WO1999007461A1 - Kreuzbalkenmischdüse - Google Patents

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WO1999007461A1
WO1999007461A1 PCT/EP1998/004656 EP9804656W WO9907461A1 WO 1999007461 A1 WO1999007461 A1 WO 1999007461A1 EP 9804656 W EP9804656 W EP 9804656W WO 9907461 A1 WO9907461 A1 WO 9907461A1
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WO
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medium
cross
flow
line
behind
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Application number
PCT/EP1998/004656
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English (en)
French (fr)
Inventor
Götz LAUSCHKE
Wilfried Schierholz
Stefan Ott
Original Assignee
Axiva Gmbh
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Filing date
Publication date
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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
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3131—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements

Definitions

  • Devices of this type are known to the person skilled in the art from the prior art, for example as a nozzle with a swirl chamber, as a static mixer or as a mixing system with movable internals.
  • a nozzle with a swirl chamber for example as a static mixer or as a mixing system with movable internals.
  • some of the devices mentioned at the outset are used to make streamlines visible by coloring.
  • first-mentioned devices partly have the disadvantage of a high pressure loss, partly they tend to become soiled due to large surfaces, partly they involve high construction and assembly costs and partly they require an additional drive and additional seals.
  • the second group serves for dosing, but not for rapid mixing, as is required for applications in chemical process engineering, for example.
  • the invention was therefore based on the object of providing a device mentioned at the outset with improved properties with regard to quick and effective metering and mixing, which is also still easy to manufacture and maintain.
  • a device for metering and mixing flowable media comprising a line through which a first medium can flow, and at least two means for admixing a second medium into the first medium, which are arranged in the line and have a tubular design, characterized in that the at least two means each have one or more openings through which the second medium can be mixed into the first medium, and are arranged in a cross shape with respect to one another and one behind the other in the direction of flow.
  • the inner diameter of the line is referred to below as Dj, the outer diameter of the means as D a . Special configurations result from the subclaims.
  • a first embodiment is characterized in that the tubular means have at least 4 openings with the same or different diameters.
  • the outer diameters D a can also be the same or different.
  • the cross-shaped arrangement is advantageously chosen so that the free cross-sectional area of the line is a minimum.
  • An angular, preferably square, cross-sectional area is particularly favorable, as are the distances between the means from one another of at most 10 * D a , preferably at most 5 * D a ., Particularly preferably at most 2 * D a and very particularly preferably of at most 1 * D a . of the agent arranged at the front.
  • Favorable ratios of D a to Dj are in the range from 0.1 to 0.33.
  • the device according to the invention is also referred to below as a crossbar mixing nozzle (KMD).
  • the advantages of the KMD are due to its simple and compact design: low manufacturing and assembly costs, strong swirling of the flow directly at the point of addition of the second medium and therefore short mixing lengths with a small outer surface, no moving parts.
  • 1 shows a KMD in a broken, perspective side view
  • 2 shows a cross section through the KMD perpendicular to the flow direction
  • 3 shows a cross section through the KMD parallel to the direction of flow
  • Fig. 4 calculated flow conditions on a KMD.
  • a KMD 1 essentially consists of a line 2 for a first medium, usually a tube with an inner diameter 9 (Dj), into which several - in Fig. 2 four - tubular means 3 - hereinafter called crossbar 3 - for admixing a second Medium are installed.
  • the means have a square cross section and are arranged in the flow direction 4 one behind the other and in a cross shape.
  • the distance 5 between two crossbars 3 is less than whose outer diameter 6 (D a )., the diagonal of the cross section.
  • the crossbars are offset from one another so that the free cross-sectional area of the line 2 is minimal.
  • the order of the arrangement can be chosen arbitrarily.
  • the second medium is added via feed lines 7 and openings (bores or holes) 8.
  • the openings 8 are preferably located radially in the middle between the outer wall of the tube 2 and the outer edge of one of the other crossbars 3 (FIG. 2). They are preferably attached to the downstream side of the crossbar 3.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien, aufweisend eine Leitung (2) mit einem inneren Durchmesser Di (9), durchströmbar für ein erstes Medium, sowie mindestens zwei Mittel (3) zum Zumischen eines zweiten Mediums in das erste Medium, die in der Leitung (2) angeordnet und rohrförmig gestaltet sind sowie einen äußeren Durchmesser Da (6) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Mittel (3) jeweils eine oder mehrere Öffnungen (8) aufweisen, durch die das zweite Medium in das erste Medium einmischbar ist, daß die mindestens zwei Mittel (3) einen eckigen Querschnitt aufweisen und kreuzförmig zueinander und in Strömungsrichtung hintereinander in einem Abstand (5) von höchstens 10*Da angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Kreuzbalkenmischdüse
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien, aufweisend eine Leitung, durchströmbar für ein erstes Medium, sowie mindestens zwei Mittel zum Zumischen eines zweiten Mediums in das erste Medium, die in der Leitung angeordnet und rohrförmig gestaltet sind.
Vorrichtungen dieser Art sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als eine Düse mit Drallkammer, als statische Mischer oder als Mischsysteme mit bewegbaren Einbauten. In der Strömungsmeßtechnik werden manche der eingangs genannten Vorrichtungen benutzt, um Stromlinien durch Einfärbung sichtbar zu machen.
Diese erstgenannten Vorrichtungen haben teils den Nachteil eines hohen Druckverlustes, teils neigen sie infolge großer Oberflächen zur Verschmutzung, teils verursachen sie hohen Konstruktions- und Montageaufwand und teils erfordern sie einen zusätzlichen Antrieb und zusätzliche Dichtungen. Dagegen dient die zweitgenannte Gruppe zum Dosieren, nicht aber zum schnellen Mischen, wie es für Anwendungen in der chemischen Verfahrenstechnik beispielsweise erforderlich ist.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bezüglich des schnellen und effektiven Dosierens und Mischens bereitzustellen, die zudem noch einfach herzustellen und zu warten ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien, aufweisend eine Leitung, durchströmbar für ein erstes Medium, sowie mindestens zwei Mittel zum Zumischen eines zweiten Mediums in das erste Medium, die in der Leitung angeordnet und rohrförmig gestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Mittel jeweils eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, durch die das zweite Medium in das erste Medium einmischbar ist, und kreuzförmig zueinander und in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
Der inneren Durchmesser der Leitung wird im folgenden mit Dj, der äußere Durchmesser der Mittel mit Da, bezeichnet. Besondere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine erste Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Mittel mindestens 4 Öffnungen mit gleichem oder unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Die äußeren Durchmesser Da können ebenfalls gleich oder unterschiedlich sein Außerdem wird die kreuzförmige Anordnung vorteilhafterweise so gewählt, daß die freie Querschnittsfläche der Leitung ein Minimum ist. Eine eckige, vorzugsweise quadratische Querschnittsfläche ist besonders günstig, ebenso wie Abstände der Mittel zueinander von höchstens 10*Da, bevorzugt höchstens 5*Da., besonders bevorzugt höchstens 2*Da und ganz besonders bevorzugt von höchstens 1*Da. des jeweils vorne angeordneten Mittels. Günstige Verhältnisse von Da zu Dj liegen im Bereich von 0,1 bis 0,33. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden auch Kreuzbalkenmischdüse (KMD) genannt.
Die Vorteile der KMD liegen in ihrer einfachen und kompakten Bauweise begründet: geringer Fertigungs- und Montageaufwand, starke Verwirbelung der Strömung direkt an dem Ort der Zugabe des zweiten Mediums und dadurch kurze Mischlängen bei kleiner äußerer Oberfläche, keine bewegten Teile.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer möglichen Ausgestaltung der KMD, dargestellt in den Fig. 1 und 3 sowie dem Ergebnis einer Strömungsberechnung in Fig. 4, näher erläutert.
Eine Beschränkung der Erfindung in irgendeiner Weise ist dadurch nicht beabsichtigt.
Es zeigt:
Fig.1 eine KMD in aufgebrochener, perspektivischer Seitenansicht; Fig.2 einen Querschnitt durch die KMD senkrecht zur Strömungsrichtung; Fig.3 einen Querschnitt durch die KMD parallel zur Strömungsrichtung; Fig. 4 berechnete Strömungsverhältnisse an einer KMD.
Eine KMD 1 besteht im wesentlichen aus einer Leitung 2 für ein erstes Medium, üblicherweise ein Rohr mit einem inneren Durchmesser 9 (Dj), in das mehrere - in Fig. 2 vier - rohrförmige Mittel 3 - nachfolgend Kreuzbalken 3 genannt - zum Zumischen eines zweiten Mediums eingebaut sind. Die Mittel haben einen quadratischen Querschnitt und sind in Strömungsrichtung 4 hintereinander und kreuzförmig angeordnet. Der Abstand 5 zwischen zwei Kreuzbalken 3 ist kleiner als deren äußerer Durchmesser 6 (Da)., die Diagonale des Querschnitts. In Fig. 2 sind die Kreuzbalken so gegeneinander versetzt angeordnet, daß die freie Querschnittsfläche der Leitung 2 minimal ist. Die Reihenfolge der Anordnung kann dabei beliebig gewählt werden. Die Zumischung des zweiten Mediums erfolgt über Zuleitungen 7 und Öffnungen (Bohrungen oder Löcher) 8. Bevorzugt liegen die Öffunngen 8 radial in der Mitte zwischen der Außenwand des Rohres 2 und der Außenkante eines der anderen Kreuzbalken 3 (Fig 2.). Sie sind bevorzugt auf der stromabwärtigen Seite der Kreuzbalken 3 angebracht.
Fig. 4 zeigt berechnete Strömungsverhältnisse an einer KMD 1 mit zwei quadratischen Kreuzbaiken 3. Wie zu sehen ist, stören die Kreuzbalken 3 die Strömung in zwei Achsen und sorgen für eine intensive Verwirbelung direkt hinter ihnen. Die Dosierung des zweiten Mediums erfolgt so an dem Ort starker Verwirbelung. Dadurch entsteht eine schnelle und druckverlustarme Vermischung. In einer bevorzugten Betriebsweise sind die Maße so auf die Strömung abgestimmt, daß die hinter den Kreuzbalken entstehende Wirbelstraße instationär pendelt. Solche bevorzugten Abmessungen kann man über solche berechneten Strömungsverhältnisse ermitteln. Die numerischen Methoden hierzu sind dem Fachmann geläufig.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien, aufweisend eine Leitung (2), durchströmbar für ein erstes Medium, sowie mindestens zwei Mittel (3) zum Zumischen eines zweiten Mediums in das erste Medium, die in der Leitung (2) angeordnet und rohrförmig gestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Mittel (3) jeweils eine oder mehrere Öffnungen (8) aufweisen, durch die das zweite Medium in das erste Medium einmischbar ist, und kreuzförmig zueinander und in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Mittel (3) mindestens 4 Öffnungen (8) aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreuzförmige Anordnung so gewählt ist, daß die freie Querschnittsfläche der Leitung ungefähr ein Minimum ist.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der rohrförmigen Mittel (3) eckig, vorzugsweise quadratisch ist.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen äußeren Durchmesser Da (6) aufweisen und in einem Abstand (5) von höchstens 10*Da, bevorzugt höchstens 5*Da besonders bevorzugt höchstens 2*Da und ganz besonders bevorzugt höchstens 1*Da hintereinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Vorrichtung so auf die Strömung abgestimmt, daß die hinter den Mitteln (3) zum Zumischen entstehende Wirbelstraße instationär pendelt.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse von äußerem Durchmesser Da (6) der
Mittel zu innerem Durchmesser Dj (9) der Leitung Werte aus dem Bereich von 0,1 und 0,33 haben.
PCT/EP1998/004656 1997-08-06 1998-07-24 Kreuzbalkenmischdüse WO1999007461A1 (de)

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DE19733973A DE19733973C2 (de) 1997-08-06 1997-08-06 Vorrichtung zur Dosierung und zur Vermischung fließfähiger Medien

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DATABASE WPI Derwent World Patents Index; *

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DE19733973A1 (de) 1999-04-29
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