DE3422339A1

DE3422339A1 - Verfahren zum mischen von stroemungsmitteln

Info

Publication number: DE3422339A1
Application number: DE19843422339
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Yokohama Kanagawa Kudo; Osamu Tokio/Tokyo Sakamoto; Haruo Yokohama Kanagawa Sasaki; Yasuo Machida Tokio/Tokyo Tsukamoto; Yasuhiko Kamakura Kanagawa Tsuruta
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1984-12-20
Also published as: GB8415307D0; JPS59230627A; US4594005A; GB2142835B; GB2142835A; SE8403236L; SE459398B; JPS621771B2; DE3422339C2; DE8418229U1; SE8403236D0

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Strömungsmitteln, insbesondere ein Verfahren zur Erzielung einer innigen und vollständigen Vermischung zweier verschiedener Stoffe durch Anwendung einer speziellen Dispersions- und Rühr- oder Bewegungseinrichtung. Die nach diesem Verfahren zu mischenden Stoffe sind, allgemein gesagt, Flüssigkeiten, können jedoch auch Pulver oder körnige Substanzen sein (im folgenden"allgemein als Strömungsmittel bezeichnet, wobei nur flüssige Strömungsmittel als "Flüssigkeit" bezeichnet werden).

Normalerweise werden mehrere Arten von Strömungsmitteln in Y- oder X-förmige Rohre eingeleitet und in diesen zwangsweise zusammengeführt oder aber in einem üblichen Mischer miteinander vermischt. Manchmal werden Strömungsmittel auch durch aufeinanderfolgende Anwendung beider Verfahren gemischt. Mit zunehmender Viskosität der Strömungsmittel ist dabei jedoch eine entsprechende Abnahme der Güte des Gemisches zu beobachten. Damit vergrößert sich auch der zur Erzielung eines einwandfreien Gemisches erforderliche Energieoder Arbeitsaufwand.
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Diese Tendenz tritt besonders deutlich beim Mischen von Strömungsmitteln stark unterschiedlicher Eigenschaften zutage.

Wenn für diese Arten von Strömungsmitteln keine dynamische Kraft angewandt ist, ist es aus dem genannten Grund äußerst schwierig, ein gleichmäßiges Gemisch zu erhalten, während die Güte des Enderzeugnisses abnimmt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung dieses Problems durch Schaffung eines Verfahrens zum Mischen von Strömungsmitteln, bei dem die Art und die Eigen-

schäften der Strömungsmittel keinen Einfluß auf die Güte des Gemisches haben sollen. Insbesondere bezweckt die Erfindung die Schaffung eines überragend wirtschaftlichen, kontinuierlichen Mischverfahrens, nach dem auf einfache und zuverlässige Weise Gemische hoher Güte mit einer Vielfalt von Ausgangs-Strömungsmitteln erhalten werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Mischen von Strömungsmitteln erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Strömungsmittel in einem bandförmigen Flachstrahl aus einer Schlitzdüse ausgetrieben wird, daß ein zweites Strömungsmittel in einem senkrecht zu diesem Flachstrahl gerichteten und ihn schneidenden zweiten bandförmigen Flachstrahl aus einer zweiten Schlitzdüse so ausgetrieben wird, daß es auf den ersten Flachstrahl auftrifft, und daß im Anschluß an dieses Zusammenströmen die Strömungsmittel zum weiteren Vermischen miteinander erregt bzw. bewegt werden.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Mischvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Zusammenströmvorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung der

Strömungsmittelzusammenströmung,

Fig. 4 bis 6 Darstellungen verschiedener Mischrohrkonfigurationen,

Fig. 7 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen

Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 1,

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Fig. 8 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen

Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 1,

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in

Fig. 4,

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 4,

Fig. 11 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen

Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 5,

Fig. 12 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs- der Linie XII-XII in Fig. 5 und

Fig. 13 und 14 in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnitte längs der Linien XIII-XIII bzw. XIV-XIV in Fig. 6.
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Die gesamte Vorrichtung besteht aus einer Zusammenströmeinheit und einer Rühr- oder Mischeinheit.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Rohre 31 und 41 an einen Mischkopf 1 angeschlossen. Am Ende des Rohrs 31 ist eine waagerecht gerichtete Schlitzdüse 3 angebracht, während am Ende des Rohrs 41 eine lotrecht (abwärts) gerichtete Schlitzdüse 4 angeordnet ist. Die waagerechte Schlitzdüse 3 besitzt die Form eines flachgedrückten Rohrs; ihre Öffnung oder Mündung besitzt daher eine solche Form, daß das Strömungsmittel in Form eines flachen, bandförmigen Strahls aus ihr austritt.

Ebenso wie bei der waagerechten Schlitzdüse 3 besitzt auch die Öffnung der lotrechten Schlitzdüse 4 die Form eines flachgedrückten Rohrs, so daß sie das Strömungsmitte] in Form eines ähnlichen Flachstrahls 43 austrägt.

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Die Schlitzdüsen 3 und 4 sind dabei so angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Strahlen einander schneiden.

Der aus der waagerechten Schlitzdüse 3 ausströmende Flachstrahl beaufschlagt mit seiner gesamten Fläche die gesamte Fläche des aus der lotrechten Schlitzdüse 4 ausströmenden Flachstrahls. Die gegenseitige Deckung ist ähnlich wie bei zwei Farbwalzen, die zwei Farbschichten übereinander legen.

Der Grund für die gegenseitige Beaufschlagung der beiden Strömungsmittel in Form von Flachstrahlen ist folgender :

Wenn man beispielsweise eine Tasse Wasser auf einen Sandhaufen schüttet, vermischt sich nur ein bestimmter Teil des Wassers mit dem Sand, während eine vollständige gegenseitige Durchdringung sehr schwierig zu erreichen ist. Bei Flüssigkeiten höherer Viskosität, wie Öl, ist dies sogar in noch stärkerem Maße der Fall.

Demzufolge ergibt sich häufig, auch wenn das Gemisch gerührt wird, eine "schlaitimkuchenartige" Konsistenz. Für die Erzielung eines gleichmäßigen Gemisches muß in diesem Fall eine große Energiemenge aufgewandt werden. . ■

Der Hauptgrund hierfür ist, daß die Dispersion der betreffenden Strömungsmittel mangelhaft ist. Wenn die beiden Strömungsmittel gleichzeitig in kleinen Mengen in einer eine gute gegenseitige Durchdringung zulassenden Weise vermischt werden, ist das anschließende Rühren oder Umwälzen ein einfacher und wirksamer Vorgang. In diesem Fall kann mit einer kleinen Energiemenge für das Mischen ein zufriedenstellendes Gemisch erzielt werden.

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Die Erfindung richtet sich nun speziell auf die anfängliche gegenseitige Durchdringung der beiden zu vermischenden Strömungsmittel.
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Wenn ein Strömungsmittel auf die vorstehend erläuterte Weise verspritzt oder ausgetrieben wird, wird seine Dispersionsfähigkeit verbessert, so daß ein vorteilhaftes Gemisch erhalten werden kann.

Wenn beispielsweise ein körniger Stoff in einem Strahl unter Druck senkrecht auf eine ebenfalls unter Druck ausgespritzte Flüssigkeit gerichtet wird, wird eine sehr gute Durchmischung der beiden Strömungsmittel erzielt. Da die Menge der Flüssigkeit und ihre Verteilung im körnigen Stoff regelmäßig und gleichmäßig sind, wird eine gute Dispersion erzielt, die eine hervorragende Durchmischung gewährleistet (vgl. Fig. 3).

Genauer gesagt: die Erfindung bezweckt die größtmögliche gegenseitige Durchdringung der zu vermischenden Strömungs mittel durch Erzielung einer guten anfänglichen Dispersion; zu diesem Zweck wird ein Flachstrahl-Spritzsystem verwendet, durch das zwei einander schneidende, bandförmige Flachstrahlen ausgetrieben werden.

Gemäß Fig. 1 ist an das eine Ende der Gesamtanordnung ein Mischrohr 5 als Mischeinheit angeschlossen. Wenn die beiden Strömungsmittel das Mischrohr 5 erreichen, sind sie aufgrund ihrer Zusammenströmung (confluence) bereits bis zu einem bestimmten Grad miteinander vermischt. Das Mischrohr 5 ist nun so ausgebildet, daß es ein noch vollständigeres Vermischen gewährleistet.

Das Mischrohr 5 weist einen durchgehenden Innendurchgang 51 auf, der in festgelegten Abständen unter Bildung von Einschnürungen (wringers) 52 flachgedrückt ist.

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Das Mischrohr 5 ist abwechselnd in lotrechter Richtung und von der Seite her flachgedrückt, so daß die aufeinanderfolgenden Innenprofile des Durchgangs an den Stellen 52 senkrecht zueinander liegen.

Bei Verwendung zweier lotrechter Schlitzdüsen, von denen die eine nach unten und die andere nach oben weist, und einer waagerechten Schlitzdüse können mehr als zwei Stoffe (Flüssigkeiten und körnige Stoffe bzw. Schüttgut) gleichzeitig miteinander vermischt werden. Die Flachstrahlen der beiden lotrechten Schlitzdüsen sind dabei so gerichtet, daß sie den waagerechten Flachstrahl von beiden Seiten her beaufschlagen (nicht dargestellt).

Obgleich vorstehend besonders die lotrechte und waagerechte Ausrichtung der Strömungsmittelstrahlen hervorgehoben ist, sind die Winkel, unter denen sich die Flachstrahlen treffen, nicht notwendigerweise auf diese Anordnung beschränkt, sondern ohne Änderung der Mischleistung (innerhalb gewisser Grenzen) veränderbar.

Abweichend von der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung (Fig. 1) kann sich der Durchmesser des Innendurchgangs 51 auch in festen Abständen in Radialrichtung allmählich verengen und erweitern (vgl. Fig. 4).

Gemäß Fig. 5 ist es weiterhin möglich, verschiedene Querschnitte gemäß den beschriebenen Ausgestaltungen zu einem Rohrleitungs-Innendurchgang noch einer anderen Form zu kombinieren, z.B. in Form einer normalen zylindrischen Rohrleitung mit regelmäßigen schlitzförmigen Einschnürungen.

In weiterer Ausgestaltung kann gemäß Fig. 6 eine normale zylindrische Rohrleitung 5 in gegebenen Abständen mit

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sie abwechselnd lotrecht und waagerecht durchsetzenden, Turbulenz erzeugenden Stiften oder Bolzen versehen sein. Die wesentliche Aufgabe dieser Strömungshindernisse besteht darin, die Strömungsenergie des Strömungsmittels zur Erzeugung von Turbulenz durch Wechselwirkung mit den den gleichmäßigen Innendurchgang 51 der Leitung störenden Elementen auszunutzen und damit eine verbesserte Mischwirkung zu erzeugen. 10

Das Rohr 31 (Fig. 1) ist ein Druckluft-Förderrohr, in welchem körnige Stoffe (Schüttgut) mittels Druckluft transportiert werden. Dieses Rohr ist mit der waagerechten Schlitzdüse 3 verbunden. An die lotrechte Schlitzdüse 4 ist das Rohr 41 als Druckförderrohr angeschlossen, durch welches ein oder mehrere Strömungsmittel gleichzeitig gefördert werden können. Mit dem Rohr 41 können beispielsweise ein Kunstharz-Grundstoff und ein Härter kontinuierlich gefördert und gemischt werden.

Durch die mit den betreffenden Schlitzdüsen verbundenen Rohre wird eine vorgegebene Flüssigkeit (im Fall des Rohrs 31 auch ein körniger Stoff) gefördert. Aus der Schlitzdüse 3 tritt gemäß Fig. 3 das betreffende Strömungsmittel in Form einer bandförmigen Strömungsmittelschicht (Körnchenschicht) in Richtung auf das Mischrohr 5 aus. Gleichzeitig trägt die Schlitzdüse

4 eine' Strömungsmittelschicht 43 in Abwärtsrichtung aus.

Die Strömungsmittelschichten legen sich dabei lagenartig übereinander (vgl. Fig. 2), wobei die Strömungsmittelschicht 43 gut in die Strömungsmittelschicht (Körnchenschicht) 32 eindringt. Die miteinander vereinigten Schichten oder Strömungsmittelstrahlen werden dabei in diesem Durchdringungszustand zum Mischrohr

5 überführt.

Während das Strömungsmittel den Mischkopf und dann das Mischrohr 5 durchströmt, wird in ihm Turbulenz erzeugt. Dies ist deshalb der Fall, weil die vergleichsweise ungestörte Gesamtströmung aus den beiden Schlitzdüsen auf eine Einschnürung 52 trifft und dadurch das Strömungsmittel zu einer radikalen Änderung seiner Strömungsform und seines lokalen Moments oder Impulses (local momentum) gezwungen wird. Infolgedessen wird eine Wirbelströmung erzeugt, in welcher sich das Strömungsmittel äußerst turbulent verhält.

Anschließend tritt die turbulente Strömung in die nächste Einschnürung 52 ein, wobei sie wiederum ihre Strömungsform und ihr Moment ändert, wodurch der Mischvorgang weiter begünstigt wird.

Wenn das bereits gut durchmischte Strömungsmittel auf diese Weise den Rohrleitungs-Durchgang 51 durchströmt, strömt es fortlaufend durch Einschnürungen 52 hindurch und wird dabei jedesmal stärker erregt oder bewegt bzw. durchmischt. Infolgedessen werden selbst hochviskose Strömungsmittel kontinuierlich und wirkungsvoll bewegt und durchmischt, so daß ein gleichmäßiges, vollkommenes Gemisch aus verschiedenen Stoffen erhalten wird.

Das nunmehr gründlich durchmischte Strömungsmittel tritt am Ende des Mischrohrs 5 aus einer an diesem angebrachten Sprüh- oder Spritzdüse 8 aus. Die Spritzwirkung der Spritzdüse 8 wird dabei ausschließlich

■ mit .der Energie des unter Druck geförderten Strömungsmittels selbst erzielt.

Mit der Erfindung werden die folgenden Wirkungen und Vorteile erzielt:

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1. Die jeweiligen Strömungsmittel nehmen eine bandförmige Strahlform an, während sie auf einander schneidenden Bahnen aus den Schlitzdüsen ausgetrieben werden.

Hierdurch wird eine hervorragende Dispersion beim Vermischen der betreffenden Strömungsmittel erreicht. Die Art und die jeweiligen Eigenschaften der betreffenden Strömungsmittel haben demzufolge keinen nennenswerten Einfluß auf die Güte des hergestellten Gemisches, vielmehr wird normalerweise eine gleichmäßige und vollkommene Vermischung der verschiedenen Bestandteile erreicht.

2. Das Vermischen der Strömungsmittel und ihr Austrag aus dem Mischrohr erfolgen ausschließlich mit der für ihre Druckförderung eingesetzten Energie. Es ist somit keine spezielle Einrichtung zur Erzeugung von Turbulenz oder zum Austreiben des Strömungsmittels nötig. Mit der Erfindung wird damit ein wirtschaftliches Mischverfahren geschaffen.

3. Zur Durchführung dieses Mischverfahrens sind keine komplizierten Vorrichtungen erforderlich, vielmehr werden nur einfach geformte waagerechte und lotrechte Schlitzdüsen und ein zugeordnetes Mischrohr benötigt.

Folglich kann eine Mischvorrichtung kleiner Abmessungen auch für Hochleistungsbetrieb eingesetzt werden.

4. Es braucht keine große Menge des Gemisches auf

einmal verwendet bzw. verarbeitet zu werden, vielmehr kann die jeweils gewünschte Menge gemischt und durch Einstellung der Fördergeschwindigkeit mit der gewünschten Geschwindigkeit und in der gewünschten Menge zugeliefert werden.

5. Die Einschnürungen 52 sind im Mischrohr 5 an zweckmäßigen Stellen vorgesehen, so daß dann, wenn der Strom

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der Strömungsmittel auf eine Einschnürung trifft,
dieser Strömungsmittelstrom mit letzterer eine Wechselwirkung eingeht und dabei unter Erzeugung eines vollkommenen Gemisches Turbulenz entsteht. Die bisher

schwierig zu mischenden hochviskosen Strömungsmittel
können mithin mit einem hohen Grad gegenseitiger
Durchdringung einwandfrei gemischt werden.

6. Das erfindungsgemäße Mischverfahren ist nicht auf Baumaschinen oder Schwerbetrieb beschränkt, sondern
auch auf Nahrungsmittel, Medikamente und industrielle Stoffe anwendbar und damit auf zahlreichenAnwendungsgebietennutzbar.

7. Das Strömungsmittel kann unter Ausnutzung ausschließlich seiner eigenen kinetischen Energie ausgetragen werden.

8. Beim Mischen von z.B. Kunstharzmörtel (resin mortar) können die Mengenverhältnisse der einzelnen Bestandteile ohne weiteres so eingestellt werden, daß ein
gleichmäßiges und vollkommenes Gemisch erhalten wird. Das Kunstharz zeigt daher beim Auftragen vernachlässigbares Verlaufen und Tropfen, und der Änderungsbereich der Kunstharzgüte ist minimal.

Claims

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Patentanspruch

Verfahren zum Mischen von Strömungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsmittel in einem bandförmigen Flachstrahl aus einer Schlitzdüse ausgetrieben wird, daß ein zweites Strömungsmittel in einem senkrecht zu diesem Flachstrahl gerichteten und ihn schneidenden zweiten bandförmigen Flachstrahl aus einer zweiten Schlitzdüse so ausgetrieben wird, daß es auf den ersten Flachstrahl auftrifft, und daß im Anschluß an dieses Zusammenströmen die Strömungsmittel zum weiteren Vermischen miteinander erregt bzw. bewegt werden.