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VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM SCHWERKRAFTMISCHEN
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VON PULVERFÖRMIGEM BIS KÖRNIGEM GUT Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Schwerkraftmischen von pulverförmigem bis körnigem, nicht
zur Entmischung neigendem Gut, bei dem aus einem Mischbehälter aus verschiedenen
Höhen Teilmengen abgezogen, die Teilmengen vereinigt und als Umlaufgut oben gleichmäßig
am Umfang verteilt auf das Mischgut im Mischbehälter wieder aufgegeben werden. Unter
nicht entmischendem Gut ist beispielsweise Kunststoffgranulat zu verstehen.
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Für das Mischen und Vergleichmäßigen von Produkteigenschaften von
pulverförmigem bis körnigem Gut hat sich das Schwerkraftmischen sehr bewährt und
eingeführt.
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Bei einem bekannten Schwerkraftmischer führen die in verschiedenen
Höhen an einen aufrecht stehenden Mischbehälter angesetzten Gutführungskanäle zusammen
mit dem Gutauslauf in einem Sammelbehälter,
in dem die abgezogenen
Teilmengen vereinigt werden, und werden aus diesem mit Hilfe einer Zellenradschleuse
in einen außerhalb des Mischbehälters verlaufenden, in den Oberteil des Mischbehälters
mündenden pneumatischen Förderer eingespeist. Zu Beginn jedes Mischvorgangs wird
der Behälter mit Mischgut gefüllt, das Mischen erfolgt dann eine gewisse Zeit lang.
Nach Erreichen der gewünschten Mischgüte wird der Behälter entleert. Bei einem anderen
bekannten Mischer, der im Prinzip ähnlich arbeitet, werden die in verschiedenen
Höhen am aufrecht stehenden zylindrischen Behälter ansitzenden Gutführungskanäle
gruppenweise zur Vereinigung der abgezogenen Teilmengen zusammengeführt. Die vereinigten
Teilmengen werden über Zellenradschleusen ebenso wie das aus dem Gutauslauf des
Mischbehälters abgezogene Gut in die Förderleitung eines ebenfalls außerhalb des
Behälters vorgesehenen Förderrohres eines pneumatischen Rückförderers, der in das
Oberteil des Mischbehälters mündet, eingespeist. Auch mit diesem Mischer kann in
der Weise gemischt werden, daß nach Füllen des Mischbehälters eine Zeitlang im Umlauf
gemischt und das Mischgut abgezogen wird.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung der angesprochenen Art sind
die Einlauföffnungen für die Fallrohre in verschiedenen Höhen des Silos angeordnet,
um eine gestaffelte Entnahme des Mischgutes zu erhalten. Unterhalb von Ventilen,
die jeweils in ein Fallrohr geschaltet sind, münden die Fallrohre in nicht gleicher
Höhe in ein gemeinsames Fallrohr, das zu einem Sammelbehälter führt. Die Ventile
dienen dazu, den Materialfluß durch die einzelnen Rohre in etwa gleich zu machen.
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Bei den bekannten Schwerkraftmischern werden also zumeist eine Vielzahl
von Gutabzugskanälen, verteilt auf verschiedene Höhen des gesamten Mischbehälters,
erforderlich, und es werden über
diese Abzugskanäle so viele Gutumläufe
gefahren, bis die angestrebte Mischgüt erreicht ist. Der apparative Aufwand bei
diesen bekannten Schwerkraftmischern ist aufgrund einer erforderlichen Vielzahl
von Abzugskanälen erheblich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schwerkraftmischverfahren und eine
Vorrichtung zur Durchführung desselben zu schaffen, bei dem mit geringerem apparativen
Aufwand und kürzerer Mischzeit eine Mischgüte erzielt wird, die den Ansprüchen der
bekannten Schwerkraftmischer entspricht und diese auf einfachere Art erreicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schwerkraftmischverfahren vorgeschlagen,
das sich dadurch auszeichnet, daß in einem ersten Durchlauf im freien Fluß die gesamte
Umwälzmenge durch einen einzigen zentralen Mischbehälterauslauf austritt und während
der folgenden Durchläufe die gesamte Umwälzmenge im freien Fluß in gleichen Teilmengen
durch eine Mehrzahl von Abzugsrohren und-den zentralen Auslauf austritt, wobei die
Durchtrittsquerschnitte aller Auslauföffnungen gleich sind.
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Pulverförmiges bis körniges Gut, beispielsweise Kunststoffgranulat,
das aus den Produktionsmaschinen ankommt, weist erfahrungsgemäß periodische Zusammensetzungsschwankungen
auf, die sich beim Aufgeben in einen Mischbehälter in schichtenähnlichen Strukturen
unterschiedlicher Zusammensetzung darstellen. Ist die Dicke einer derartigen Schicht
groß, dann ist es erforderlich, die Anstrengungen zur Vergleichmäßigung der einzelnen
Schichten zu einem homogenen Produkt zu intensivieren. Es müssen zu diesem Zweck
zur Erfassung einer Vielzahl verschiedener Produktschichten aus verschiedenen Höhen
des
Behälters Teilmengen abgezogen und miteinander vermischt werden.
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R. Kvapil ("Schüttgutbewegungen in Bunkern", VEB Verlag Technik, Berlin,
1959) beschreibt z. B. ausführlich die Theorie der Schüttgutbewegung bei Lagerung
in unbegrenzter Höhe. Anhand eines Modells wird der Vertikalschnitt durch das in
einem hohen Behälter mit zentralem Auslauf befindliche Schüttgut gezeigt. Dieser
Vertikalschnitt stellt einen Körper dar, der als ein gestrecktes Rotationsellipsoid
bezeichnet werden kann.
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Es werden die sog. Primär- und Sekundärbewegungen des Ellipsoids erklärt.
Bei einem verhältnismäßig hohen und schlanken Behälter ergibt sich aus dieser Theorie,
daß sich beim Uffnen des zentralen Auslaufs ein Bewegungsfluß einstellt, bei dem
es keinerlei bewegungslose Zonen gibt. In der Mitte zeigt sich jedoch eine gegenüber
den Wandzonen stark erhöhte Geschwindigkeit, die einen sog. schlotähnlichen Effekt
verursacht. Dieser Effekt kann durch geeignete Bunkerdimensionierung, z. B. Winkel
des Konus, Verhältnis Hzyl/Ds d/D usw. verstärkt werden. Der Gutflub bewirkt einen
Verschnitt entlang der Zone erhöhter - geringerer Geschwindigkeit, so daß sich ein
schlotähnlicher Fließkanal zum zentralen Auslauf hin bildet.
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Beim erfindungsgemäßen Schwerkraftmischverfahren hat sich nun überraschenderweise
aufgrund einer Vielzahl von Versuchen gezeigt, daß bereits beim ersten Durchlauf,
bei dem das Gut ausschließlich durch den zentralen Behälterauslauf abgezogen wurde,
ein derart guter Verschnitt erzielt werden konnte, der bei den bekannten Schwerkraftmischern
nur durch Benutzung einer Vielzahl von Auslaufrohren in verschiedenen Höhen des
gesamten Behälters in einem Durchlauf erreicht wird.
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Das zunächst in Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung im Behälter
lagernde Gut wurde also durch diesen ersten Durchlauf bereits so weitgehend gemischt,
daß bei den folgenden Durchläufen lediglich eine Feinmischung vorgenommen werden
mußte,
bei der die umzuwälzende Gutmenge dann in gleichen Teilmengen
durch eine Mehrzahl, aber gegenüber den bekannten Mischern geringer Zahl von Abzugsrohren
sowie den zentralen Behälterauslauf ausfließt. Dabei waren die Durchtrittsquerschnitte
der Abzugsrohre und des zentralen Behälterauslaufs gleich bemessen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei dem erfindungsgemäßen
Mischverfahren im zweiten und in den darauffolgenden Durchläufen Umwälzmengen aus
dem Bereich des Mischbehälterkonus abgezogen werden. Durch diese Maßnahme wird die
sog. aktive Mischzone auf einen relativ kleinen Bereich, nämlich den Behälterkonus,
beschränkt. Diese Beschränkung ist zur Erzielung einer optimalen Mischgüte unbedingt
ausreichend, wenn zuvor beim ersten Durchlauf in beschriebener Weise verfahren wurde.
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Es hat sich gezeigt, daß beim Feinmischen (d.h. bei den späteren Umläufen)
mit einer geringeren Rohrzahl gleiche Ergebnisse unter gleichen Bedingungen wie
beim bekannten Mischen mit einer Vielzahl von Abzugsrohren zu erzielen ist.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Schwerkraftmischverfahrens ermöglicht
es, durch Kombination von zwei unterschiedlichen Misch-Durchlaufmethoden in einem
einzigen relativ einfach gestalteten Mischbehälter eine Mischgüte zu erreichen,
die sonst nur mit den bekannten Schwerkraftmischverfahren unter ständiger Verwendung
von sehr vielen, über die gesamte Höhe des Mischbehälters verteilten Abzugsrohren,
d.h. mit erheblich größerem apparativen Aufwand erzielt wird. Gegebenenfalls ist
darüber hinaus eine Verbesserung der Mischgüte zu erreichen.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schwer kraftmischverfahrens,
bestehend aus einem Mischbehälter mit einer
Bodenneigung, die zur
Entleerung ohne Zwangsmittel ausreicht, ferner mehreren Auslauföffnungen in verschiedenen
Höhen, einem Sammelgefäß sowie einer zum Mischbehälter-Oberteil führenden Gutrückführleitung,
zeichnet sich dadurch aus, daß der Mischbehälter einen Einlaufverteiler zur gleichmäßigen
Gutverteilung auf den Umfang besitzt, einen zentralen Auslauf sowie eine Mehrzahl
von Abzugsrohren im Bereich des Mischbehälterkonus aufweist und daß der zentrale
Auslauf im Uffnungsquerschnitt veränderbar ist.
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Der Einlaufverteiler ist zweckmäßigerweise ein unterhalb des Mischbehältereinlaufs
stationär angeordneter Prall kegel, der eine Verteilung des auftreffenden Guts zum
Rand des Mischbehälters hin bewerkstelligen soll. Durch den Einlaufverteiler wird
außerdem verhindert, daß das in den Mischbehälter einfließende Gut direkt in den
beim ersten Durchlauf entstehenden schlotähnlichen mittigen Fließkanal gelangt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Mischbehälter einen
einzigen zentralen Auslauf, dessen Uffnungsquerschnitt veränderbar ist. Beim jeweils
ersten Durchlauf des Guts ist der zentrale Auslauf gänzlich geöffnet, gleichzeitig
sind die äußeren Abzugsrohre geschlossen, während bei den folgenden Umläufen der
Uffnungsquerschnitt des zentralen Auslaufs gedrosselt wird.
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Die Anzahl der Abzugsrohre kann auf ein Minimum beschränkt bleiben.
Diese sind im Bereich des Mischbehälterkonus angeordnet, wobei es nicht unbedingt
notwendig ist, daß die Abzugsrohre in den Konus hineinreichen.
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Die Erfindung ist anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
der Mischvorrichtung zusammen mit dem erfindungsgemäßen Mischverfahren näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine grafische Darstellung des Einflusses der Mischerbauform
auf das Mischergebnis, Fig. 2 eine grafische Darstellung von gemessenen Mischergebnissen
verschiedener Mischerbauformen und Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Schwerkraftmischer.
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In Fig. 1 ist der Einfluß der Mischerbauform auf das Mischergebnis
dargestellt. Für die Mischversuche wurde farbiges Kunststoffgranulat gewählt. Bei
dem speziellen Fall gemäß Fig. 1 ist das Granulat A + B in jeweils fünf Schichten
abwechselnd eingefüllt worden, so daß sich im Behälter ein schichtenförmiger Aufbau
der Schüttung in 2 mal fünf Schichten annähernd gleicher Stärke bildete.
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Auf der Ordinate ist die gemessene Standardabweichung s,ins Verhältnis
gesetzt zur theoretisch bestmöglichen Körnermischung, (nach Gleichung von Stange;
Chemie-Ingenieur-Technik, 26. Jahrgang, 1954, Nr. 6, Seite 331 bis 337) aufgetragen.
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Die Abszisse zeigt die Bauform des Mischers, wie in der Legende Fig.
1 beschrieben.
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Fig. 1 zeigt demnach das Ergebnis nach einmaligem Durchlauf des Behälters.
Das beste Ergebnis wird bei Abzug des Granulats ausschließlich durch die zentrale
Auslauföffnung (A) des Mischbehälters erzielt. Vergleichbar gut ist das Ergebnis,
wenn 24 Abzugsöffnungen (E) im ganzen Behälter und die zentrale Auslauföffnung gleichzeitig
geöffnet sind.
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Fig. 2 zeigt die gemessenen Mischergebnisse verschiedener Mischerbauformen
in einer entsprechenden Grafik. Auf der Ordinate ist die gemessene Standardabweichung
s aufgetragen und auf der Abszisse ist die Zahl der Umwälzungen angegeben.
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Das beste Ergebnis zeigt sich nach dem ersten Durchlauf, wenn nur
die zentrale Auslauföffnung benutzt wird, entsprechend der Darstellung in Fig. 1.
Wird in den weiteren Umläufen nach der gleichen Methode gearbeitet, so ergibt sich
keine Verbesserung mehr.
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12 und 24 Abzugsrohre bringen nach dem ersten Umlauf ein schlechteres
Ergebnis als die Fahrweise nur über die zentrale Auslauföffnung. Nach dem ersten
Umlauf ist die Verfahrensweise mit 12 und 24 Abzugsrohren in ihrer Mischwirkung
gleichwertig.
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Bei der Fahrweise mit der zentralen Auslauföffnung (Zentralabzug)
und ab zweiten Durchlauf mit Abzugsrohren nur im Konusbereich des Mischbehälters
würde die Mischgüte mit den folgenden Umläufen zunehmend verbessert, so daß die
Mischgüte bei letztlich gleicher Umlaufzahl besser ist als bei bekannten Schwerkraftmischvorrichtungen,
die, wie im Beispiel dargestellt, mit 24 Abzugsrohren im ganzen Silobereich und
einem zentralen Abzug arbeiten. Diese genannte Verbesserung ist in Fig. 2 gestrichelt
dargestellt.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines aufrecht stehenden zylindrischen
Mischbehälters 1, der ein konisches Unterteil 2 aufweist, das in eine zentrale Auslauföffnung
3 übergeht. Die zentrale Auslauföffnung ist mit einer Durchflußregeleinrichtung
4 versehen.
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Im Bereich des Konus 2 sind absperrbare Abzugsrohre 5 in verschiedenen
Höhen angeordnet, die wie die zentrale Auslauföffnung 3 ebenfalls in den Sammelbehälter
6 einmünden. Unterhalb des Sammelbehälters befindet sich eine Zellenradschleuse
7, die in eine Förderleitung austrägt.
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Der Drucklufterzeuger mit Zubehör ist mit 8 bezeichnet und die von
der Förderleitung abzweigende Gutrückführleitung zum Oberteil des Mischbehälters
mit 9.
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Am Oberteil des Mischbehälters befindet sich ein (nicht dargestellter)
Einlaufverteiler zur gleichmäßigen Gutverteilung auf den Umfang des Behälters.
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Das erfindungsgemäße Mischverfahren wird in der Weise durchgeführt,
daß zunächst das gesamte im Mischbehälter befindliche Gut im freien Fluß ausschließlich
durch die zentrale Auslauföffnung 3 abgezogen und über die Gutrückführleitung 9
wieder dem Mischbehälter aufgegeben wird. Beim zweiten und den folgenden Durchläufen
wird die gesamte Umwälzmenge im freien Fluß durch die Abzugsrohre 5 sowie durch
den zentralen Mischbehälterauslauf 3 abgezogen, wobei die Durchtrittsquerschnitte
aller Auslauföffnungen gleich sind.