugsweise horizontal angeordnete Trägerscheibe 2, an der senkrecht hierzu und im Wesentlichen radial verlaufend, mehrere Rührorganblätter 3 angebunden sind. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Rührorganblätter 3 gerade ausgebildet und die Rührorganblätter 3 haben eine rechteckförmige Gestalt. Die Rührorganblätter 3 sind symmetrisch am Umfang der Trägerscheibe 2 angeordnet. Jedes rechteckförmige Rührorganblatt 3 hat eine Höhe h und eine Länge I. Beim dargestellten Beispiel sind die Rührorganblätter 3 an der Trägerscheibe 2 in etwa der halben Blatthöhe h befestigt. Ein solches Rührorgan 1 hat eine gute Dispergierwirkung, insbesondere bei Begasungen, und erzeugt eine primär radiale Strömungsrichtung mit entsprechendem Pumpwirkungsgrad und einem starken Gasdispergiervermögen.
Die Figuren 2 bis 9 zeigen geometrische Abwandlungsformen eines radial fördernden Rührorgans. Wichtig bei diesen geometrisch abgeänderten Auslegungsformen des Rührorgans 1 ist die Tatsache, dass weder die primäre Strömungsrichtung, noch der Pumpwirkungsgrad, der Leistungseintrag oder das Gasdispergiervermögen bei allen Abwandlungen negativ beeinflusst werden.
Bei der Auslegungsform des Rührorgans 1a gemäß Figur 2 sind die Rührorganblätter 3a zur Radialen unter einem Winkel β angestellt, welcher in einem Bereich von etwa 10° bis 60°, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20° bis 50° liegt. Durch diese radiale Anstellung der Rührorganblätter 3a lassen sich Wirbelablösungen insbesondere auf der Nachlaufseite der Rührorganblätter 3 verhindern, so dass man bei dem Rührorgan 1a günstigere Strömungsverhältnisse im Bereich der Rührorganblätter 3a und deren Anbindung an der Trägerscheibe 2a erhält.
Bei der Auslegungsform des Rührorgans 1b nach Figur 3 wird die Blattform der Rührorganblätter 3b entsprechend optimiert und geändert, wie dies insbesondere aus der unteren Darstellung in Figur 3 zu ersehen ist. Durch entsprechende Ausgestaltung der Rührorganblätter 3b lassen sich somit Wirbelablösungen verhindern und man erhält günstigere Umströmungsverhältnisse an den Rührorganblättern 3b und den zugeordneten Anbindungsbereichen an der Trägerscheibe 2b.
In Figur 4 ist eine Ausführungsform eines Rührorgans 1c gezeigt, bei dem die Rührorganblätter 3c ähnlich wie bei Figur 2 unter einem Winkel β zur Radialen angestellt sind, wobei zur besseren Blattumströmung und zur Verhinderung von Wirbelablösungen die Rührorganblätter 3c am Anbindungsbereich zu der Trägerscheibe 2c einen Radius R haben, welcher in einem Bereich R = (0,1 - 1,0)x Rührorgandurchmesser liegt. Der Rührorgandurchmesser ist der größte Außendurchmesser des Rührorgans 1c einschließlich der äußeren Enden der Rührorganblätter 3c.
Anhand der Figuren 5 bis 7 werden Ausführungsvarianten von Rührorganen 1 d bis 1f erläutert, bei denen die jeweiligen Rührorganblätter 3d bis 3f einseitig an der zugeordneten Trägerscheibe 2d bis 2f befestigt sind. Die jeweilige Trägerscheibe 2d bis 2f bildet eine Abdeckung für die angebundenen Rührorganblätter 3d bis 3f, wodurch eine Blattumströmung der Rührorganblätter 3d bis 3f verhindert wird. Bei der Ausgestaltungsform nach Figur 5 sind radial angeordnete Rührorganblätter 3d, welche im Wesentlichen in radialer Richtung weisen, an einer Stirnseite der Trägerscheibe 2d angebracht.
Bei der Auslegungsform des Rührorgans 1e nach Figur 6 wird zugleich die Gestalt und insbesondere die Außenkontur der Trägerscheibe 2e verändert und angepasst, und zugleich sind die Rührorganblätter 3e im Wesentlichen radial an der Trägerscheibe 2e einseitig angebunden. Hierdurch erhält man ähnlich vorteilhafte Wirkungen wie bei der Ausführungsform nach Figur 5.
Bei der Ausführungsvariante nach Figur 7 umfasst das Rührorgan 1f mehrere Trägerscheibenteile 2f und 2f, welche insgesamt zusammen die Trägerscheibe bilden. Diese beiden Trägerscheibenteile 2f und 2f bilden jeweils die Außenkontur des Rührorgans 1f in Axialrichtung gesehen und die Rührorganblätter 3f sind beidseitig durch die Trägerscheibenteile 2f und 2f angebunden und abgedeckt. Auch hierdurch lassen sich Verschleiß erzeugende Umströmungen der Rührorganblätter 3f wirksam vermeiden.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen somit Ausführungsvarianten von Rührorganen 1d bis 1f, bei denen einerseits die Form der Trägerscheibe 2e (in Figur 6 gezeigt) oder andererseits die Anzahl der Trägerscheibenteile 2f, 2f (siehe Figur 7) variiert werden.
In Figur 8 ist eine Ausführungsvariante eines Rührorgans 1g gezeigt, bei dem die Geometrie und die Größe der Trägerscheibe 2g verändert sind. Auf der strömungsabgewandten Seite der Rührorganblätter 3g sind an der Trägerscheibe 2g Aussparungen 10 vorgesehen, wodurch die Angriffsflächen für die Abrasion verringert werden.
Wie aus Figur 9 zu ersehen ist, welche eine weitere Ausführungsvariante eines Rührorgans 1h zeigt, sind an der Innenkante der Rührorganblätter 3h flügelförmige Elemente 11 angebracht, die im Wesentlichen senkrecht zu der radialen Erstreckung der Rührorganblätter 3h verlaufen und eine entsprechende Erstreckung b haben. Mit Hilfe dieser flügelförmigen Elemente 11 wird eine Umströmung der Rührorganblätter 3h mit negativen Wirbelbildungserscheinungen verhindert.

Claims

Radial förderndes Rührorgan, das zum Rühren von abrasiven Medien bestimmt ist, mit einer Trägerscheibe (2a), an welcher senkrecht hierzu und radial verlaufende Rührorganblätter (3a) in Richtung nach außen vorstehend angebunden sind und welche eine Nabe zur Aufnahme einer Rührwelle besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührorganblätter (3a) zur Radialen unter einem Winkel β von 10° bis 60° angestellt sind und das jeweilige Rührorganblatt (3c) im Bereich der Blattanbindung an der Trägerscheibe (2c) mit einem in Umströmungsrichtung weisenden Radius (R) versehen is, der einen Wert von R = (0,1-1,0) x Rührorgandurchmesser annimnt so dass die strömungsabgewandten Seiten der Rührorganblätter (3a, 3c) und/oder Bereich der Blattanbindung der Trägerscheibe (2a, 2c) weitgehend wirbelablösungsfrei gestaltet, sind.
Radial förderndes Rührorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührorganblätter (3a) zur Radialen unter einem Winkel β von 20° bis 50° angestellt sind.
Radial förderndes Rührorgan nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührorganblätter (3d bis 3f) einseitig an der Trägerscheibe (2d bis 2f) befestigt sind.
Radial förderndes Rührorgan nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur der Trägerscheibe (2e) an der Stelle, wo die Rührorganblätter (3e) angebunden sind, entsprechend dem Vorstehen nach außen der radial verlaufenden Rührorganblättern (3e) jeweils nach außen vorstehend geformt ist.
Radial förderndes Rührorgan nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (2f, 2f) mehrere Trägerscheibenteile (2f, 2f) umfasst.
Radial förderndes Rührorgan nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (2g) eine Aussparung (10) auf der strömungsabweisenden Seite der Rührorganblätter (3g) aufweist.
Radial förderndes Rührorgan nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass flügelförmige Elemente (11) an der Innenkante der Rührorganblätter (3h) angeordnet sind.
Radial förderndes Rührorgan nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührorganblatt (3a bis 3h) an abrasionsgefährdeten Stellen vollständig oder wenigstens teilweise mit einem abrasionsbeständigen Material beschichtet ist.