<Desc/Clms Page number 1>
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het mengen, van stromende gasvormige vloeibare en/of korrelvormige media onder toe- passing van stilstaande leidelementen, waarbij de aanvoerstromen van deze media worden tezamen gebracht, de aldus gevormde hoofdstroom tenminste twee maal ge- splitst in ten minste twee deelstromen, en waarbij na iedere splitsing de deel- stromen onderling verplaatst weer verenigd worden.
Dergelijke werkwijzen en inrichtingen zijn algemeen bekend.
Bij een bekende werkwijze wordt een hoofdstroom, welke gemengd moet worden, en welke is ontstaan door samenvloeiing van aanvoerstromen van verschil- lende media, gesplitst in twee concentrische deelstromen, welke met behulp van schroefbladvormige stilstaande leidelementen in tegengestelde draairichtingen worden verplaatst, om vervolgens herenigd te worden.
Hierna wordt de gehele cyclus één of meer keren herhaalde
Volgens een andere bekende werkwijze wordt een hoofdstroom, met een rechthoekige dwarsdoorsnede, in een veelvoud van deelstromen gesplitst, welke deelstromen rechthoekige doorsneden hebben, welke de doorsnede van de hoofstroom geheel opvullen, en welke deelstromen vervolgens volgens een verschillend pa- troon ten opzichte van elkaar herenigd worden, echter zodanig, dat zij weer de oorspronkelijke rechthoekige doorsnede van de hoofstroom met hun rechthoekige doorsneden van ongewijzigde afmetingen opvullen,.
Door de stroomsterkte voldoende groot te kiezen verkrijgt men zodoende een heftige turbulentie, welke leidt tot het mengen der media.
Deze werkwijze heeft echter in bepaalde gevallen bezwaren. Zo wordt volgens dit principe wel plaatselijk tussen de leidelementen gemengd, maar over de gehele dwarsdoorsnede der hoofdstroom kunnen grote verschillen in mengverhou- ding der te mengen media blijven bestaan.
Ook is het niet altijd mogelijk om de te mengen media met een zodanig grote snelheid door de leidelementen te voeren, dat heftige turbulentie ontstaat.Bij het mengen van hoogviskeuze vloeistoffen bijvoorbeeld, zou dit ongewenst grote krachten op de leidelementen ten gevolge hebben.,
Deze bezwaren worden niet ondervonden bij de werkwijze volgens de uitvinding. '
De uitvinding bestaat nu daarin, dat bij de werkwijze van het hier- boven bekend gestalde type, na iedere splitsing ieder der gevormde deelstromen materiaal bevat van ten Minste twee van de deelstromen, welke door iedere vooraf- gaande splitsing zijn ontstaan.
Bij deze nieuwe werkwijze zijn geen wervelingen en hoge stroomsnelhe- den meer ncdig voor een goede menging. Terwijl volgens de bekende werkwijze, en zonder wervelingen werkend, slechts de eerste verplaatsing der deelstromen het totale patroon der deelstromen in de hoofdstroom daadwerkelijk wijzigt, en de opesnvolgende verplaatsingen slechts het mengeffect van het materiaal van iedere oorspronkelijke eelstroom versterkt, verhoogt bij de nieuwe werkwijze iedere verplaatsing en splitsing van en tot deelstromen het mengeffect van de hoofdstroom sterker.
Als reden hiervan moet het feit gezien worden, dat na iedere splitsing iedere deelstroom geformeerd wordt door steeds kleinere hoeveelheden materiaal, afkomstig uit steeds meer voorafgaande deelstromen.
In de praktijk wordtna enkele trappen een voldoend fijne verdeling der media in de hoofdstroom bereikt.
Op verschillende manieren is te bereiken, dat iedere nieuwe deelstroom materie van meerdere vorige deelstromen bevat, Bij een volgens de uitvinding hier- toe gunstige werkwijze wordt het dwarsprofiel van ieder der uit de hoofdstroom gevormde deelstromen, voordat ze weer verenigd worden, zodanig vervormd, dat het
<Desc/Clms Page number 2>
meer langwerpig is geworden. Zodoende wordt de mogelijkheid vergroot, dat de materie van een vorige deelstroom bij een volgende splitsing van de hoofdstroom over meer nieuwe deelstromen verdeeld wordt.
Echter heeft deze werkwijze nog een bijkomstig voordeel. Door de vervorming der deelstromen volgens de uitvinding zullen de deelstromen na ver- eniging een groter contactoppervlak hebben, hetgeen de homogenisering van de hoofstroom door diffusie der media in elkaar bevordert. Het splitsen van een hoofdstroom in deelstromen kan op verschillende wijzen worden uitgevoerd.
Bij een zeer effectieve uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, wordt uit de te mengen stoffen een hoofstroom met een langgerekte doorsnede gevormd, welke hoofdstroom dwars op de hoofdrichting dezer doorsnede in een aantal deelstromen wordt gesplitst, waarna deze deelstromen worden ver- vormd tot stromen met een ander dwarsprofiel maar met eenzelfde dwarsoppervlak, de aldus vervormde deelstromen tot twee of meer parallele reeksen worden samen- gevat, welke vervolgens door opheffing van de onderlinge afstand der deelstromen weer worden samengevoegd tot een nieuwe hoofdstroom, welke dezelfde doorsnede heeft als de hoofdstroom voor de splitsing.
Bij een grotere dwarsafmeting van de dwarsdoorsnede van de oorspronkelijke hoofdstroom kan het voor het verkrijgen van een voldoende vermenging van de met elkaar in aanraking gebrachte stoffen nodig zijn, dat deze bewerking één of meer malen moet worden herhaald.
De langgerekte doorsnede der hoofdstroom kan men in de vorm van een rechthoek maken. De voorkeur dient echter gegeven te worden aan een langgerekte in zichzelf gesloten vorm van de doorsnede, omdat zich daarbij in mindere mate storende randeffecten voordoen. Dit wordt bereikt als uit de aanvoerstromen der te mengen stoffen een hoofdstroom met een ringvormige dwarsdoorsnede wordt ge- vormd, en de vervormde deelstromen na hun rangschikking in twee of meer concen- trische reeksen weer worden samengevoegd tot een nieuwe hoodstroom, welke de- zelfde doorsnede heeft als de hoofdstroom voor de splitsing.
Deze werkwijze heeft bovendien als voordeel, dat indien het mengen gecombineerd geschiedt met een opwarm- of koelproces, dit opwarmen of koelen meer gelijkmatig kan uitgevoerd worden.
De aanvoerstromen kunnen zijdelings of axiaal in de hoofdstroom met ringvormige doorsnede gevoerd worden.
Het is echter gebleken, dat een betere mengwerking wordt verkregen, indien uit de beide aanvoerstromen eerst stromen met concentrische ringvormige doorsneden worden gevormd en deze stromen ter vorming van een hoofdstroom met een ringvormige dwarsdoorsnede tegen elkaar worden geleid. Statistisch blijkt dan sneller een gelijkmatige verdeling der media over de hoofdstroom verkregen te worden, dan bij een willekeurig samenstromen der aanvoerstromen.
De tot zover beschreven werkwijzen zijn bijzonder geschikt voor het mengen van media, waarvan de hoeveelheden van een gelijke orde van grootte zijn.
Moeilijkheden kunnen echter ondervonden worden, wanneer een der media bestaat uit een hoogviskeuze vloeistof, terwijl het andere medium een pigment is, dat in kleine hoeveelheden met de vloeistof moet gemengd worden.
Bij een werkwijze volgens de uitvinding wordt deze moeilijkheid ondervangen doordat de aanvoerstroom van de hoogviskeuze vloeistof wordt gesplits in een hoofdcomponent, welke het overgrote deel van de viskeuze vloeistofstroom omvat en een restcomponent, waarbij in de stroom van de restcomponent de pigment- aanvoerstroom wordt gepompt en de aldus gepigmenteerde restcomponent met behulp van een pomp ter vorming van de hoofdstroom met de hoofdcomponent wordt samen- gevoegd.
De aldus gevormde hoofdstroom wordt dan op de hiervoor beschreven wij' ze door onderverdeling in deelstromen en vereniging dezer deelstromen tot een niéuwe hoofdstroom, nadat zij onderling verplaatst zijn, verder gehomogeniseerd.
<Desc/Clms Page number 3>
Behalve op de hierboven besproken werkwijzen heeft de uitvinding ook betrekking op een menger voor het mengen van stromende gasvormige, vloeibare en/of korrelvormige media, welke menger géén beweegbare delen, doch wel een toevoer, een afvoer en daartussen tenminste twee mengelementen omvat, door welke mengele- menten tenminste twee kanalen lopen, welke samenkomen bij de invoer en bij de afvoer van ieder element en welker verloop zodanig is, dat de uitlopen der kanalen anders ten opzichte van elkaar zijn opgesteld dan de inlopen, en dat ieder der kanalen uit elk mengelement in stroomrichting gezien in het verlengde ligt van tenminste twee kanalen in ieder voorafgaand mengelement.
Een goede homogenisering en een sterke menging wordt verkregen, in- dien volgens de uitvinding in deze menger de kanalen een in hun lengterichting zodanig veranderende doorsnede bezitten, dat in de richting van de afvoer het profiel dezer dwarsdoorsnede meer langwerpig wordt, en dat dus het quotient van de omtrek en van de wortel uit het oppervlak dezer doorsneden groter wordt.
Diverse uitvoeringsvormen zijn volgens dit principe mogelijk. Een eenvoudige en doeltreffende constructie wordt echter verkregen, indien de invoer- en de afvoeropeningen van ieder mengelement een gelijke langgerekte doorsnede hebben, en de kanalen doorsneden hebben, welke langs de lengte der kanalen ver- anderen van, bij de inlopen gelijke oppervlakken, welke in een rechte aaneenscha- keling de doorsnede van de invoeropening van het mengelement vullen, tot bij de uitlopen gelijke oppervlakken, welke om en om in twee parallele banen d.e doorsne- de van de afvoeropening volledig opvullen.
De langgerekte doorsneden der invoer- en afvoeropeningen kunnen vrij willekeurige vormen hebben. Constructief verdient het echter de voorkeur om deze doorsneden een meer regelmatige vorm te geven, door bij voorbeeld de korte dwars- afmeting over de gehele lengte der lange dwarsafmeting gelijk te maken. Dit is te bereiken door de doorsneden de vorm van een langgerekte rechthoek te geven.
Een eenvoudige en gelijkvormige vorm der kanalen verkrijgt men hierbij, indien de doorsneden der kanalen rechthoeken zijn, waarvan de zijde in de richting van de korte rechthoekszijde der invoeropening over de eerste halve lengte van het kanaal gelijkmatig tot op de helft korter wordt bij gelijkblijvend van de andere zijde,terwijl over de tweede halve lengte van het kanaal de verkorte zijde gelijk blijft en de andere zijde gelijkmatig tot zijn dubbele lengte langer wordt.
Een zodanige uitvoering krijgt echter vrij grote afmetingen. Bovendien wordt veelal de voorkeur gegeven aan een meer symmetrische constructie speciaal wanneer de menger warme materie mengt, en dus geisoleerd moet worden, of indien de materie moet verwarmd of gekoeld worden door bijvoorbeeld een verwarmings- of koelmantel om de menger heen.
Volgens de uitvinding worden deze nadelen ondervangen door een uit- voering der menger, waarbij de invoer- en de afvoeropeningen van ieder mengelement een gelijke ringvormige doorsnede hebben en waarbij de kanalen doorsneden hebben, welke langs de lengte der kanalen veranderen van, bij de inlopen gelijke ring- sectoren, welke in een cirkelvormige aaneensluiting de doorsnede van de invoer- opening van het element vullen, tot bij de uitlopen ringsectoren met gelijk oppervlak, welke in twee concentrische ringbanen liggend, de doorsnede van de afvoeropening van het mengelement geheel opvullen, waarbij opeenvolgende ring- sectoren bij de inlopen corresponderen met opeenvolgende ringseotoren bij de uitlopen, welke om en om in de buitenste en de binnenste ringbaan liggen.
Bij een uitvoering, welke de voorkeur verdient, zijn dan de doorsne- den der kanalen ringsectoren, welke over de eerste halve lengte van het kanaal in radiale richting tot op de helft vernauwen en vervolgens over de tweede halve lengte van het kanaal in tangentiale richting tot de dubbele afmeting verwijden.
Het meest voor de band liggend is een menger volgens de bovenstaande beschrijving, waarbij aan weerszijden der ringvormige invoeropening van het eer- ste mengelement aansluitingen zijn gemaakt voor de invoer van de aanvoerstromen
<Desc/Clms Page number 4>
der te mengen media. Een betere menging wordt echter verkregen met een menger, waarbij voor het eerste mengelement twee concentrische kamers met ringvormige dwarsdoorsnede zijn aangebracht, welke een afzonderlijke toevoer hebben en welker afvoeren in de invoeropening van het eerste mengelement uitmonden.
Een dergelijkemenger is bij uitstek geschikt voor het mengen van een pigment met een hoogviskeuze vloeistofstroom, indien volgens de uitvinding de binnenste kamer met ringvormige dwarsdoorsnede is aangesloten op de toevoer van de hoofdcomponent van de vloeistofstroom, en een pigmentleiding, waarin een pomp aanwezig is, uitmondt in een afsplitsing van de vloeistofleiding, welke afsplit- sing overgaat in de buitenste kamer met ringvormige dwarsdoorsnede, en na de uitmonding der pigmentleiding in de afsplitsing een pomp is aangebracht.
Ter verduidelijking van de uitvinding wordt nu aan de hand van tekeningen een beschrijving gegeven van de werking, en bij wijze van voorbeeld van enkele uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding.
Figuur 1 geeft schematisch de positie weer van twee te mengen stromen, en wel in positie a bij de invoeropening, en in positie b bij de afvoer- opening van een deel van een mengelement met een langgerekte dwarsdoorsnede van in- en afvoeropeningen.
Figuur 2 geeft in perspectief een deel van een ringvormig mengelement volgens de uitvinding.
Figuur 3 geeft een dwarsdoornede van dit mengelement volgens de lijn III-III in figuur 2.
Figuur 4 geeft schematisch het ringvormig mangelement, rechts van de hartlijn in bovenaanzicht, en links van deze hartlijn in onderaanzicht.
Figuur 5 toont gedeeltelijk in doorsnede en gedeeltelijk in zijaan- zicht een complete menger, welke is opgebouwd uit 15 mengelementen van het ringvormige type, en
Figuur 6 geeft gedeeltelijk in doorsnede en gedeeltelijk in zijaan- zicht het toevoergedeelte van een menger voor het mengen van een pigment met een hoogviskeuze vloeistof.
In figuur la zijn met A, B en C aangegeven de inlopen van drie op- eenvolgende kanalen in een mengelement met een langgerekte rechthoekige invoer- opening. In figuur lb corresponderen de letters A, B en C met de uitlopen dezer kanalen.
De pijlen in figuur la geven aan in welke richtingen de dwarsdoor- sneden in de lengterichting van de kanalen veranderen. Uit figuur lb blijkt, dat de uitlopen van de kanalen in plaats van in een enkele rij, nu in twee parallele reeksen om en om zijn gerangschikt.
Met de arcering is in de figuren een gekleurde stroom van een medium aangegeven, terwijl door de ongearceerde kanaaldelen een ongekleurde stroom van een medium gedacht wordt te lopen in een richting dwars op het vlak van de tekening.
Het is duidelijk, dat de uitvinding zich echter niet beperkt tot het mengen van gekleurde met ongekleurde media, en dat dit voorbeeld slechts is gekozen om de werking der menger te verduidelijken. Ook de breedteverhouding dezer twee stromen is willekeurig gekozen, terwijl het tenslotte niet essentieel is voor de goede mengwerking, dat er slechts twee media gemengd worden.
Ziet men nu bij de inlopen in figuur la, dat de hoofdstroom bestaat uit twee lagen, namelijk een gekleurde en een ongekleurde, bij de uitlopen van het mengelement in figuur lb ziet men, dat de hoofdstroom bestaat uit 4 lagen.
<Desc/Clms Page number 5>
Doorstroomt de hoofdstroom nog een mengelement,dan zal het aantal lagen nogmaals verdubbelen. Door zodoende een willekeurig aantal mengelementen in serie te schakelen, kan men iedere gewenste mate van menging bereiken.
Hoewel bij de door figuren la en lb toegelichte uitvoeringsvorm de uitlopen van de kanalen in het mengelement in twee parallele reeksen zijn ge- rangschikt, is de uitvinding daartoe niet beperkt. Ook is het mogelijk deze uitlopen te rangschikken in meer dan twee parallele reeksen, b.v. p reeksen.
In het laatste geval zou men bij een dergelijke situatie als in de figuren la en lb is voorgesteld, p x 2 lagen in de nieuwe hoofdstroom verkrijgen en na een doorstroming door n mengelementen zal het aantal lagen na de menger pn maal groter zijn dan voor het eerste mengelement. Bijgevolg is de laagdikte ook met eenzelfde factor verminderd
Stelt men tien mengelementen volgens figuur 1 achter elkaar, waarbij de dikte der ingaande lagen gekleurd en ongekleurd materiaal ieder op 1 cm worden aangenomen, dan zijn na hetverlaten der menginrichting de laagdiktes terugge- bracht tot 0,01 mm. De verdere homogenisering der hoofdstroom geschiedt daarna snel door diffusie der media in elkaar.
In figuur 2 is een gedeelte van een mengelement 1 aangeduid, dat bestaat uit een aantal langgerekte kanalen 2, welke tezamen een ring vormen. De kanalen monden met hun bovenzijde uit in een ringvormige invoeropening 3, welke op een niet-getekende toevoer wordt aangesloten. De kanalen 2 bestaan elk in de doorstroomrichting uit een gedeelte 4 met een over de gehele hoogte gelijke dwars- doorsnede, een gedeelte 5, waarvan benedenwaarts de afmeting in radiale rich- ting kleiner wordt en een gedeelte 6, waarvan benedenwaarts de afmeting in tan- gentiale richting groter wordt, terwijl de afmeting in radiale richting gelijk blijft. De uitlopen van de gedeelten 6 monden tenslotte uit in een afvoeropening 7, welke is aangesloten op de niet-getekende afvoer van de menger.
De pijlen boven de kanalen 2 geven de richtingen aan waarin de kanalen vernauwen, terwijl de twee stromen der te mengen media gearceerd en witzijn aan- gegeven.
In de gedeelten 5 van naburige kanalen 2 wordt de radiale vernauwing verkregen door een der tangentiaal gerichte ringvlakken dezer kanalen schuin te laten verlopen.
Door om en om hierbij de binnenvlakken 8 en de buitenvlakken 9 schuin te stellen, worden de kanalen 2 in radiale richting ten opzichte van elkaar ver- plaatst.
De verwijding der kanalen 2 in de gedeelten 6 wordt verkregen door de radiaal gerichte vlakken 10 en 11 der kanalen in tegengestelde richting schuin te laten verlopen.
Tengevolge van de beschreven radiale verplaatsing en de tangentiale verwijding der opvolgende kanalen, komen deze elkaar in radiale richting gedeel- telijk te overlappen.
In figuur 3 is de radiale verplaatsing van de stromen in twee opvol- gende kanalen in dwarsdoorsnede aangegeven.
Uit deze figuur, waarin met 12. de as van het mengelement is aange- geven,blijkt, dat in de kanaalgedeelten 4 van opvolgende kanalen 2 de gearceerde stromen even ver van de as 12 zijn gelegen. Daarom is dit zwart gekleurd.
In de kanaalgedeelten 5 lopen de gekleurde stromen in de twee aan elkaar grenzende kanalen 2 echter verschillend, hetgeen uit de arceringen blijkt.
De gearceerde stroom in het in figuur 3 voor gelegen kanaal 2 wordt door het vlak 9 naar rechts verplaatst,terwijl de gearceerde stroom in het achterste kanaal in hoofdzaak rechtdoor blijft lopen. De cijffers 13 en 14 geven hierbij het ver- loop der gekleurde stromen aan.
<Desc/Clms Page number 6>
In het kanaalgedeelte 6 begint de overlapping der gearceerde stromen.
Ter nadere illustratie geeft figuur 4 rechts van de verticale hartlijr een bovenaanzicht, en links van deze lijn een onderaanzicht van het ringvormig mengelement.
De gearceerde gedeelten in deze figuur stellen de vlakken voor, welke de doorkijk belemmeren, terwijl de niet-gearceerde delen tussen deze vlakken het vrije doorzicht door de kanalen 2 van het mengelement 1 weergeven.
De wijze waarop de in figuur 2 afgebeelde hoofdstroom, welke uit twee concentrische stromen van verschillende media bestaat, kan worden verkregen, wordt toegelicht door figuur 5. Deze figuur geeft tevens aan hoe een reeks meng- elementen volgens de uitvinding kan worden samengebouwd tot een menger, waarin de verdeling van een hoodstroom en de samenvoeging der deelstromen enige malen worut herhaald.
Een serie van vijftien mengelementen 1 is hierbij in de stromings- richting achter een stromingsgelijkriohter 15 geplaatst. Deze stromingsgelijk- richter bestaat uit raatvormig geplaatste platen. De gelijkrichter 15 sluit aan op twee concentrische ringvormige kamers 16 en 17. Deze kamers hebben op hun beurt afzonderlijke toevoerleidingen 18 en 19.
Het laatst doorstroomde mengelement is aangesloten op esn afvoerlei- ding 20 voor de gemengde hoofdstroom.
De twee stromen der te mengen media komen door de toevoerleidingen 18 en 19 in de twee concentrische kamers 16 en 17. Hierin worden ze vervormd tot twee stromen met concentrische ringvormige doorsnede, welke stromen evenwijdig aan elkaar via de stromingsgelijkrichter 15 naar de mengelementen worden gevoerd.
Door de kamers 16 en 17 en de stromingsgelijkrichter 15 voldoende lang t. e maken kan bereikt worden, dat de stromen in deze kamers zuiver axiaal het eerste meng- element binnenvloeien. Wanneer de kamers 16 en 17 zelf voldoende lang zijn is de stromingsgelijkrichter 15 overbodig. Bij aanwezigheid van de gelijkrichter kunnen de kamers 16 en 17 beduidend korter gemaakt worden.
Tenslotte is figuur 6 een afbeelding van een menginrichting voor het mengen van een pigment door een hoogviskeuze vloeistof.
Deze inrichting wijkt in zoverre van de voorgaande uit figuur 5 af, dat kamer 16 wijder is, en gevuld is met staalwol 20. In plaats van staalwol kunnen ook andere poreuze media aangebracht worden.
In de toevoerleiding 19, welke in dit geval een afsplitsing is van de toevoerleiding 18, is een tandwielpomp 21 geplaatst. In het leidingstuk van de leiding 19 vÎÎr de pomp 21, mondt een leiding 22 uit, welke aansluit op een voorraadtank 23 voor het pigment.
De hoogviskeuze vloeistof stroomt volgens de pijlrichting door de toevoerleiding 18, vervolgens door de kamer 17 en de stromingsgelijkrichter 15, op analoge wijze als is beschreven bij figuur 5. Een deel van de hoogviskeuze vloeistof wordt echter nu door de toevoerleiding 19 in de kamer 16 gepompt door de pomp 21. Het pigment uit de tank 23 wordt door middel van een pomp 24 door de leiding 22 in de toevoerleiding 19 geperst op een punt, dat vÎÎr de pomp 21 is gelegen. Vanaf de uitmonding van de leiding 22 in de toevoerleiding 19 tot aan de pomp 21 transporteert de toevoerleiding 19 du een stroom, welke in hoofd- zaak bestaat uit de hoogviskeuze vloeistof, en welke verder pigment bevat.
Pomp 21 mengt deze componenten door elkaar en transporteert het mengsel naar de kamer 16.
De staalwol hierin heeft ten doel om door herhaalde splitsing volle- dige homogenisering der mengstroom door diffusie van het pigment in de hoogvis- keuze vloeistof te bewerkstelligen.
<Desc/Clms Page number 7>
Deze gehomogeniseerde stroom wordt op zijn beurt aan de stromings- gelijkrichter 15 toegevoerd. Vanaf de stromingsgelijkrichter worden de stromen van de kamers 16 en 17 afkomstig op de bekende wijze aan de mengelementen toe- gevoerd.
Uiteraard beperkt zich de uitvinding niet tot de in deze beschrij- ving gegeven inrichtingen.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a method and an apparatus for mixing flowing gaseous liquid and / or granular media using stationary guide elements, wherein the feed streams of these media are brought together, the main stream thus formed at least twice. splits into at least two sub-flows, and whereby after each division the sub-flows are mutually displaced and reunited.
Such methods and devices are well known.
In a known method, a main flow, which has to be mixed, and which has been created by the confluence of feed flows of different media, is split into two concentric partial flows, which are displaced in opposite directions of rotation by means of helical blade-shaped, stationary guide elements, and subsequently reunited. turn into.
After this, the entire cycle is repeated one or more times
According to another known method, a main flow, with a rectangular cross-section, is split into a plurality of sub-flows, which sub-flows have rectangular cross-sections, which completely fill the cross-section of the main-flow, and which sub-flows subsequently follow a different pattern relative to each other. reunited, however, in such a way that they again fill the original rectangular cross-section of the main stream with their rectangular cross-sections of unaltered dimensions.
By choosing the current strength sufficiently high, a violent turbulence is thus obtained, which leads to mixing of the media.
However, this method has drawbacks in certain cases. Thus, according to this principle, mixing takes place locally between the guide elements, but large differences in mixing ratio of the media to be mixed can persist over the entire cross-section of the main flow.
It is also not always possible to pass the media to be mixed through the guide elements at such a high speed that violent turbulence arises. For example, mixing highly viscous liquids would result in undesirably high forces on the guide elements.
These drawbacks are not encountered with the method according to the invention. '
The invention now consists in that in the method of the above-known stored type, after each split each of the substreams formed contains material from at least two of the substreams which have been generated by each preceding split.
With this new method no eddies and high flow velocities are necessary for a good mixing. While according to the known method, and operating without eddies, only the first displacement of the partial streams actually changes the total pattern of the partial streams in the main stream, and the successive displacements only enhance the mixing effect of the material of each original cell, in the new method each one increases. displacement and splitting of and into partial flows, the mixing effect of the main flow is stronger.
The reason for this is the fact that after each split each sub-stream is formed by increasingly smaller amounts of material originating from more and more preceding sub-streams.
In practice, a sufficiently fine distribution of the media in the main stream is achieved after a few steps.
It can be achieved in various ways that each new sub-stream contains matter from several previous sub-streams. In a method according to the invention favorable for this purpose, the transverse profile of each of the sub-streams formed from the main stream is deformed, before they are reunited, in such a way that it
<Desc / Clms Page number 2>
has become more elongated. This increases the possibility that the matter of a previous sub-stream will be distributed over more new sub-streams at a subsequent split of the main stream.
However, this method has an additional advantage. Due to the deformation of the partial flows according to the invention, the partial flows will have a larger contact surface after union, which promotes the homogenization of the main flow through diffusion of the media into each other. Splitting a main flow into sub-flows can be performed in various ways.
In a very effective embodiment of the method according to the invention, a main flow with an elongated cross-section is formed from the substances to be mixed, which main flow is split transversely to the main direction of this cross-section into a number of sub-flows, after which these sub-flows are deformed into flows. with a different cross-section but with the same cross-sectional area, the thus deformed partial flows are combined into two or more parallel series, which are then combined again by removing the mutual distance between the partial flows into a new main flow, which has the same cross-section as the main flow before the split.
With a larger cross-sectional dimension of the original main stream, it may be necessary to repeat this operation one or more times in order to obtain sufficient mixing of the contacted materials.
The elongated cross-section of the main stream can be made in the form of a rectangle. Preference should, however, be given to an elongated, self-enclosed shape of the cross-section, because there are less disturbing edge effects. This is achieved when a main stream with an annular cross-section is formed from the feed streams of the substances to be mixed, and the deformed partial streams, after their arrangement in two or more concentric series, are combined again to form a new main stream, which has the same cross-section. has as the main stream before the split.
This method also has the advantage that if the mixing takes place in combination with a heating or cooling process, this heating or cooling can be carried out more evenly.
The feed streams can be fed laterally or axially into the main stream of annular cross-section.
However, it has been found that a better mixing effect is obtained if flows with concentric annular cross-sections are first formed from the two feed flows and these flows are guided against each other to form a main flow with an annular cross-section. Statistically, it appears that an even distribution of the media over the main flow can be obtained more quickly than with an arbitrary flow of the supply flows.
The methods described so far are particularly suitable for mixing media, the amounts of which are of an equal order of magnitude.
Difficulties can be encountered, however, when one of the media is a highly viscous liquid, while the other is a pigment, which must be mixed with the liquid in small amounts.
In a method according to the invention this difficulty is overcome by splitting the feed stream of the highly viscous liquid into a main component, which comprises the majority of the viscous liquid stream and a residual component, the pigment feed stream being pumped into the residual component stream and the thus pigmented residual component is combined with the main component by means of a pump to form the main stream.
The main flow thus formed is then further homogenized in the manner described above by subdividing these sub-flows and combining these sub-flows into a new main flow, after they have been mutually displaced.
<Desc / Clms Page number 3>
In addition to the methods discussed above, the invention also relates to a mixer for mixing flowing gaseous, liquid and / or granular media, which mixer does not comprise any movable parts, but does have an inlet, an outlet and at least two mixing elements between them, through which mixing elements run at least two channels, which converge at the inlet and outlet of each element, the course of which is such that the outlets of the channels are arranged differently from each other than the inlets, and that each of the channels from each mixing element viewed in flow direction, is an extension of at least two channels in each preceding mixing element.
Good homogenization and a strong mixing is obtained if, according to the invention, the channels in this mixer have a cross-section that changes in their longitudinal direction such that in the direction of the discharge the profile of this cross-section becomes more elongated, and thus the quotient. of the circumference and of the root of the surface of these cross-sections increases.
Various embodiments are possible according to this principle. A simple and effective construction is obtained, however, if the inlet and outlet openings of each mixing element have an equal elongated cross-section, and the channels have cross-sections which change along the length of the channels from, at the inlets, equal surfaces, which a straight concatenation fills the cross-section of the inlet opening of the mixing element, up to the outlets having equal surfaces, which alternately fill the cross-section of the outlet opening completely in two parallel paths.
The elongated cross-sections of the inlet and outlet openings can have quite arbitrary shapes. Structurally, however, it is preferable to give these cross-sections a more regular shape, for example by making the short transverse dimension equal over the entire length of the long transverse dimension. This can be achieved by giving the cross-sections the shape of an elongated rectangle.
A simple and uniform shape of the channels is obtained here if the cross-sections of the channels are rectangles, the side of which in the direction of the short rectangular side of the inlet opening becomes uniformly shorter over the first half-length of the channel while the length remains the same. other side, while over the second half-length of the channel, the shortened side remains the same and the other side extends evenly to its double length.
However, such a design has quite large dimensions. Moreover, a more symmetrical construction is often preferred, especially when the mixer mixes warm matter, and thus must be isolated, or if the matter is to be heated or cooled by, for example, a heating or cooling jacket around the mixer.
According to the invention these drawbacks are overcome by an embodiment of the mixer, in which the inlet and outlet openings of each mixing element have an equal annular cross-section and in which the channels have cross-sections which change along the length of the channels from, at the inlets, equal ring sectors, which in circular interconnection fill the cross-section of the inlet opening of the element, up to the outlets ring sectors of equal area, which, lying in two concentric ring paths, completely fill the cross-section of the outlet opening of the mixing element, successive ring sectors at the lead-in correspond to successive ring seotors at the lead-in, which lie alternately in the outer and inner ring path.
In a preferred embodiment, the cross sections of the channels are then ring sectors, which narrow down to half along the first half-length of the channel in radial direction and then over the second half-length of the channel in tangential direction to widen the double dimension.
Most in front of the belt is a mixer according to the above description, in which connections are made on both sides of the annular inlet opening of the first mixing element for the inlet of the feed streams.
<Desc / Clms Page number 4>
of the media to be mixed. However, a better mixing is obtained with a mixer in which two concentric chambers with an annular cross-section are arranged in front of the first mixing element, which chambers have a separate inlet and the outlets of which open into the inlet opening of the first mixing element.
Such a mixer is ideally suited for mixing a pigment with a highly viscous liquid stream, if according to the invention the inner chamber with an annular cross-section is connected to the supply of the main component of the liquid stream and a pigment line, into which a pump is present, flows out. in a division of the liquid line, which division merges into the outer chamber with annular cross-section, and a pump is arranged in the division after the mouth of the pigment line.
In clarification of the invention, a description will now be given of the operation with reference to drawings, and by way of example of some embodiments of the device according to the invention.
Figure 1 schematically shows the position of two streams to be mixed, namely in position a at the inlet opening, and in position b at the outlet opening of a part of a mixing element with an elongated cross-section of inlet and outlet openings.
Figure 2 shows in perspective a part of an annular mixing element according to the invention.
Figure 3 shows a cross section of this mixing element along the line III-III in Figure 2.
Figure 4 schematically shows the annular man element, to the right of the center line in top view, and to the left of this center line in bottom view.
Figure 5 shows, partly in section and partly in side view, a complete mixer, which is made up of 15 mixing elements of the annular type, and
Figure 6 shows, partly in section and partly in side view, the feed portion of a mixer for mixing a pigment with a highly viscous liquid.
In Figure 1a, A, B and C indicate the entries of three consecutive channels into a mixing element with an elongated rectangular inlet opening. In figure 1b the letters A, B and C correspond to the outlets of these channels.
The arrows in Figure 1a indicate in which directions the longitudinal cross-sections of the channels change. Figure 1b shows that the run-outs of the channels are now arranged alternately in two parallel series, instead of in a single row.
The shading in the figures indicates a colored flow of a medium, while an uncoloured flow of a medium is thought to flow through the unshaded channel parts in a direction transverse to the plane of the drawing.
It is clear, however, that the invention is not limited to mixing colored with uncoloured media, and that this example has only been chosen to illustrate the operation of the mixer. The aspect ratio of these two streams is also arbitrarily chosen, while it is ultimately not essential for the good mixing effect that only two media are mixed.
It can now be seen at the inlets in figure 1a that the main flow consists of two layers, namely one colored and one uncoloured, at the outlets of the mixing element in figure 1b it can be seen that the main flow consists of 4 layers.
<Desc / Clms Page number 5>
If the main flow continues to flow through another mixing element, the number of layers will double again. By thus connecting any number of mixing elements in series, any desired degree of mixing can be achieved.
Although in the embodiment illustrated by Figures 1a and 1b the outlets of the channels in the mixing element are arranged in two parallel series, the invention is not limited thereto. It is also possible to arrange these outlets in more than two parallel series, e.g. p series.
In the latter case, in such a situation as shown in Figures 1a and 1b, px would obtain 2 layers in the new main flow and after a flow through n mixing elements the number of layers after the mixer will be pn times greater than before the first. mixing element. As a result, the layer thickness has also been reduced by the same factor
If ten mixing elements according to Fig. 1 are set one after the other, whereby the thickness of the incoming layers of colored and uncoloured material are each assumed to be 1 cm, then the layer thicknesses are reduced to 0.01 mm after the mixing device has been left. The further homogenization of the main stream then takes place rapidly by diffusion of the media into each other.
Figure 2 shows a part of a mixing element 1, which consists of a number of elongated channels 2, which together form a ring. The channels end with their top side in an annular inlet opening 3, which is connected to an inlet, not shown. The channels 2 each consist in the direction of flow of a portion 4 having an equal cross-section over the entire height, a portion 5, the dimension of which decreases in the radial direction downward, and a portion 6, the dimension of which is reduced downward in tan. gential direction increases, while the dimension in radial direction remains the same. The outlets of the parts 6 finally open into an outlet opening 7, which is connected to the outlet of the mixer, which is not shown.
The arrows above the channels 2 indicate the directions in which the channels narrow, while the two streams of the media to be mixed are shaded and white.
In the portions 5 of adjacent channels 2, the radial narrowing is obtained by making one of the tangentially oriented annular surfaces of these channels run obliquely.
By alternately inclining the inner surfaces 8 and the outer surfaces 9, the channels 2 are displaced in radial direction relative to each other.
The widening of the channels 2 in the portions 6 is obtained by making the radially directed surfaces 10 and 11 of the channels run obliquely in opposite directions.
As a result of the described radial displacement and the tangential widening of the successive channels, they partially overlap each other in the radial direction.
Figure 3 shows the radial displacement of the flows in two successive channels in cross section.
From this figure, in which the axis of the mixing element is indicated by 12, it can be seen that in the channel portions 4 of successive channels 2 the hatched flows are situated at the same distance from the axis 12. That is why this is colored black.
In the channel portions 5, however, the colored currents in the two adjacent channels 2 flow differently, as is apparent from the shading.
The shaded flow in the front channel 2 in Figure 3 is displaced through the plane 9 to the right, while the shaded flow in the rear channel continues to flow substantially straight ahead. The numbers 13 and 14 indicate the progression of colored currents.
<Desc / Clms Page number 6>
In the channel portion 6 the overlapping of the hatched flows begins.
By way of further illustration, figure 4 shows a top view to the right of the vertical center line and a bottom view of the annular mixing element to the left of this line.
The shaded parts in this figure represent the areas which obstruct the view, while the non-shaded parts between these areas represent the free view through the channels 2 of the mixing element 1.
The way in which the main flow shown in Figure 2, which consists of two concentric flows of different media, can be obtained is illustrated by Figure 5. This figure also shows how a series of mixing elements according to the invention can be assembled into a mixer. , in which the division of a main stream and the combination of the sub-streams are repeated several times.
A series of fifteen mixing elements 1 is placed behind a flow rectifier 15 in the direction of flow. This flow straightener consists of honeycomb-shaped plates. The rectifier 15 connects to two concentric annular chambers 16 and 17. These chambers in turn have separate supply lines 18 and 19.
The last through-flow mixing element is connected to a discharge line 20 for the mixed main flow.
The two streams of the media to be mixed pass through the supply lines 18 and 19 into the two concentric chambers 16 and 17. Here they are deformed into two streams of concentric annular cross section, which streams are fed parallel to each other via the flow rectifier 15 to the mixing elements.
Due to the chambers 16 and 17 and the flow rectifier 15 sufficiently long t. It can be achieved that the currents in these chambers flow purely axially into the first mixing element. When the chambers 16 and 17 themselves are sufficiently long, the flow rectifier 15 is unnecessary. In the presence of the rectifier, the chambers 16 and 17 can be made considerably shorter.
Finally, Figure 6 is a depiction of a mixing device for mixing a pigment through a highly viscous liquid.
This device differs from the previous one from Figure 5 in that chamber 16 is wider and is filled with steel wool 20. Instead of steel wool, other porous media can also be applied.
A gear pump 21 is placed in the supply line 19, which in this case is a division of the supply line 18. In the pipe section of the pipe 19 before the pump 21, a pipe 22 opens out, which pipe connects to a storage tank 23 for the pigment.
The highly viscous liquid flows in the direction of the arrow through the supply line 18, then through the chamber 17 and the flow rectifier 15, in a manner analogous to that described in Figure 5. However, some of the highly viscous liquid is now pumped through the supply line 19 into the chamber 16. by the pump 21. The pigment from the tank 23 is forced by means of a pump 24 through the conduit 22 into the supply conduit 19 at a point located in front of the pump 21. From the mouth of the line 22 in the supply line 19 to the pump 21, the supply line 19 du transports a stream which consists mainly of the highly viscous liquid and which further contains pigment.
Pump 21 mixes these components and transports the mixture to the chamber 16.
The purpose of the steel wool herein is to effect, by repeated cleavage, complete homogenization of the mixed stream by diffusion of the pigment into the highly viscous liquid.
<Desc / Clms Page number 7>
This homogenized flow is in turn supplied to the flow rectifier 15. From the flow rectifier, the currents from the chambers 16 and 17 from the chambers 16 and 17 are supplied to the mixing elements in the known manner.
Of course, the invention is not limited to the devices given in this description.