Verfahren und Vorrichtung zum Mischen strömender Medien mittels ortsfester
Leitelemente
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Mischen strömender Medien mittels ortsfester Leitelemente. Solche Verfahren sind bereits bekannt.
Die mit diesen Verfahren erreichbaren Vorteile sind verschiedener Art. An erster Stelle kann man beim Mischen hochviskoser Medien im voraus das Mischresultat mit diesem Mischer genau voraussagen, da dies nur von der Konstruktion des Mischers abhängig ist und mit diesem Mischer nur auf eine bestimmte Art gemischt werden kann. Auf diese Weise ist man dann imstande, eine Mischung jeder erwünschten Gleichmässigkeit zu erhalten. Weitere Vorteile sind, dass das Verfahren mit einem stillstehenden System ausgeführt werden kann und dass die erforderliche Mischenergie ein kleiner Teil derjenigen ist, die man bei anderen bekannten Mischmethoden nötig hat, bei denen die zu mischenden Stoffe mechanisch gerührt werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Verfahren auch Nachteile hat. So zeigt es sich besonders bei einer Ausführungsform, bei der die zu mischenden Medien als konzentrische Ströme einander zugeführt werden, dass dieses konzentrische Zuführen einen technischen Nachteil ergeben kann. Eine geringe Abweichung der Konzentrizität der zwei Ströme hat bereits ein sehr viel schlechteres Mischresultat zur Folge. Ein anderer Nachteil ist, dass Teile der zusammenfliessenden Medien, die nahe beieinanderliegen, sehr intensiv gemischt werden, dass aber die Teilströme als Ganzes nicht intensiv durcheinandergeführt werden.
Diese Nachteile sollen durch das erfindungsgemässe Verfahren behoben werden. Es zeigt sich, dass man bei diesem neuen Verfahren die zu mischenden Medien geometrisch beliebig zusammenfliessen lassen kann, während dennoch eine Mischung zwischen allen Schichten des Hauptstromes erhalten wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Medien zunächst zu einem Hauptstrom vereinigt werden, der sodann in einer ersten Spaltung in mehrere Teilströme zerteilt wird, deren jeder wieder in einer zweiten Spaltung in eine gleiche Anzahl von Teilströmen zerlegt wird, worauf ein oder mehrere Male bei einer weiteren Spaltung ein Teil eines jeden Teilstromes mit einem Teil eines anderen Teilstromes zur Bildung einer gleichen Anzahl Teilströme wieder vereinigt werden, wobei ein Gesamtquerschnitt entsteht, der zu dem bei der letzten Spaltung entstandenen Gesamtquerschnitt spiegelbildlich ist, und dass hierauf alle Teilströme wieder in einen Hauptstrom vereinigt werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auch auf einen Mischer zum Ausführen des beschriebenen Verfahrens, der eine Zufuhr, eine Abfuhr und ortsfeste Leitelemente aufweist.
Erfindungsgemäss ist der Mischer derart ausgebildet, dass er aus einem durch feststehende Leitelemente in mehrere Teilkanäle unterteilten Kanal besteht, wobei die Teilkanäle sowohl ihren Querschnitt als auch ihre gegenseitige Lage innerhalb des Gesamtkanalquerschnittes ändern und wobei beim tSberströ- men von einem Kanal in den anderen eine Teilung des eintretenden Teilstromes oder eine Vereinigung der austretenden Teilströme erfolgt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Mischers dargestellt, und anhand desselben wird das erfindungsgemässe Verfahren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Abbildung eines rechteckigen Bleches, aus dem die Leitelemente gebildet werden,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines gebildeten Leitelementes,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Einheit von zwei zusammengefügten Leitelementen,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Teiles eines Mischers, mit dem Einlauf, wobei die Rohrwand teilweise entfernt ist,
Fig. 5 einen Querschnitt durch den Mischer nach Fig. 4 in der Ebene V-V,
Fig. 6, bis 82 Querschnitte durch den Mischer nach Fig. 4 unmittelbar vor und nach den Ebenen VI-VI, VII-VII und VIII-VIII, Fig. 9, einen Querschnitt unmittelbar vor der Ebene IX-IX und
Fig.
10 einen Querschnitt in der Ebene X-X.
In Fig. 1 ist ein rechteckiges, flaches Metallblech 1 dargestellt, aus welchem die Leitelemente 2 aufgebaut werden. Dieses Blech ist mit zwei ungleichen Einkerbungen 3 mitten in und quer zu den kurzen Rechteckseiten des Bleches versehen. Dadurch werden vier Lappen 4 und 4, gebildet. Wenn man nun diese Lappen umbiegt, auf die Weise wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein Leitelement 2 gebildet. Anstatt die Lappen 4 und 41 auf die in Fig. 2 dargestellte Weise zu biegen, ist es auch möglich, sie in entgegengesetzter Richtung zu biegen. Auf diese Weise erhält man ein zum Leitelement 2 symmetrisches Leitelement 2' (Fig. 3). Diese Leitelemente 2 bzw. 2' werden je zwei und zwei ineinandergeschoben, auf die Weise wie in Fig. 3 dargestellt ist, und sodann durch Punktschweissen an den Eckpunkten aneinander befestigt, so dass Einheiten 5 entstehen.
Es ist auch möglich, die Leitelemente auf andere Weise aneinander zu befestigen, z. B. durch Löten. Ausserdem ist es möglich, die Leitelemente lose ineinander zu schieben und an ihrer Stelle zu halten, indem man die Einheiten 5 vorsichtig in ein Rohr mit quadratischem Querschnitt schiebt, dessen Seiten den kurzen Rechteckseiten der Bleche 1 entsprechen.
Die so erhaltenen Einheiten können ineinandergeschoben werden. In Fig. 4 ist eine Anzahl dieser Einheiten dargestellt, während sie ineinander und als Ganzes in ein Rohr 6 geschoben sind, wodurch ein Mischer entsteht. Die einzelnen Lappen der Elemente 2 und 2' sind in Fig. 4 ebenfalls mit 4 und 41 bzw.
4' und 4,' bezeichnet. Im Rohr 6 befindet sich links der aus den Elementen 2 und 2' bestehenden Einheit nach Fig. 3 eine weitere aus zwei Elementen bestehende Einheit, deren Teile mit dem Index O bezeichnet sind. Diese Einheit ist gleich ausgebildet wie die in Fig. 3 dargestellte Einheit, mit dem Unterschied, dass der linke Lappen 40 keinen Schlitz 3 aufweist. Das Rohr 6 hat viereckigen Querschnitt, von welchem die Seite der Länge der kurzen Rechteckseite der Bleche 1 entspricht. Dadurch entstehen innerhalb des Rohres 6 ein aneinandergeschlossens Kanalsystem und einige abgeschlossene Räume. In der Fig. 4 sind von diesem Rohr 6 die obere und die vordere Wand nicht dargestellt mit Ausnahme der Teile, welche die abgeschlossenen Räume begrenzen.
Dadurch kann man frei in das Kanalsystem sehen.
Die nicht umgebogenen Lappen 40 bilden eine vertikale Scheidewand am Eintritt des Rohres 6. An der rechten Seite sind das Rohr und die Leitelemente abgebrochen dargestellt. Sie können sich aber noch in derselben Reihenfolge weiter fortsetzen.
Ein Flüssigkeitsstrom wird nun von links in den so gebildeten Mischer geführt und durchströmt diesen gemäss den Pfeilen in Fig. 4.
Zur Erläuterung der Wirkung dieses Mischers sind in den Fig. 5 bis 10 Abbildungen des Verlaufes der Zusammensetzung des Flüssigkeitsstromes in den aufeinanderfolgenden Querschnitten dargestellt. Dabei ist angenommen, dass ein Strom einer viskosen Flüssigkeit mit zwei Mischkomponenten von links in den Mischer tritt. Hierbei ist die eine Mischkomponente durch eine einzige schwarze Querlinie dargestellt. Naturgemäss ist der Mischeffekt nicht auf einen Flüssigkeitsstrom mit nur zwei Komponenten beschränkt.
Der Hauptstrom wird zuerst gemäss Fig. 5 durch den Lappen 40 in zwei Teilströme A und B aufgeteilt.
Hierauf werden die Querschnitte dieser Teilströme durch die Lappen 4,' derart verändert, dass der in Fig. 6, dargestellte Gesamtquerschnitt entsteht. Dieser Querschnitt liegt unmittelbar vor der Ebene VI-VI, während unmittelbar nach dieser Ebene, wie in Fig. 62 dargestellt, jeder Teilstrom A durch die Lappen 4, in Teilströme A,, A2 und jeder Teilstrom B in die Teilströme B,, B unterteilt wird. Die Querschnitte der beiden Teilströme A,, A2 bzw. B,, B erweitern sich dann auf die ganze Breite des Rohres 6, so dass sich unmittelbar vor und nach der Ebene VII-VII der in den Fig. 7, und 72 dargestellte Querschnitt mit zwei schwarzen Querlinien ergibt.
Nun werden zwischen den Ebenen Vil-Vil und VIII-VIII die Teilströme A j, Bl und die Teilströme A2, B. einer Querschnittsänderung unterworfen, so dass sich unmittelbar vor der Ebene VIII-VIII der in Fig. 8, dargestellte Querschnitt ergibt.
Zwischen den Querschnitten nach den Fig. 8, und 82, d. h. in der Ebene VIII-VIII wird je eine Hälfte des Teilstromes A, mit je einer Hälfte des Teilstromes B, und je eine Hälfte des Teilstromes A2 mit je einer Hälfte des Teilstromes ss vereinigt. Dadurch werden neue Teilströme C,, C, und D1, D2 gebildet. Der Gesamtquerschnitt nach Fig. 8 ist spiegelbildlich zu dem bei der letzten Spaltung der Teilströme entstandenen Querschnitt nach Fig. 62. Die Teilströme werden dann vor der Ebene IX-IX auf die ganze Breite des Rohres 6 erweitert, so dass unmittelbar der Gesamtquerschnitt nach Fig. 9, entsteht.
Nun beginnt wiederum die Querschnittsverminderung und die Vereinigung der Teilströme C,, D, bzw.
C2, D2, wobei sich in der Ebene X-X der in Fig. 10 dargestellte Querschnitt ergibt, der den Querschnitten nach den Fig. 6, und 8, entspricht, wobei nun jedoch in den Teilströmen vier schwarze Querlinien vorhanden sind.
Der in Fig. 4 teilweise dargestellte Mischer kann beispielsweise zehn Einheiten von Leitelementen nach Fig. 3 enthalten, so dass schliesslich der den Mischer verlassende Hauptstrom im Querschnitt mehr als 1000 schwarze Querlinien aufweist. Am Schluss werden die Teilströme in einen Hauptstrom vereinigt.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Mischers ist der Kanal von einem Rohr 6 von viereckigem Querschnitt gebildet, in welchem die Leitelemente Teilkanäle bilden, deren Querschnitt von einem Rechteck, dessen Breite sich zur Höhe verhält wie 1: 2, über ein Quadrat zu einem Rechteck übergeht, dessen Breite sich zur Höhe verhält wie 2:1 oder umgekehrt.
Je nachdem man weiter oder weniger weit zu mischen wünscht, ist es möglich, mehr oder weniger Einheiten von Leitelemente im Rohr 6 anzuordnen.
Obwohl das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zum Mischen von strömenden Medien jeder Art, wie feinkörnige Stoffe, Gase und Flüssigkeiten in Betracht kommen, haben sie sich als besonders geeignet erwiesen zum Mischen von hochviskosen Flüssigkeiten wie Spinnlösungen, insbesondere Viskose gegenseitig oder von diesen Flüssigkeiten mit pulverförmigen Stoffen.
Method and device for mixing flowing media by means of stationary
Guiding elements
The invention relates to a method for mixing flowing media by means of stationary guide elements. Such methods are already known.
The advantages that can be achieved with these methods are of various kinds. In the first place, when mixing highly viscous media, the mixing result can be precisely predicted in advance with this mixer, since this only depends on the construction of the mixer and this mixer is only mixed in a certain way can. In this way one is then able to obtain a mixture of any desired uniformity. Further advantages are that the process can be carried out with a stationary system and that the required mixing energy is a small part of that which is required in other known mixing methods in which the substances to be mixed are mechanically stirred.
However, it has been shown that this method also has disadvantages. It is particularly evident in an embodiment in which the media to be mixed are fed to one another as concentric flows that this concentric feeding can result in a technical disadvantage. A slight deviation in the concentricity of the two flows already results in a very much poorer mixing result. Another disadvantage is that parts of the confluent media that are close to one another are mixed very intensively, but that the partial flows as a whole are not intensely mixed up.
These disadvantages are intended to be eliminated by the method according to the invention. It has been shown that with this new process the media to be mixed can flow together geometrically as desired, while a mixture is still obtained between all layers of the main flow.
The method according to the invention is characterized in that the different media are first combined to form a main stream, which is then divided into several partial streams in a first split, each of which is broken down again in a second split into an equal number of partial streams, whereupon one or more In another split, part of each partial flow is combined again with a part of another partial flow to form an equal number of partial flows, whereby a total cross-section is created which is a mirror image of the total cross-section created during the last split, and that all partial flows are then returned to be united in a main stream.
The invention also relates to a mixer for carrying out the method described, which has a supply, a discharge and stationary guide elements.
According to the invention, the mixer is designed in such a way that it consists of a duct divided into several sub-ducts by fixed guide elements, the sub-ducts changing both their cross-section and their mutual position within the overall duct cross-section and a division when there is an overflow from one duct to the other of the incoming partial flow or a combination of the exiting partial flows takes place.
An exemplary embodiment of the mixer is shown in the drawing, and the method according to the invention is explained on the basis of this. Show it:
Fig. 1 is an illustration of a rectangular sheet metal from which the guide elements are formed,
3 shows a perspective view of a guide element formed,
3 is a perspective view of a unit of two guide elements joined together,
4 is a side view of part of a mixer, with the inlet, with the pipe wall partially removed,
5 shows a cross section through the mixer according to FIG. 4 in the plane V-V,
6 to 82 cross sections through the mixer according to FIG. 4 immediately before and after planes VI-VI, VII-VII and VIII-VIII, FIG. 9, a cross section directly before plane IX-IX and
Fig.
10 shows a cross section in the plane X-X.
In Fig. 1, a rectangular, flat sheet metal 1 is shown, from which the guide elements 2 are constructed. This sheet is provided with two unequal notches 3 in the middle and across the short rectangular sides of the sheet. This forms four lobes 4 and 4. If you now bend these tabs in the manner as shown in Fig. 2, a guide element 2 is formed. Instead of bending the tabs 4 and 41 in the manner shown in FIG. 2, it is also possible to bend them in the opposite direction. In this way, a guide element 2 'which is symmetrical to the guide element 2 is obtained (FIG. 3). These guide elements 2 or 2 'are pushed into one another two and two each, in the manner as shown in FIG. 3, and then fastened to one another by spot welding at the corner points, so that units 5 are created.
It is also possible to attach the guide elements to one another in other ways, e.g. B. by soldering. It is also possible to slide the guide elements loosely into one another and to hold them in place by carefully sliding the units 5 into a tube with a square cross-section, the sides of which correspond to the short rectangular sides of the sheets 1.
The units obtained in this way can be pushed into one another. In Fig. 4 a number of these units are shown while they are pushed into one another and as a whole in a pipe 6, whereby a mixer is formed. The individual tabs of the elements 2 and 2 'are also shown in Fig. 4 with 4 and 41 or
4 'and 4,'. In the tube 6 is to the left of the unit consisting of the elements 2 and 2 'according to FIG. This unit has the same design as the unit shown in FIG. 3, with the difference that the left flap 40 does not have a slot 3. The tube 6 has a square cross-section, the side of which corresponds to the length of the short rectangular side of the metal sheets 1. This creates a canal system connected to one another and some closed spaces within the pipe 6. In FIG. 4, the upper and front walls of this tube 6 are not shown, with the exception of the parts which delimit the enclosed spaces.
This allows you to see freely into the sewer system.
The not bent flaps 40 form a vertical partition at the entry of the pipe 6. The pipe and the guide elements are shown broken off on the right-hand side. However, you can continue in the same order.
A flow of liquid is now fed into the mixer formed in this way from the left and flows through it according to the arrows in FIG. 4.
To explain the effect of this mixer, FIGS. 5 to 10 show illustrations of the course of the composition of the liquid flow in the successive cross-sections. It is assumed that a stream of viscous liquid with two mixing components enters the mixer from the left. One of the mixed components is represented by a single black cross line. Naturally, the mixing effect is not limited to a liquid flow with only two components.
The main flow is first divided into two partial flows A and B by the tab 40, as shown in FIG.
The cross-sections of these partial flows are then changed through the tabs 4 ′ such that the overall cross-section shown in FIG. 6 is produced. This cross-section lies immediately in front of the plane VI-VI, while immediately after this plane, as shown in FIG. 62, each partial flow A is divided by the tabs 4 into partial flows A 1, A2 and each partial flow B into partial flows B 1, B becomes. The cross-sections of the two partial flows A 1, A2 and B 1, B then widen to the entire width of the pipe 6, so that the cross-section shown in FIGS. 7 and 72 is also immediately before and after the plane VII-VII results in two black cross lines.
Now, between the levels Vil-Vil and VIII-VIII, the partial flows A j, B1 and the partial flows A2, B. are subjected to a cross-sectional change, so that the cross-section shown in FIG. 8 results immediately in front of the level VIII-VIII.
Between the cross-sections according to FIGS. 8, and 82, i. H. in level VIII-VIII one half of the partial flow A is combined with one half of the partial flow B and one half of the partial flow A2 with one half of the partial flow ss. As a result, new partial flows C 1, C, and D1, D2 are formed. The overall cross-section according to FIG. 8 is a mirror image of the cross-section according to FIG. 62 resulting from the last split of the partial flows. The partial flows are then expanded to the entire width of the pipe 6 in front of the plane IX-IX, so that the total cross-section according to FIG. 9, arises.
Now the cross-section reduction and the union of the partial flows C ,, D, or
C2, D2, whereby the cross-section shown in FIG. 10 results in the plane X-X, which corresponds to the cross-sections according to FIGS. 6 and 8, but now four black transverse lines are present in the partial flows.
The mixer partially shown in FIG. 4 can contain, for example, ten units of guide elements according to FIG. 3, so that finally the main flow leaving the mixer has more than 1000 black transverse lines in cross section. At the end, the partial flows are combined into one main flow.
In the embodiment of the mixer shown, the channel is formed by a tube 6 of square cross-section, in which the guide elements form sub-channels, the cross-section of which changes from a rectangle, the width of which is related to the height as 1: 2, via a square to a rectangle, whose width is related to height like 2: 1 or vice versa.
Depending on whether one wishes to mix further or less, it is possible to arrange more or fewer units of guide elements in the pipe 6.
Although the described method and the device for mixing flowing media of all types, such as fine-grained substances, gases and liquids, have proven to be particularly suitable for mixing highly viscous liquids such as spinning solutions, especially viscose, with each other or of these liquids with powdery ones Fabrics.