Verfahren und Vorrichtung zum Mischen strömender, gasförmiger, flüssiger und/oder körniger Medien mittels ortsfester Leitelemente
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Mischen strömender, gasförmiger, flüssiger undi' oder körniger Medien mittels ortsfester Leitelemente, wobei die verschiedenen Medien zunächst zu einem Hauptstrom vereinigt werden, der so gebildete Hauptstrom wenigstens zweimal nacheinander in wenigstens zwei Teilströme gespalten wird und die Teilströme nach jeder Spaltung wieder vereinigt werden, wobei die Strömungsachsen der Teilströme in Querrichtung verschoben werden.
Derartige Verfahren sind allgemein bekannt.
Bei einem bekannten Verfahren wird ein Hauptstrom, der gemischt werden muss und der durch Zu sammenfluss von Zuführungsströmen von verschiedenen Medien entstanden ist, in zwei konzentrische Teilströme gespalten, die mit Hilfe von schraubens flügelförmigen, stillstehen den Leitelementen in ent gegen, gesetzte Drehrichtungen versetzt werden, um sodann wieder vereinigt zu werden. Danach wird der ganze Zyklus ein oder mehrere Male wiederholt.
Gemäss einem anderen bekannten Verfahren wird ein Hauptstrom mit einem rechteckigen Querschnitt in ein Vielfaches von Teilströmen gespalten, welche Teilströme rechteckige Querschnitte haben, die den Querschnitt des Hauptstroms völlig auffüllen, und welche Teilströme sodann wieder derart vereinigt werden, dass sie wieder den ursprünglichen, rechteckigen' Querschnitt des Hauptstromes mit ihren rechtwinkligen Querschnitten von unveränderten Abmessungen auffüllen.
Wenn man die Stromstärke genügend gross wählt, erhält man auf diese Weise eine heftige Turbulenz, die zum Mischen der Medien führt.
Dieses Verfahren hat jedoch in bestimmten Fällen Nachteile. So wird gemäss diesem Prinzip wohl örtlich zwischen den Leitelementen gemischt, aber über den ganzen Querschnitt des Hauptstromes können grosse Unterschiede im Mischverhäitnis der zu mischenden Medien bestehen bleiben. Auch ist es nicht immer möglich, die zu mischenden Medien mit einer derart grossen Geschwindigkeit durch die Leitelemente zu führen, dass heftige Turbulenz entsteht. Beim Mischen von hochviskosen Flüssigkeiten z. B. würde dies un erwünscht t grosse Kräfte auf den Leitelementen zur Folge haben.
Diese Nachteile werden beim erfindungsgemässen Verfahren vermieden. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass nach der ersten Spaltung bei der folgenden Spaltung jeder gebildete Teilstrom Material von mehreren Teilströmen aus der vorhergehenden Spaltung enthält.
Das Patent hat ferner eine Vorrichtung zur Ausführung obigen Verfahrens zum Gegenstand.
Zur Erläuterung der Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen eine Beschreibung der Wirkung und beispielsweise einiger Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung gegeben.
Es zeigen:
Fig. la und lb schematisch die Lage von zwei zu mischenden Strömen, und zwar in Lage a bei der Ein führungsöffnung und in Lage b bei der Abführungs öffnung eines Teiles eines Mischelementes mit einem langgedehnten Querschnitt von Ein- und Abführungs- öffnungen,
Fig. lc und id eine obere und eine untere Ansicht der Konstruktion eines Mischelementes,
Fig. 2 schaubildlich einen Teil eines ringförmigen Mischelementes gemäss der Erfindung,
Fig. 2a und 2b die Kanäle des Mischelementes einzeln gemäss Fig. 2,
Fig. 2c den Verlauf der Kanäle,
Fig. 3 einen Querschnitt dieses Mischelementes gemäss der Linie III-III in Fig. 2,
Fig.
4 schematisch das ringförmige Mischelement rechts von der r Achse in Oberansicht und links von dieser Achse in Unteransicht,
Fig. 5 teilweise im Schnitt und teilweise in Seitenansicht eine vollständige Mischvorrichtung, die aus 15 Mischelementen des ringförmigen Typs aufgebaut ist,
Fig. 6 teilweise im Schnitt und teilweise in Seitenansicht den Zuführungsteil einer Mischvorrichtung zum Mischen eines Pigmentes mit einer hochviskosen Flüssigkeit,
Fig. 7 das Strömungsbild durch nacheinanderfolgende Mischelemente gemäss Schnitt VIII-VIII in Fig. 8,
Fig. 8 die Situation gemäss derjenigen von Fig. la,
Fig. 9 bis 12 Schnitt durch Fig. 7 gemäss VIII-VIiI bis XII-XII.
In Fig. la sind mit A, B und C die Einläufe von drei aufeinanderfolgenden Kanälen in einem Mischelement mit einer langgedehnten eckigen Einführungs öffnung bezeichnet. In Fig. lb stimmen die Buchstaben A, B und C mit den Ausläufen dieser Kanäle überein.
Aus diesen Figuren ist ersichtlich, wie sich die Querschnitte der Kanäle zwischen Einlauf und Auslauf verändern, wobei die Pfeile in Fig. la angeben in welchen Richtungen die einander gegenüberliegenden Seitenwände im Verlauf der Querschnittsänderung sich einander nähern bzw. voneinander entfernen. Aus Fig. lb ist ersichtlich, dass die Ausläufe der Kanäle statt in einer einzigen Reihe wie beim Einlauf nun in zwei parallelen Reihen angeordnet sind. Diese Vorgänge sind weiter unten anhand der Fig. 2, 3 und 7 bis 12 näher erläutert.
Mit der Schraffierung ist in den Figuren ein gefärbter Strom eines Mediums angezeigt, während durch die unsehraffierten Kanalteile ein ungefärbter Strom eines Mediums in einer Richtung quer zur Fläche der Zeichnung läuft.
Es wird betont, dass sich die Erfindung nicht auf das Mischen von gefärbten mit ungefärbten Medien beschränkt und dass dieses Beispiel nur gewählt wird, um die Wirkung der Mischvorrichtung zu erläutern. Auch das Breitenverhältnis dieser zwei Ströme ist beliebig gewählt, während es schliesslich für die gute Mischwirkung nicht wesentlich ist, ob nur zwei oder mehr Medien gemischt werden.
Man sieht nun bei den Einläufen in Fig. la, dass der Hauptstrom aus zwei Schichten, nämlich einer gefälrblten und einer ungefärbten und bei den Ausläufen des Mischelementes in Fig. lb aus vier Schichten besteht.
Beim Durchströmen des nächsten Mischelementes, wird die Anzahl Schichten nochmals verdoppelt.
Wenn man auf diese Weise eine beliebige Anzahl Mischelemente in Serie schaltet, kann man jedes erwünschte Mass von Mischung erzielen.
Obwohl bei der durch die Fig. la und Ib erläuterte Ausführungsform die Ausläufe der Kanäle im Mischelement in zwei parallelen Reihen geordnet sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Auch ist es möglich, diese Ausläufe in mehr als zwei parallele Reihen, z. B. p-Reihen anzuordnen. In letzterem Falle würde man bei einer Lage, wie sie in den Fig. la und 1 b dargestellt ist, p X 2 Schichten im neuen Hauptstrom erhalten und nach einer Durchströmung durch n Mischelemente würde die Anzahl Schichten nach der Mischvorrichtung p" mal grösser als vor dem ersten Mischelement sein. Somit ist die Schichtdicke auch mit einem gleichen Faktor vermindert.
Setzt man nun zehn Mischelemente gemäss Fig. 1 untereinander, wobei die Dicke der eingehenden Schichten gefärbtes und ungefärbtes Material je auf 1 cm angenommen wird, so sind nach dem Verlassen der Mischvorrichtung die Schichtdicken auf 0,01 mm zurückgebracht. Die weitere Homogenisierung des Hauptstromes erfolgt sodann schnell durch Diffusion der Medien ineinander.
In Fig. 2 ist ein Teil eines Mischelementes 1 dargestellt, das aus einer Anzahl langgedehnter Kanäle 2 besteht, die zusammen einen Ring bilden. Oberhalb der zwei solcher Kanäle sind ebenfalls in den Fig. 2a, 2b und 2c dargestellt, weist das Mischelement t eine ringförmige Einführungsöffnung 3 auf, die an eine nicht dargestellte Zufuhr für den Hauptstrom angeschlossen wird.
Die die Teilströme führenden Kanäle 2 bestehen je in der Durchströmungsrichtung aus einem Teil 4 mit einem über die ganze Höhe gleichen der Fig. 8 entsprechenden Querschnitt, einem Teil 5, mit einem Querschnitt gemäss Fig. 9, diessen Abmessung nach unten in radialer Richtung kleiner wird und einem Teil 6, dessen Abmessung in radialer Richtung gleich bleibt, in Umfangsrichtung sich jedoch erweitern, so dass am Ende des Teiles 6 der in Fig. 11 dargestellte Querschnitt erreicht wird. Die Ausläufe der Teile 6 münden schliesslich in eine Abführungs öffnung 7 aus, in welcher sich die Teilströme wieder zu einem Hauptstrom vereinigen. Die Abführungsöffnung geht entweder in die ringförmige Einführungs öffnung eines nachgeordneten Mischelementes über oder ist an die Abfuhr der Mischvorrichtung angeschlossen, wenn das Mischelement das letzte einer Serie von Mischelementen ist.
Die Pfeile über den Kanälen 2 geben die Richtungen an, in welchen sich die Kanäle verengen, wäh ; rend die zwei Ströme der zu mischenden Medien schraffiert und weiss angegeben sind.
In den Teilen 5 benachbarter Kanäle 2 wird die radiale Verengung erhalten, indem man eine der in Umfangsrichtungen verlaufenden Kanalwandungen schräg zur Achse des Mischelementes verlaufen lässt.
Indem man dabei die Innenfläche 8 und die Aussenflächen 9 wechselweise schräg setzt, werden die Kanäle 2 in radialer Richtung zueinander versetzt.
Die Erweiterung der Kanäle 2 in den Teilen 6 wird erhalten, indem man die radial gerichteten Kanalwände 10 und 11 der Kanäle in entgegengesetzter Richtung schräg verlaufen lässt.
Infolge der beschriebenen radialen Versetzung und der Erweiterung in Umfangrichtung der aufeinanderfolgenden Kanäle, überlappen diese einander teilweise in radialer Richtung am Ende des Teiles 6.
In Fig. 3 ist die radiale Versetzung der Ströme in zwei aufeinanderfolgenden Kanälen im Querschnitt dargestellt.
Aus dieser Figur, in der die Achse des Mischelementes mit 12 bezeichnet wird, ist ersichtlich, dass in den Kanalteilen 4 von aufeinanderfolgenden Kanälen 2 die schraffierten Ströme von der Achse 12 gleich weit entfernt liegen. Deshalb ist dies schwarz gezeichnet.
In den Kanalteilen 5 laufen die gefärbten Ströme in den zwei aneinandergrenzenden Kanälen 2 jedoch verschieden, was aus den Schraffierungen ersichtlich ist. Der schraffierte Strom im in Fig. 3 vorn liegen- den Kanal 2 wird durch die Fläche 9 nach rechts versetzt, während der schrafffierte Strom im hinteren Kanal in der Hauptsache geradeaus läuft. Die Ziffern 13 und 14 geben dabei den Verlauf der gefärbten Ströme an.
Im Kanalteil 6 beginnt die Überlappung der schraffierten Ströme.
Zur näheren Erläuterung zeigt Fig. 4 rechts von der vertikalen Achse eine Obenansicht und links von dieser Linie eine Untenansicht des ringförmigen Mischelementes.
Die schraffierten Teile in dieser Figur stellen die Flächen dar, welche den Durchblick verhindern, wäh- rend die nicht schraffierten Teile zwischen diesen Flächen den freien Durchblick durch die Kanäle des Mischelementes 1 darstellen.
Aus obiger Beschreibung des Mischelementes nach Fig. 2 geht hervor, dass der Hauptstrom bei 4 in mehrere Teilströme A, B, C (Fig. 8) gespalten wird.
Bei der darauffolgenden Querschnittsänderung welrden die Strömungsachsen dieser Teilströme in Querrichtung verschoben, wonach diese Teilströme bei 7 wieder in einen Hauptstrom vereinigt werden. Bei der folgenden Spaltung des Hauptstromes im anschliessenden Mischelement in Teilströme A', B', C' gemäss Fig. 12 erhält jeder dieser Teilströme Material von drei der Teilströme A, B, C der ersten Spaltung. In Fig. lt ist gestrichelt ein Einlauf in den Kanal B' dargestellt. Daraus ergibt sich, dass in Strömungsrichtung gesehen, die Ausläufe der Kanäle A, B und C zum Teil innerhalb des Einlaufes in den Kanal B' liegen.
Die Weise, in welcher der in Fig. 2 dargestellte Hauptstrom, der aus zwei konzentrischen Strömen verschiedener Medien besteht, erhalten werden kann, wird durch Fig. 5 erläutert. Diese Figur zeigt auch, wie eine Reihe Mischelemente gemäss Fig. 2 zu einer Mischvorrichtung zusammengebaut werden kann, in der die Verteilung eines Hauptstromes und die Zu sammenfügung der Teilströme einige Male wiederholt wird.
Eine Serie von fünfzehn Mischelementen 1 ist dabei in der Strömungsrichtung hinter einem Strömungsgleichrichter 15 angeordnet. Dieser Strömungs gieichri chter besteht aus wabenförmig angeordneten Platten. Der Gleichrichter 15 schliesst an zwei konzentrische ringförmigo Kammern 16 und 17 an. Diese Kammern haben ihrerseits separate Zuführungsleitungen 18 und 19.
Das zuletzt durchströmte Mischelement ist an eine Abführungsleitung 20 für den gemischten Hauptstrom angeschlossen.
Die zwei Ströme der zu mischenden Medien kommen durch die Zuführungsleitungen 18 und 19 in die zwei konzentrischen Kammern 16 und 17. Darin werden sie in zwei Strömen mit konzentrischem ring förmigem Querschnitt geteilt, welche Ströme parallel zueinander über den Stfömungsgleichrichter 15 den Mischelementen zugeführt werden. Wenn man die Kammern 16 und 17 und den Strömungsgleichrichter 15 genügend lang macht, kann erzielt werden, dass die Ströme in diesen Kammern genau axial in das erste Mischelement fliessen. Wenn die Kammern 16 und 17 selbst genügend lang sind, ist der Strömungsgleichrichter 15 überflüssig. Bei Anwesenheit des Gleichrichters können die Kammern 16 und 17 bedeutend kürzer gemacht werden.
Schliesslich ist Fig. 6 eine Abbildung einer Mischvorrichtung zum Mischen eines Pigmentes durch eine hochviskose Flüssigkeit.
Diese Vorrichtung weicht insofern von der vorhergehenden in Fig. 5 dargestellten ab, dass die Kammer 16 weiter ist und mit Stahlwolle 20 gefüllt ist. Anstelle von Stahlwolle können auch andere poröse Medien verwendet werden.
In der Zuführungsleitung 19, die in diesem Falle eine Abspaltung von der Zuführungsleitung 18 ist, ist eine Zahnradpumpe 21 vorgesehen. In das Leitungsstück der Leitung 19 vor der Pumpe 21 mündet eine Leitung 22 aus, die an einen Vorratsbehälter 23 für das Pigment anschliesst.
Die hochviskose Flüssigkeit strömt gemäss der Pfeilrichtung durch die Zuführungsleitung 18, sodann durch die Kammer 17 und den Strömungsgleichrich- ter 15 auf analoge Weise wie in Fig. 5 dargestellt. Ein Teil der hochviskosen Flüssigkeit wird jedoch nun durch die Zuführungsleitung 19 in diie Kammer 1 z durch die Pumpe 21 gepumpt. Das Pigment t aus dem Behälter 23 wird mittels einer Pumpe 24 durch die Leitung 22 in die Zuführungsleitung 19 an eine Steile gepresst, die vor der Pumpe 21 liegt. Von der Ausmündung der Leitung 22 in die Zuführungsleitung 19 ab bis zu der Pumpe 21 transportiert die Zuführungs- leitung 19 also einen Strom, der in der Hauptsache aus der hochviskosen Flüssigkeit besteht und der ferner Pigment enthält.
Diese Pumpe 21 mischt diese Komponenten durcheinander und transportiert das Gemisch zur Kammer 16.
Die Stahlwolle darin hat den Zweck durch wiederholte Spaltung völlige Homogenisierung des Misch stromes durch Diffusion des Pigmentes in der hochviskosen Flüssigkeit herbeizuführen.
Dieser homogenisierte Strom wird seinerseits dem Strömungsgleichrichter 15 zugeführt. Von dem Strömungsgleichrichter ab werden die von den Kammern
16 und 17 herrührenden Ströme auf bekannte Weise den Mischelementen zugeführt.
Es ist beim beschriebenen Verfahren vorteilhaft, dass das Querprofil von jedem der aus dem Hauptstrom gebildeten Teilströme, ehe sie wieder vereinigt werden, derart verformt wird, dass es länglicher wird.
Auf diese Weise wird die Möglichkeit vergrössert, die Materie eines vorhergehenden Teilstromes bei einer folgenden Spaltung des Hauptstromes über mehr neue Teilströme zu verbeilen.
Dieses Verfahren hat jedoch noch einen nebensächlichen Vorteil. Durch die Verformung der Teil ströme werden die Teilströme nach Vereinigung eine grössere Kontaktoberfläch, e haben, was die Homo genisierung des Hauptstromes durch Diffusion der Medien ineinander fördert.
Dabei ist es zweckmässig, dass aus den zu mischen den Stoffen ein Hauptstrom mit einem langgedehnten
Querschnitt gebildet wird, welcher Hauptstrom quer zur Hauptrichtung dieses Querschnittes in eine Anzahl Teilströme gespalten wird, wonach diese Teil ströme zu Strömen mit einem anderen Querprofil aber mit einer gleichen Querschnittoberfläche verformt werden, die so verformten Teilströme zu zwei oder mehr parallelen Reihen zusammengefasst werden, die sodann durch Beseitigung des gegenseitigen Abstan des der Teilströme wieder zu einem neuen Haupt strom zusammengefügt werden, der den gleichen
Querschnitt wie der Hauptstrom vor der Spaltung hat.
Es hat sich herausgestellt, dass eine besonders günstige Mischwirkung erhalten wird, wenn aus den beiden Zuführungsströmen zunächst Ströme mit konzentrischen, ringförmigen Durchschnitten gebildet werden und diese Ströme zur Bildung eines Haupt stromes mit einem ringförmigen Querschnitt gegen einander geführt werden. Statistisch zeigt es sich dann, dass schneller eine gleichmässige Verteilung der Me dien über den Hauptstrom erhalten wird als bei einem beliebigen Zusammenströmen der Zuführungsströme.
Die oben beschriebenen Verfahren sind besonders geeignet für das Mischen von Medien, deren Mengen von einer gleichen Grössenordnung sind. Schwierig keiten können jedoch auftreten, wenn eins der Medien aus einer hochviskosen Flüssigkeit besteht, während das andere Medium ein Pigment ist, das in kleinen Mengen mit der Flüssigkeit gemischt werden muss.
Zweckmässig wird diese Schwierigkeit dadurch vermieden, dass der Zuführungsstrom der hochviskosen Flüssigkeit in eine Hauptkomponente, die den grössten Teil des viskosen Flüssigkeitsstromes umfasst, und eine Restkomponente geteilt wird, wobei in den Strom der Restkomponente der Pigmentzuführungsstrom gepumpt wird und die so pigmentierte Restkomponente mittels einer Pumpe zur Bildung des Hauptstrom, es mit der Hauptkomponente vereinigt wird.
Der so gebildete Hauptstrom wird dann auf die oben beschnebene Weise durch Unterteilung in Teilströme und Vereinigung dieser Teilströme zu einem neuen Hauptstrom, nachdem sie gegenseitig versetzt sind, weiter homogenisiert.
Method and device for mixing flowing, gaseous, liquid and / or granular media by means of stationary guide elements
The invention relates to a method for mixing flowing, gaseous, liquid and granular media by means of stationary guide elements, the different media first being combined into a main flow, the main flow thus formed being split at least twice in succession into at least two partial flows and the partial flows are reunited after each split, the flow axes of the partial flows being shifted in the transverse direction.
Such methods are well known.
In a known method, a main flow, which has to be mixed and which has arisen from the confluence of feed flows from different media, is split into two concentric partial flows, which are set in opposite directions of rotation with the help of helical, wing-shaped, stationary guide elements, only to be reunited. Then the whole cycle is repeated one or more times.
According to another known method, a main flow with a rectangular cross-section is split into a multiple of partial flows, which partial flows have rectangular cross-sections that completely fill the cross-section of the main flow, and which partial flows are then combined again in such a way that they return to the original, rectangular ' Fill the cross-section of the main stream with its right-angled cross-sections of unchanged dimensions.
If one chooses the current strength sufficiently large, one obtains a violent turbulence in this way, which leads to the mixing of the media.
However, this method has disadvantages in certain cases. According to this principle, mixing takes place locally between the guide elements, but large differences in the 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 guide the media to be mixed through the guide elements at such a great speed that violent turbulence occurs. When mixing highly viscous liquids such. B. this would result in undesirable large forces on the guide elements.
These disadvantages are avoided in the method according to the invention. The method according to the invention is characterized in that, after the first split, in the subsequent split, each partial flow formed contains material from several partial flows from the previous split.
The patent also relates to an apparatus for carrying out the above method.
To explain the invention, a description of the effect and, for example, of some embodiments of the device according to the invention will now be given with reference to drawings.
Show it:
1a and 1b schematically show the position of two flows to be mixed, namely in position a at the inlet opening and in position b at the discharge opening of a part of a mixing element with an elongated cross section of inlet and discharge openings,
Fig. Lc and id show an upper and a lower view of the construction of a mixing element,
2 is a perspective view of part of an annular mixing element according to the invention,
2a and 2b the channels of the mixing element individually according to FIG. 2,
2c shows the course of the channels,
3 shows a cross section of this mixing element according to the line III-III in FIG. 2,
Fig.
4 schematically the ring-shaped mixing element to the right of the r axis in a top view and to the left of this axis in a bottom view,
5 shows, partly in section and partly in side view, a complete mixing device made up of 15 mixing elements of the annular type;
6 shows, partly in section and partly in side view, the feed part of a mixing device for mixing a pigment with a highly viscous liquid,
7 shows the flow pattern through successive mixing elements according to section VIII-VIII in FIG. 8,
Fig. 8 the situation according to that of Fig. La,
9 to 12 section through FIG. 7 according to VIII-VIiI to XII-XII.
In Fig. La with A, B and C the inlets of three successive channels in a mixing element with an elongated angular introduction opening are designated. In Fig. Lb the letters A, B and C match the outlets of these channels.
From these figures it can be seen how the cross-sections of the channels change between the inlet and outlet, the arrows in FIG. La indicating in which directions the opposing side walls approach or move away from one another in the course of the change in cross-section. It can be seen from FIG. 1b that the outlets of the channels are now arranged in two parallel rows instead of in a single row as in the case of the inlet. These processes are explained in more detail below with reference to FIGS. 2, 3 and 7 to 12.
The hatching indicates a colored flow of a medium in the figures, while an uncolored flow of a medium runs through the unshaped channel parts in a direction transverse to the surface of the drawing.
It is emphasized that the invention is not restricted to the mixing of colored and uncolored media and that this example is only chosen to explain the effect of the mixing device. The width ratio of these two streams is also chosen arbitrarily, while it is ultimately not essential for the good mixing effect whether only two or more media are mixed.
It can now be seen at the inlets in FIG. 1 a that the main flow consists of two layers, namely one colored and one uncolored and, at the outlets of the mixing element in FIG. 1 b, of four layers.
When flowing through the next mixing element, the number of layers is doubled again.
By connecting any number of mixing elements in series in this way, any desired amount of mixing can be achieved.
Although in the embodiment illustrated by FIGS. 1 a and 1 b, the outlets of the channels in the mixing element are arranged in two parallel rows, the invention is not limited thereto. It is also possible to divide these outlets in more than two parallel rows, e.g. B. to arrange p-rows. In the latter case, in a position as shown in FIGS. 1 a and 1 b, p X 2 layers would be obtained in the new main flow and after a flow through n mixing elements, the number of layers after the mixing device would be p "times greater than before the first mixing element, so that the layer thickness is also reduced by the same factor.
If ten mixing elements according to FIG. 1 are placed one below the other, the thickness of the incoming layers of colored and uncolored material being assumed to be 1 cm each, the layer thicknesses are brought back to 0.01 mm after leaving the mixing device. The further homogenization of the main flow then takes place quickly through diffusion of the media into one another.
In Fig. 2 a part of a mixing element 1 is shown which consists of a number of elongated channels 2 which together form a ring. Above the two such channels are also shown in FIGS. 2a, 2b and 2c, the mixing element t has an annular inlet opening 3 which is connected to a supply for the main flow, not shown.
The channels 2 carrying the partial flows each consist in the flow direction of a part 4 with a cross-section corresponding to FIG. 8 over the entire height, a part 5, with a cross-section according to FIG. 9, the dimension of which becomes smaller downward in the radial direction and a part 6, the dimensions of which remain the same in the radial direction, but widen in the circumferential direction, so that the cross-section shown in FIG. 11 is achieved at the end of the part 6. The outlets of the parts 6 finally open into a discharge opening 7, in which the partial flows combine again to form a main flow. The discharge opening either merges into the annular introduction opening of a downstream mixing element or is connected to the discharge of the mixing device if the mixing element is the last of a series of mixing elements.
The arrows above the channels 2 indicate the directions in which the channels narrow, while; rend the two streams of the media to be mixed are shown hatched and white.
In the parts 5 of adjacent channels 2, the radial constriction is obtained by allowing one of the channel walls running in the circumferential directions to run obliquely to the axis of the mixing element.
By alternately setting the inner surface 8 and the outer surfaces 9 at an angle, the channels 2 are offset from one another in the radial direction.
The expansion of the channels 2 in the parts 6 is obtained by letting the radially directed channel walls 10 and 11 of the channels run obliquely in the opposite direction.
As a result of the described radial offset and the expansion in the circumferential direction of the successive channels, these partially overlap one another in the radial direction at the end of the part 6.
In Fig. 3, the radial displacement of the currents in two successive channels is shown in cross section.
From this figure, in which the axis of the mixing element is designated by 12, it can be seen that in the channel parts 4 of successive channels 2, the hatched currents are equidistant from the axis 12. Therefore this is drawn in black.
In the channel parts 5, however, the colored streams in the two adjacent channels 2 run differently, as can be seen from the hatching. The hatched stream in the channel 2 at the front in FIG. 3 is offset to the right by the surface 9, while the hatched stream in the rear channel mainly runs straight. The numbers 13 and 14 indicate the course of the colored currents.
In the channel part 6, the overlapping of the hatched flows begins.
For a more detailed explanation, FIG. 4 shows a top view to the right of the vertical axis and a bottom view of the annular mixing element to the left of this line.
The hatched parts in this figure represent the areas which prevent the view, while the non-hatched parts between these areas show the free view through the channels of the mixing element 1.
From the above description of the mixing element according to FIG. 2, it can be seen that the main flow at 4 is split into several partial flows A, B, C (FIG. 8).
During the subsequent change in cross-section, the flow axes of these partial flows are shifted in the transverse direction, after which these partial flows are combined again at 7 into one main flow. In the subsequent splitting of the main flow in the subsequent mixing element into partial flows A ', B', C 'according to FIG. 12, each of these partial flows receives material from three of the partial flows A, B, C of the first split. In Fig. 1 an inlet into the channel B 'is shown in dashed lines. This means that, viewed in the direction of flow, the outlets of channels A, B and C are partly within the inlet into channel B '.
The manner in which the main flow shown in FIG. 2, which consists of two concentric flows of different media, can be obtained is illustrated by FIG. This figure also shows how a number of mixing elements according to FIG. 2 can be assembled to form a mixing device in which the distribution of a main flow and the joining of the partial flows is repeated a few times.
A series of fifteen mixing elements 1 is arranged behind a flow straightener 15 in the direction of flow. This flow equalizer consists of honeycomb-shaped plates. The rectifier 15 connects to two concentric annular chambers 16 and 17. These chambers in turn have separate feed lines 18 and 19.
The mixing element through which the flow last is connected to a discharge line 20 for the mixed main flow.
The two streams of the media to be mixed come through the feed lines 18 and 19 into the two concentric chambers 16 and 17.There they are divided into two streams with a concentric ring-shaped cross section, which streams are fed parallel to one another via the flow straightener 15 to the mixing elements. If the chambers 16 and 17 and the flow straightener 15 are made sufficiently long, it can be achieved that the currents in these chambers flow exactly axially into the first mixing element. If the chambers 16 and 17 themselves are sufficiently long, the flow straightener 15 is superfluous. In the presence of the rectifier, the chambers 16 and 17 can be made significantly shorter.
Finally, FIG. 6 is an illustration of a mixing device for mixing a pigment through a highly viscous liquid.
This device differs from the previous one shown in FIG. 5 in that the chamber 16 is wider and is filled with steel wool 20. Other porous media can be used instead of steel wool.
A gear pump 21 is provided in the supply line 19, which in this case is split off from the supply line 18. A line 22 opens into the line section of the line 19 upstream of the pump 21 and connects to a storage container 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 straightener 15 in a manner analogous to that shown in FIG. A part of the highly viscous liquid is now pumped through the supply line 19 into the chamber 1 z by the pump 21. The pigment t from the container 23 is pressed by means of a pump 24 through the line 22 into the supply line 19 to a point which is in front of the pump 21. From the opening of the line 22 into the supply line 19 up to the pump 21, the supply line 19 thus transports a flow which mainly consists of the highly viscous liquid and which also contains pigment.
This pump 21 mixes these components together and transports the mixture to the chamber 16.
The purpose of the steel wool in it is to bring about complete homogenization of the mixed stream through repeated splitting by diffusion of the pigment in the highly viscous liquid.
This homogenized stream is in turn fed to the flow straightener 15. From the flow straightener from the chambers
16 and 17 originating streams supplied to the mixing elements in a known manner.
In the method described, it is advantageous that the transverse profile of each of the partial flows formed from the main flow, before they are reunited, is deformed in such a way that it becomes elongated.
In this way, the possibility is increased of distributing the matter of a previous partial flow in a subsequent split of the main flow over more new partial flows.
However, this method also has a minor advantage. Due to the deformation of the partial flows, the partial flows will have a larger contact surface after unification, which promotes the homogenization of the main flow through diffusion of the media into one another.
It is advisable that the substances to be mixed be a main stream with a long-stretched one
Cross-section is formed, which main flow is split transversely to the main direction of this cross-section into a number of partial flows, after which these partial flows are deformed into flows with a different cross-sectional profile but with the same cross-sectional surface, the so deformed partial flows are combined into two or more parallel rows, which then by eliminating the mutual spacing of the partial streams are reassembled into a new main stream, which is the same
Cross-section like the main stream before the split.
It has been found that a particularly favorable mixing effect is obtained if the two feed streams are initially used to form streams with concentric, annular cross-sections and these streams are guided against one another to form a main stream with an annular cross-section. Statistically it then turns out that an even distribution of the media over the main stream is obtained more quickly than with any confluence of the feed streams.
The methods described above are particularly suitable for mixing media whose quantities are of the same order of magnitude. Difficulties can arise, however, if one of the media consists of a highly viscous liquid, while the other medium is a pigment which has to be mixed with the liquid in small amounts.
This difficulty is expediently avoided by dividing the feed stream of the highly viscous liquid into a main component, which comprises most of the viscous liquid stream, and a residual component, the pigment feed stream being pumped into the flow of the residual component and the thus pigmented residual component by means of a pump to form the main stream, it is combined with the main component.
The main stream thus formed is then further homogenized in the manner described above by dividing it into partial streams and combining these partial streams to form a new main stream after they have been mutually offset.