DE19525044A1 - Method and device for introducing substances into flowing media - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintrag eines Stoffes in ein strömendes Medi um sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for introducing a substance into a flowing medium um and an apparatus for performing the method.
In verschiedensten Bereichen der Technik ist es oftmals notwendig, einen Stoff in ein strömendes Medium einzutragen und mit dem Medium zu vermischen. Beispielsweise besteht häufig das Problem, ein Gas in einer in einem Kanal oder einer Rohrleitung fließenden Flüssigkeit möglichst vollständig zu lösen. Oft sollen auch Flüssigkeiten untereinander weitgehend vermischt werden. Ein anderes Problem besteht z. B. darin, strömende Flüssigkeiten abzukühlen. Hierzu ist auch schon vorgeschlagen worden, ein kaltes Gas oder eine kalte Flüssigkeit in die strömende Flüssigkeit einzutragen und mit dieser zu vermischen.In various areas of technology, it is often necessary to incorporate a substance into one enter flowing medium and mix with the medium. For example there is often the problem of a gas in a duct or pipe to dissolve flowing liquid as completely as possible. Liquids are also often used largely mixed with each other. Another problem is e.g. B. in to cool flowing liquids. To this end, it has also already been proposed cold gas or a cold liquid in the flowing liquid and with to mix this up.
Üblicherweise werden zum Eintragen von Gasen oder Flüssigkeiten in strömende Flüssigkeiten Venturimischer, Düsen- oder Sinterkerzen verwendet. Bei diesen Einrich tungen besteht allerdings die Gefahr, daß infolge von Verstopfungen oder Verschmut zungen kein dauerhaft zuverlässiger Betrieb möglich ist. Außerdem kann es beim Einsatz von Stoffeintragseinrichtungen, die mit einer Querschnittsverengung des Strö mungskanals arbeiten, zu einer unerwünschten Veränderung des strömenden Medi ums kommen. Insbesondere kann die Qualität bestimmter Lebensmittel durch auftre tende hohe Scherkräfte leiden. Beispielsweise kann es bei einer Begasung von Milch mittels eines Venturimischers aufgrund der hohen Scherbeanspruchung zu einer Fettkugelzerstörung kommen.Usually, for the introduction of gases or liquids into flowing Liquids Venturi mixers, nozzle or sintered candles are used. With this facility However, there is a risk that due to constipation or contamination tongues no permanently reliable operation is possible. In addition, it can Use of material input devices that reduce the cross-section of the stream working channel, to an undesirable change in the flowing medi perish. In particular, the quality of certain foods can occur high shear forces suffer. For example, when fumigating milk using a venturi mixer due to the high shear stress Fat ball destruction are coming.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Eintragen eines Stoffes in ein strömendes Medium zur Verfügung zu stellen, mit denen eine weitgehende Vermischung des Stoffes mit dem strömenden Medium ermöglicht wird, ohne daß die geschilderten Nachteile bisheriger Verfahren und Vorrichtungen auftreten.The object of the present invention is a method and a device to make available for the introduction of a substance into a flowing medium, with which extensive mixing of the material with the flowing medium is made possible without the disadvantages of previous methods and Devices occur.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig dadurch gelöst, daß dem strö menden Medium eine Querbeschleunigung aufgezwungen wird und der Stoff im Bereich der Querbeschleunigung in das strömende Medium eingetragen wird. This object is achieved on the procedural side in that the current lateral acceleration is forced and the material in the Area of lateral acceleration is entered into the flowing medium.
Als strömendes Medium kommen insbesondere Flüssigkeiten und Gase in Betracht, während als einzutragender Stoff Flüssigkeiten, Gase oder auch Feststoffe in Frage kommen.Liquids and gases are particularly suitable as the flowing medium, while liquids, gases or solids are considered as substances to be entered come.
Zweckmäßiger Weise wird das strömende Medium zur Erzeugung der Querbeschleu nigung durch einen gekrümmten Strömungskanal, insbesondere einen gekrümmten Rohrabschnitt, strömen gelassen.The flowing medium is expediently used to generate the transverse fitting inclination through a curved flow channel, in particular a curved Pipe section, let flow.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Krümmungsbereich eines Strö mungskanals besonders günstige Strömungsverhältnisse herrschen, um eine weit gehende Vermischung des eingetragenen Stoffes mit dem strömenden Medium zu erreichen. Hierzu tragen insbesondere eine besonders günstige Verteilung der Strö mungsgeschwindigkeiten über den Strömungsquerschnitt sowie Turbulenzen im und nach dem Krümmungsabschnitt des Strömungskanals bei.The invention is based on the finding that in the area of curvature of a stream flow channel prevail particularly favorable flow conditions, by a wide thorough mixing of the registered substance with the flowing medium to reach. A particularly favorable distribution of the currents contributes to this velocities across the flow cross-section and turbulence in and after the curvature section of the flow channel at.
Vorzugsweise wird der Stoff im Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit in das strömende Medium eingetragen. Bei der Verwendung gekrümmter Strömungskanäle, wie z. B. gekrümmter Rohrabschnitte, befindet sich dieser Bereich in der Nähe des inneren Krümmungsradius des gekrümmten Strömungskanals. Wird der Stoff in diesem Bereich in das strömende Medium eingetragen, so ergibt sich eine besonders gute Vermischung mit dem Medium.The substance is preferably introduced into the region in the region of the greatest flow velocity flowing medium entered. When using curved flow channels, such as B. curved pipe sections, this area is near the inner radius of curvature of the curved flow channel. Will the substance in this Area entered in the flowing medium, so there is a particularly good Mixing with the medium.
Als zweckmäßig erweist es sich auch, den Stoff senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums einzutragen. Hierzu kann beispielsweise der Stoff seitlich, d. h. senkrecht zu der Ebene, in der die Krümmung verläuft, in den gekrümmten Strömungskanal einge speist werden. Dadurch werden die seitlich eingeleiteten Stoffe vom Hauptstrom mitge rissen und eingemischt.It also proves expedient to place the material perpendicular to the direction of flow of the Enter medium. For this purpose, for example, the fabric on the side, i.e. H. perpendicular to the plane in which the curvature runs into the curved flow channel be fed. As a result, the substances introduced laterally are carried along by the main flow cracked and mixed.
Werden als einzutragende Stoffe Gase oder Flüssigkeiten verwendet, so wird der Druck des einzutragenden Gases oder der Flüssigkeit vorzugsweise so eingestellt, daß er in etwa dem Druck des strömenden Mediums entspricht.If gases or liquids are used as substances to be entered, the Pressure of the gas or liquid to be introduced is preferably set so that it corresponds approximately to the pressure of the flowing medium.
Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung mit einem Strömungskanal und einer daran angebrachten Stoffeintragseinrichtung vorgesehen. A device with a flow channel and provided a substance feed device attached to it.
Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strömungskanal an mindestens einer Stelle gekrümmt ausgebildet und die Stoffeintragseinrichtung im Bereich der Krümmung angeordnet ist.On the device side, the object is achieved in that the flow channel curved at least at one point and the material feed device in Area of curvature is arranged.
Der Strömungskanal ist zweckmäßiger Weise an mindestens einer Stelle als ge krümmter Rohrabschnitt ausgebildet. Außerdem ist die Stoffeintragseinrichtung bevor zugt als Stoffeintragsrohr ausgebildet, das in den Strömungskanal eingeführt ist. Dabei endet das Stoffeintragsrohr vorzugsweise im Bereich der größten Strömungsge schwindigkeit des strömenden Mediums im Strömungskanal. Insbesondere bei ge krümmten Rohrabschnitten befindet sich dieser Bereich in der Nähe des inneren Krümmungsradius des Strömungskanals. Von Vorteil ist es auch, daß der im Strö mungskanal endende Abschnitt des Stoffeintragsrohres senkrecht zum Strömungs kanal ausgerichtet ist.The flow channel is expediently at least at one point as ge curved pipe section formed. In addition, the substance introduction device is before trains designed as a material introduction tube which is inserted into the flow channel. Here the material feed tube preferably ends in the region of the largest flow zone velocity of the flowing medium in the flow channel. Especially with ge curved pipe sections, this area is close to the inner one Radius of curvature of the flow channel. It is also an advantage that the Strö section of the material entry pipe ending perpendicular to the flow channel is aligned.
Mit der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mit denen insbesondere Gase und Flüssigkeiten zuverlässig in Strömungskanäle einge bracht und in dem strömenden Medium dispergiert und mit diesem vermischt werden können. Dabei bietet die Erfindung eine ganze Reihe von Vorteilen:The invention provides a method and a device with which in particular gases and liquids are reliably inserted into flow channels brought and dispersed in the flowing medium and mixed with this can. The invention offers a number of advantages:
Im Gegensatz zu üblichen Vorrichtungen, die bei der Begasung von Lebensmitteln verwendet werden, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Einbauten im Strö mungskanal, wie z. B. Sintermetallkerzen, auf. Die Gefahr einer Verschmutzung und Verstopfung des Strömungskanals wird dadurch erheblich verringert. Außerdem ist die Vorrichtung einfacher zu reinigen. Da im Gegensatz zu herkömmlichen Venturi mischern keine Querschnittsverengung des Strömungskanals vorgesehen ist, können empfindliche Produkte, insbesondere Lebensmittel, schonender behandelt werden. Beispielsweise besteht bei der Begasung von Milch nicht mehr die Gefahr der Fettku gelzerstörung.In contrast to conventional devices used in the fumigation of food are used, the device according to the invention has no internals in the flow mungskanal, such as. B. sintered metal candles. The risk of pollution and Clogging of the flow channel is thereby considerably reduced. Besides, that is Device easier to clean. Because in contrast to conventional Venturi mixers no cross-sectional constriction of the flow channel is provided sensitive products, especially food, are treated more gently. For example, when fumigating milk, there is no longer any risk of fat loss gel destruction.
Da keine Einbauteile im Strömungskanal erforderlich sind, ist die Vorrichtung auch einfach aufzubauen. Außerdem erfordert der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrich tung nur einen geringen Energieaufwand, da im Strömungskanal kein zusätzlicher Strömungswiderstand vorliegt. Durch einen Verzicht auf Einbauten und bewegte Teile wird auch die Betriebssicherheit erhöht. Da die Vorrichtung aus Standardrohren bzw. Standardrohrbögen aufgebaut werden kann, ergeben sich günstige Herstellungskosten. Darüber hinaus sind keine aufwendigen Dreh- oder Sinterteile erforderlich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auch bestehende Rohrleitungen nachträglich erfindungsge mäß umgerüstet werden können. Schließlich wird mit der Erfindung auf technisch einfache und elegante Weise eine besonders effektive Vermischung eines Stoffes insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit einem strömenden Medium erreicht.Since no installation parts are required in the flow channel, the device is also easy to set up. In addition, the operation of the device according to the invention requires only a small amount of energy since there is no additional energy in the flow channel Flow resistance is present. By dispensing with internals and moving parts operational safety is also increased. Since the device consists of standard pipes or Standard pipe bends can be built, there are low manufacturing costs. In addition, no complex turned or sintered parts are required. Another The advantage is that even existing pipelines retrospectively inven tion can be converted accordingly. Finally, with the invention on technically simple and elegant way of particularly effective mixing of a substance in particular a liquid or a gas, with a flowing medium reached.
Selbstverständlich kann die Erfindung dadurch weiter ausgestaltet werden, daß mehrere gekrümmte Strömungskanalabschnitte hintereinander geschaltet sind. Da durch kann die Vermischung zwischen dem einzutragenden Stoff und dem strömenden Medium weiter verbessert werden. Bei der Mischung von Gasen und Flüssigkeiten empfiehlt es sich außerdem einen Phasenabscheider nachzuschalten.Of course, the invention can be further developed in that several curved flow channel sections are connected in series. There through the mixture between the substance to be entered and the flowing Medium can be further improved. When mixing gases and liquids it is also recommended to add a phase separator.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch als Flüssig-Flüssigextractor eingesetzt werden, wobei eine intensive Dispergierung zwischen den beiden Flüssigkeiten statt findet. In diesem Fall ist dem gekrümmten Strömungskanalabschnitt vorteilhafterweise eine Nachlaufstrecke zur Strömungsberuhigung sowie eine Trenneinrichtung zur Auf trennung der beiden Flüssigkeiten nachgeschaltet.The device according to the invention can also be used as a liquid-liquid extractor be, with intensive dispersion taking place between the two liquids finds. In this case, the curved flow channel section is advantageous a wake-up section for calming the flow and a separating device for opening downstream of the separation of the two liquids.
Die Erfindung kann bei allen denkbaren Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen ein Stoff mit einem strömenden Medium vermischt werden soll. Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Begasung von in Rohrleitungen strömendem Trinkwasser oder Abwasser sowie zur Begasung von Lebensmitteln. Beispielhaft sei hier der Kohlendioxideintrag in Kesselmilch bei Käsereien und Molkereien genannt.The invention can be used in all conceivable applications, at where a substance is to be mixed with a flowing medium. Especially the invention is suitable for the gassing of drinking water flowing in pipelines or wastewater and for fumigation of food. Here is an example Carbon dioxide entry in kettle milk at cheese dairies and dairies.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigenIn the following, the invention is to be illustrated on the basis of one shown schematically in the figures Embodiment will be explained in more detail. Show it
Fig. 1 eine Darstellung der Strömungsverhältnisse in gekrümmten Rohrleitungen, Fig. 1 is an illustration of the flow conditions in curved conduits,
Fig. 2 ein gekrümmtes Strömungsrohr mit angebrachtem Stoffeintragsrohr. Fig. 2 is a curved flow tube with attached material entry tube.
In Fig. 1 ist ein gekrümmter Rohrabschnitt 1 mit einem Rohrinnendurchmesser D gezeigt. Der Rohrabschnitt 1 weist im Krümmungsbereich einen äußeren Krümmungs radius ra und einen inneren Krümmungsradius ri auf. Mit Rm ist der mittlere Krüm mungsradius bezeichnet. An der Schnittstelle A-A sind mit Pfeilen die Strömungsge schwindigkeiten dargestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit ist in der Nähe des inneren Krümmungsradius ri am größten und nimmt zum äußeren Krümmungsradius ra hin ab. In der Nähe des äußeren Krümmungsradius ra ist die Strömung sogar entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung gerichtet. In diesem Bereich entstehen Turbulenzen 2 an der Rohrwand. Darüber hinaus entstehen größere Turbulenzen 3 in Strömungsrichtung gesehen am Ende des Krümmungsbereichs an der inneren Rohrwand.In Fig. 1, a curved tube section 1 is shown with an inner tube diameter D. The pipe section 1 has an outer radius of curvature r a and an inner radius of curvature r i in the region of curvature. The mean curvature radius is denoted by R m . At the interface AA, the flow rates are shown with arrows. The flow velocity is greatest in the vicinity of the inner radius of curvature r i and decreases towards the outer radius of curvature r a . In the vicinity of the outer radius of curvature r a , the flow is even directed opposite to the main flow direction. In this area, turbulence 2 occurs on the pipe wall. In addition, larger turbulences 3 arise in the flow direction at the end of the curvature area on the inner tube wall.
Der Schnitt A-A zeigt die Strömungsverteilung im Querschnitt. Es ergeben sich zwei Kreisströmungen 4 die im Zentrum des Rohres aneinander grenzen. In diesem Bereich ist die Strömung von der Rohrinnenwand zur Rohraußenwand gerichtet.Section AA shows the flow distribution in cross section. There are two circular flows 4 which adjoin one another in the center of the tube. In this area the flow is directed from the inner pipe wall to the outer pipe wall.
Die Erfindung nutzt diese Strömungsverhältnisse in gekrümmten Strömungskanälen gezielt für eine effektive Einmischung eines Stoffes in ein strömendes Medium aus. Der einzutragende Stoff, insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gas, wird im Krümmungs bereich des Rohrabschnitts 1 in das strömende Medium eingebracht. Vorzugsweise wird der Stoff im Bereich des Schnittes A-A in der Nähe des inneren Krümmungsradius ri, insbesondere an der Stelle mit der größten Strömungsgeschwindigkeit, senkrecht zu der Ebene, in der die Krümmung verläuft, d. h. in der dargestellten Zeichnung senkrecht zur Blattebene, in das strömende Medium eingespeist. Aufgrund der an der Einspeise stelle herrschenden Strömungsverhältnisse ist eine besonders effektive Vermischung des Stoffs mit dem strömenden Medium gewährleistet.The invention uses these flow conditions in curved flow channels in a targeted manner for an effective mixing of a substance into a flowing medium. The substance to be entered, in particular a liquid or a gas, is introduced into the flowing medium in the region of curvature of the pipe section 1 . The material is preferably in the area of the section AA in the vicinity of the inner radius of curvature r i , in particular at the point with the greatest flow velocity, perpendicular to the plane in which the curvature runs, ie perpendicular to the plane of the sheet in the drawing shown, into the flowing Medium fed. Due to the prevailing flow conditions at the feed point, a particularly effective mixing of the substance with the flowing medium is guaranteed.
In Fig. 2 ist ein gekrümmter Rohrabschnitt mit angebrachtem Stoffeintragsrohr aus zwei zueinander senkrechten Perspektiven gezeigt. Das Stoffeintragsrohr 5 ist an der Stelle am gekrümmten Rohrabschnitt 1, indem das Medium strömt, angebracht, an der gemäß Fig. 1 die günstigsten Strömungsverhältnisse für eine möglichst effektive Einmischung des Stoffes in das strömende Medium herrschen. Demnach ist das Stoff eintragsrohr senkrecht zu der Ebene, in der die Krümmung des gekrümmten Strö mungsrohres 1 verläuft, in das Rohr eingeführt. Das Stoffeintragsrohr 5 endet in der Nähe des inneren Krümmungsradius des Strömungsrohres 1 im mittleren Krümmungs abschnitt. FIG. 2 shows a curved tube section with attached material insertion tube from two mutually perpendicular perspectives. The substance introduction pipe 5 is attached at the point on the curved pipe section 1 in which the medium flows, at which, according to FIG. 1, the most favorable flow conditions prevail for the most effective mixing of the substance into the flowing medium. Accordingly, the material entry tube is inserted perpendicular to the plane in which the curvature of the curved flow tube 1 is inserted into the tube. The stock tube 5 ends near the inner radius of curvature of the flow tube 1 in the middle section of curvature.
Die gezeigte Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Eintragen einer Flüssigkeit oder eines Gases in eine strömende Flüssigkeit. Beispielsweise kann die Vorrichtung mit Vorteil zur Begasung von Wasser- oder Abwasserströmen sowie zur Begasung flüssiger Lebensmittel eingesetzt werden.The device shown is particularly suitable for the introduction of a liquid or of a gas into a flowing liquid. For example, the device can Advantage for fumigation of water or wastewater flows as well as for fumigation liquid foods are used.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LINDE GAS AG, 82049 HOELLRIEGELSKREUTH, DE |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |