-
EJEKTORMISCHAPPARAT Die Erfindung betrifft Ejektormischapparate,
die zum Tischen und darauffolgenden Unter-Drucksetzen oder Fördern von gasförmigen
und/oder flüssigen Bestandteilen angewandt werden.
-
Der erfindungsgemäße Ejektormischapparat kann z.B. in folgenden Fällen
benutzt werden: erzeugung eines Methan-Sauerstoffgemisches unter Demperaturen von
800 bis 9000C bei der Azetylenproduktion, Vorbereitung und Zuführung des Gasgemisches
zu Gasgeneratoren und Konvertern, Einsatz als Hochleistungs-Dampfstrahlsauger oder
Strahiverdichter bei mehreren anderen technologischen Prozessen.
-
Es ist ein Ejektormischapparat bekannt, der zwei koaxial angeordnete
Ringdüsen enthält, die mit einer in einen Diffusor übergehendt-ringförmigen Mischkammer
in Verbindung stehen.
-
siehe z.B. USA-Patent Nr. 2-, 952, 401).
-
Die zwei Komponenten werden dem Ejektormischapparat getrenn durch
beide Ringdüsen zugeführt, wodurch am Ausgang sich die Ringströme der Komponenten
gegenseitig und ein jeder der Ringstr me mit der Mischkammerwand berühren. Aus der
Mischkammer wird das erzeugte Gemisch durch einen Diffusor dem Verbaucher zugelei
tet. Der Diffusor wird zur Erhöhung des statischen Druckes des erzeugten Gemisches
durch Senkung der Geschwindigkeit der Genischhewegung sowie zur Verteilung des Gemisches
auf der großen Oberfläche des Verbrauchers benutzt.
-
Der Ejektormischapparat mit den Ringdü"sen Kann in der Praxis fur
eine beliebige erforderliche leistung ausgeführt werden, jedoch weist dieser Mischapparat
im Zusammenhang mit der kleinen Berührungsfläche der Mischkomponentenphasen und
der großen hydraulischen Druckverluste in der Mischkammer und im Diffusor einen
niedrigen Wirkungsgrad auf.
-
Die bekannten ringförmigen Ejektormischapparate können außerdem nicht
zum Mischen von besonders reaktiven Komponenten mit einem Oxydationsmittelgehalt
benutzt werden, da beide Komponenten sich mit den Mischkammerwänden berühren, die
bei Hochtemperaturen als Katalysatoren für Entzündungs-oder Explosionsreaktionen
dienen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ejektormischapparat
für Gase und/oder Flüssigkeiten zu entwickeln, bei dem die Verhältnisse zum Mischen
von besonders reaktiven Komponenten unter Hochtemperaturen gewährleistet sind, und
der auBerdem einen höheren Wirkungsgrad als der bekannte Ejektormischapparat mit
Ringdüsen aufweist.
-
Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daB im Ejektormischapparat fur
Gase und (oder) Flüssigkeiten, der koaxial angeordneten Ringdüsen enthalt, die mit
der in einen Diffusor übergehenden Ringmischkemmer in Verbindung stehen, erfindungsgemäß
drei erwähnte Ringdüsen und Vorrichtungen zur Zufuhrung der einen Mischkomponente
in die mittlere Ringdlls der anderen IIischkomponente aber in die innere bzw; Ringdüse
vorhanden sind, wodurch an Eingang in die Ringmischkammer der ringförmige Strom
der ersten Komponente von zwei ringförmigen Strömen der anderen Komponente umfaBt
wird.
-
Eine solche Bauart ermöglicht es, die Berübrungsfläche der Komponentenphasen
am Eingang in die Mischkammer -us mehr als das Doppelte zu vergröBern und z.B. die
besonders reaktive Komponente (das Oxydationsmittel) von den Kammerwänden zu isolieren,
indem diese liomponente durch die mittlere Ringdüse geleitet wird.
-
Es ist zweckmäBig, zur Verkürzung der Mischdauer und Verkleinerung
der Mischkammerlänge in den Innenwänden der mittleren Ringdüse im kritischen Querschnitt
toroidale Holen-Resonatoren- auszuführen, die beim Durchlauf des Stromes in diesen
akustische Schwingungen (Hochfrequenzpulsierungen) erzeugen.
-
Die pulsierende Zuführung der einen der Komponenten in die Mischkammer
vergroBert stark den Turbulenzgrad, wodurch der Wirkungsgrad des Ejektormischapparates
erheblich erhöht wird.
-
Dabei wird die L'ange der Mischkammer so verringert, daß in der Praxis
die eigentliche Mischkammer entfällt und mit dem Diffusor zusammen ein einziges
Glied darstellt.
-
Um ein gleichmäßiges Verteilen und Zuführen der anderen Komponente
durch die innere und mittlere Düse zu gewährleisten sowie zur zusätzlichen Verwirbelung
ist es wünschenswert, die innere und mittlere Ringdüse mit Leitschaufeln zur Rückdrehung
der aus den Düsen austretenden Ströme zu versehen.
-
Bei einem groBen Expansionsgrad des Diffusors ist es zweckmäßig,
am Diffusorausgang ein Verteilungsgitter anzuordnen, des aus vielen konzentrisch
liegenden Ringen gefertigt
wird, wodurch ein gleichmäßiges Feld
der Gemischgeschwindigkeiten am Ausgang des Ejektormischapparates erhalten werden
kann.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen
Ejektormischapparates; Fig. 2 den Längsschnitt in vergrößertem Maßstab einer abgewandelten
Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen mittleren Düse mit toroidalen Hohlranm-Resonatoren;
Fig. 3 den Schnitt III-III der Fig. 1; Fig. 4 den Schnitt IV-IV der Fig. 1; und
Fig. 5 den Schnitt V - V der Fig. 1.
-
Der Ejektormischapparat flir Gase und/oder Flüssigkeiten enthält
ein Gehäuse 1 (Fig. 1), auf dem ein Rohrrost 2 mit am letzteren befestigten Verteilungsrohren
3 sitzt, die ringartig um den Profilkörper 4 angeordnet sind. Aus der Zeichnung
ist ersichtlich, daß die unteren Enden der Verteilungsrohre 3 durch einen ringförmigen
Rost 5 verbunden sind, in den zwei Formringe 6 und 7, die die mittlere Ringdüse
8 des Ejektormischapparates bilden, eingebaut sind.
-
In einer abgewandelten Ausführungsform können die inneren Wände der
mittleren Ringdüse 8 im schmalsten (kritischen) Querschnitt mit toroidalen Hohlraum-Resonatoren
9 (Fig.2) versehen werden.
-
Die Innenwände des Gehäuses 1 (Fig.1), die seitlichen Oberflächen
des Profilkörpers 4 und die äuBeren Oberflächen der Formringe 6, 7 bilden die restlichen
Glieder des Ejektormischapparates, d.h. die innere Ringdüse 10, die äuBere Ringdüse
11 und die ringförmige Mischkammer 12, die in den ringförmigen Diffusor 13 übergeht.
-
Die innere und äuBere Ringdüsen 10 bzw, 11 sindim Oberteil mit Leitschaufeln
14 versehen, die die Rückdrehung der aus den Düsen austretenden Ströme gewährleisten.
-
In Fig.3 ist durch Pfeile die durch die Schaufeln 14 verursachte
Drehrichtung der Ströme angegeben.
-
In Fig.4 ist die koaxiale Anordnung der Ringdüsen dargestellt (mittlere@
8, innere 10 und äußere Düse 11), wodurch der ringförmige Strom der aus der mittleren
Ringdüse 8 austrete den Komponente von zwei ringförmigen Strömen, der anderen Komponente,
die aus der inneren Ringdüse 10 und äuBeren Ringdüse 11 austreten, umfaßt wird.
-
Der Ejektormischapparat (Fig.1) ist mit einer Vorrichtung zur Zuführung
der ersten Komponente in die mittlere Ringdüse 8 durch einen kegelförmigen Stutzen
15, Verteilungsrohre 3 und ringförmigen Rost 5 sowie mit einer Vorrichtung zur Zuführung
der anderen Komponente in die Ringiuse 11 durch den Stutzen 16 und den Zwischenrohrraum
versehen.
-
Am Ausgang des ringförmigen Diffusors 13 ist ein Verteilungsgitter,
bestehend aus vielen konzentrischen Ringen 17 angeordnet
Die Ringe
sind im Inneren eines zylindrischen Mantelschusses 18 durch Stege 19 (Fig.5) befestigt
Der Betrieb des erfindungsgemäBen Ejektormischapparates verläuft in folgender Weise.
-
Ein Hochdruckstrom der ersten Mischkomponente wird durch den Stutzen
15, die Verteilungsrohre 3 und die mittlere Ringdüse als ringförmiger Strom in die
ringförmige Mischkammer 12 zugeführt.
-
Derselben Mischkammer 12 werden durch den Stutzen 16, den Zwischenrohrenraum
zu nrohrenraum und die Schaufeln 14, durch die innere und äuBere Ringdüse 10 bzw.
12 die ringförmigen rotierenden Niederdruckströme der anderen Mischkomponente zugeführt,
die den ringförmigen Strom der ersten Komponente umfassen.
-
Wenn eine mittlere Ringdüse 8 mit torotdalen Höhlen-Resonatoren 9
(Fig.2) vorgesehen wird, erzeugt der Hochdruckstrom, indem er gegen die scharfe
Kante des einen der Resonatoren 9 schlägt, im letzteren akustische Schwingungen,
die durch den zweiten Resonator 9, der mit dem ersten in Gegenphase funktioniert,
verstarkt und auf die Mischkammer 12 (Fig.1) und den Diffusor 13 ausgebreitet werden.
-
In der Mischkammer 12 und in Diffusor 13 erfolgt ein Ausgleich der
Geschwindigkeitsfelder und der Mischkomponentenkonzentrationen.
-
Eine gleichmäBige Verteilung des erzeugten Zweikomponentengemisches
auf die groBe. Oberflache des Verbrauchers mit der Gewährleistung eines gleichartigen
Geschwindigkeitsfeldes
des Stromes erfolgt durch den Diffusor 13
und die konzentrischen Ringe 17 des Verteilungsgitters.
-
Der erfindungsgomäBe Ejektormischapparat, bei dem der Strom der einen
Komponente em Eingang in die Mischkammer 12 durch zwei Strom der anderen Komponente
isoliert ist, wobei eine Mischung der beiden Komponenten in kurzer Frist ge#ährleistet
ist, kann erfolgreich z.B. zur Erzeugung eines Methan-Sauerstoffgemisches unter
Temperaturen von 800...900°C im Verlauf der Azetylenproduktion mit unvollständiger
Verbrennung des Methans im Sauerstoff benutzt werden.
-
Dazu wird der Sauerstoff dem erfindungsgemäß ausgefu'brten Ejektormischapparat
durch die mittlere Ringdüse 8, und das ethan durch die innere Ringdüse 10 und die
äußere Ringdüse 11 zugeleitet.
-
Die Isolation des ringförmigen Sauerstoffstromes durch zwei Methanströme
am Eingang in die ringförmige Mischkammer 12 unter Gewährleistung einer groBen Berührungsfläche
der Komponenten ermöglicht es, eine Mischung bei Temperaturen von 800...900°C vJRhrend
einer Zeitfrist auszuführen, die erheblich kurzer als die Dauer einer induktiven
Selbstentzündung des Methan-Sauerstoffgemisches ist.
-
Dadurch erhöht sich die Konzentration des Endproduktes (des Azetylens)
in den Pyrolysegasen bis zu 10 Volumenprozenten anstatt 8... 8.5 Volumenprozente,
die unter Erhitzungstemperaturen von 600... 6500C der Gemischkomponenten in Reaktionsapparaten
zur unvollständigen Methanverbrennung bei Benutzung der bekannten Lli scheinri chtungen
erreicht werden.
-
Gleichzeitig mit der Erhöhung der Azetylenkonzentration ermöglicht
es die Anwendung des erfindungsgemäBen Injektormischapparates, einen Reaktor mit
großer Einzelleistung zu entwickeln und eben somit die Selbstkosten des Azetylens
zu senken, das bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenstoffen in Sauerstoff erzeugt
wird.