DE2525229A1 - Hubstrahlmischer - Google Patents

Description

• o. Prof. Dr.-Ing. Heinz Brauer Dr.-Ing. Heine @@@@@ 1 Berlin 37 1 Berlin 21 Jänickestr. 55 Levetzowstr. 10 Hubstrahlmischer Die Erfinung bezieht sich auf einen ein- oder mehrstufigen Hubstrahlmischer, in dem mehrere Phasen durch eine vornehmlich axiale Bewegung geeigneter Elemente vermischt werden, wobei zur Verstärkung des Mischvorganges eine intermittierende Richtungsänderung der bewegten Elemente herbeigeführt wlrd.
• Die vornehmlich axial bewegten Elemente sind so gestaltet, daß sie eine dem jeweiligen Mischprozeß angepaßte Zahl von Strahlen erzeugen. Die Vermischung der beteiligten Phasen erfolgt sowohl innerhalb der Strahlen selbst als auch durch die Wechselwirkung zwischen den Strahlen und ihrer Umgebung.
• In dem Hubstrahlmischer können Phasen in nahezu beliebiger Kombination vermischt werden. Solche Phasenkombinationen sind beispielsweise: zwei oder auch mehrere Flüssigkeiten; Flüssigkeiten und Gase, wobei die Flüssigkeiten als kontinuierliche und die Gase als diskontinuierliche Phasen auftreten; Flüssigkeiten und partikelförmige Feststoffe; Flüssigkeiten und Blasen sowie Feststoffpartikeln.
• Der Hubstrahlmischer kann absatzweise betrieben werden als auch so, daß entweder jede oder eine ausgewählte Phase den Apparat kontinuierlich durchströmt.
• Bekannt sind statische und dynamische Mischer. Im statischen Mischer treten keine beweglichen Elemente auf. Hiervon unterscheidet sich der Hubstrahlmischer durch seine beweglichen Strahlerzeugungselemente. Der statische Mischer kann nur bei kontinuierlichem Durchfluß der beteiligten Phasen betrieben werden. Der Hubstrahlmischer kann sowohl bei kontinuierlichem Durchfluß als auch absatzweise betrieben werden. Der statische Mischer kann praktisch nur zum Mischen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Eigenschaften verwendet werden. Der Hubstrahlmischer kann Phasen in nahezu beliebiger Kombination vermischen.
• In dynamischen Mischern treten fast ausschließlich rotierende Mischelemente auf, so daß man von Rotationsmischern sprechen kann. Dagegen ist die Bewegung der Mischelemente im Hubstrahlmischer axial. Durch die rotierende Bewegung der .tisc;-elemente im Rotationsmischer wird den fluiden Phasen eine Tangentialbewegung aufgezwungen, der sc auf Grund wirksamer Zentrifugalkräfte eine Sekundärbewegung überlagert, die ausradialen und axialen Bewegungskomponenten besteht. ür den Mischvorgang ist allein die Sekundärbewegung von Interesse.
• Die Primärbewegung, d.h. die Tangentialbewegung, ist für den Mischvorgang vollkommen bedeutungslos. Da die Tangentialgeschwindigkeit sehr viel größer ist als die Radial- und Axialbewegung, ist die in der Tangentialbewegung enthaltene Energie auch sehr viel größer als die Energie in der Sekundärbewegung. Allein die Energie der Sekundärbewegung dient de Mischvorgang, während die Energie der Primärbewegung lediglich zur Aufheizung des Systems beiträgt. Aus diesem Grunde ist es also sinnvoll, einen Mischer zu verwenden, bei dem auf Rotationsbewegungen verzichtet wird, wie es beim Hubstrahlmischer der Fall ist. Der Hubstrahlmischer benötigt daher erheblich weniger Energie als der Rotationsmischer.
• In herkömmlichen dynamischen Mischern mit rotierenden Elementen treten nur Kreislaufströmungen auf, die zwangsläufig mit Strömungstoträumen und bewegungsarmen Kernzonen verbunden sind. Im Hubstrahlmischer treten vornehmlich axiale Bewegungen auf, so daß Strömungstoträume und bewegungsarme Kernzonen vermieden werden. Die Durchmischung im Hubstrahlmischer erfolgt daher in wesentlich kürzerer Zeit als im Rotationsmischer.
• Der Betrieb von herkömmlichen Rotationsmischern erfolgt fcst ausschließlich absatzweise. Ein kontinuierlicher Durchfluß der Phasen ist auf Grund der aufgezwungenen Kreislaufströmungen nur mit erheblichen Nachteilen zu erreichen. Beim Hubstrahimischer ist der kontinuierliche Durchfluß die konsequente Fortsetzung der aufgezwungenen Linearbewegung der Phasen.
• Einen gemäß der DrSindang gestalteten Hubstrahlmischer zeigen die folgenden Bilder. In Fix. 1 1 ist ein Ausschnitt aus --L^^ Hubstrahlmischer schematisch dargestellt. Der Hubstrahlmischor besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Nischgefß), in dem sich eine Hubstange(2)mit darauf befestigten Mischelementen (3) befindet. Die Hubstange führt eine periodische Hubbewegung aus. Zwei benachbarte Mischelemente bilden eine Stufe des Hubstrahlmischers. Die Länge des Hubweges ist von der Größenordnung des Abstandes zwischen zwei benachbarten Mischelementen, d.h. der Höhe einer Mischstufe.
• Die Mischelemente sind so gestaltet, daß durch ihre translatorische Bewegung Flüssigkeitsstrahlen gebildet werden, die in die benachbarte Stufe eindringen und sich mit der dort befindlichen Flüssigkeit vermischen. Die dabei auftretende Fluidbewegung ist in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt.
• Es wurde angenommen, daß die für die Strahlbildung vorgesehenen Öffnungen (5) in den Mischelementen(3)fluchtend angeordnet sind. Die Fig. 2 und 3 zeigen die Strahlbewegung bei entgegengesetzt gerichteter Hubbewegung (4) der Mischelemente. Als Beispiel für die Strahlbewegung bei versetzt angeordneten Löchern in den Mischelementen(3Jdient Fig. 4.
• In den Mischelementen können verschiedenartige Vorrichtungen zur Erzeugung von Fluidstrahlen vorgesehen werden. Ihre Form, ihre Zahl und ihre Anordnung im Element kann in weiten Grenzen geändert und den praktischen Erfordernissen angepaßt werden.
• Durch Einbau von periodisch arbeitenden Verschluß- und Öffnungsventilen in das zylindrische Mischgefäß, in Zu- oder Ablaufleitungen, oder in die Mischelemente kann eine Verstärkung der Mischwirkung des Hubstrahlmischers erzielt werden und der Hubstrahlmischer gleichzeitig als Pumpe wirken.
• Damit kann ein kontinuierlicher Durchfluß durch den Apparat gewährleistet werden.
• Ein Beispiel für ein Mischelement mit periodisch arbeitenden Verschluß- und Öffnungsventilen zeigt Fig. 5* Die in dem Mischelement (3) für die Strahlbildung vorgesehenen Öffnungen (5) werden durch die Ventile (6) periodisch geöffnet und verschlossen. Die Ventile können dabei so angeordnet sein, daß bei einer Bewegungsrichtung eine Ventilgruppe geöffnet und eine andere verschlossen wird. Durch die Wahl der Anzahl sowie die Anordnung der jeweils geöffneten bzw.
• verschlossenen Ventile zueinander läßt sich sowohl die Mischwirkung als auch die Pumpwirkung des Hubstrahlmischers in weiten Grenzen verändern und den praktischen Erfordernissen anpassen.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Hubstrahlmischer zur Durchführung von Mischvorgängen sowie von Wärme- und Stofftransportprozessen ohne und mit chemischen Reaktionen, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Mischgefäß(1l in dem sich ein axial beweglicher Stab(2) befindet, an dem in bestimmten Abständen Mischelemente(,) befestigt sind.

2. tIubstrahlmischer nach Anspruch 1, dadurch zekennzeichnet, daß zur Führung des Stabes(2)mit den Mischelementen(3>im Mischgefäß Führungselemente vorgesehen werden können, die unmittelbar am Stab oder auch an den Mischelementen befestigt sind.

3. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente(3)den Mischraum in Stufen unterteilen.

4. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rlrchmesser der Mischelemente(3)vorzugsweise nur wenig kleiner ist als der Durchmesser des Mischgefäßes (1

5. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab 2 mit den daran befestigten Mischelementen(5)eine periodische Hubbewegung ausführt.

6. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn-- zeichnet, daß der Hubweg vorzugsweise gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Mischelementen(3)ist.

7. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Takte, aus denen ein Hub besteht, zeitlich unterschiedlich lang sind.

8. Hubstrahlmischer-nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente durch ihre translatorische Bewegung Strahlen erzeugen, die in die benachbarten Stufen eindringen und sich mit dem dort befindlichen Fluid vermischen.

9. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Strahlen durch die periodische Hubbewegung der Mischelemente periodisch geändert wird.

10. Die Mischelemente mit den Strahlerzeugungsöffnungen können jede geometrische Form haben, die zur Erzeugung von Strahlen geeignet ist.

11. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einbau von Ventilen im Mischgefäß(1) oder in Mischelementen(3)oder in Zu- und Ablaufleitungen eine Verbesserung Qer Mischwirkung und eine Pumpwirkung auf Grund der Hubbewegung erzielt wird.