Verfahren und Mischvorrichtung zum Mischen und Homogenisieren von viskosen Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft lein Verfahren zum kontinuierlichen Mischen und Homogenisieren von viskosen Flüssigkeiten miteinander oder von Flüssigkeiten mit pulverförmigen Stoffen, bei dem der Strom des Mischgutes durch, eine Mischzone in Teilströmen gefördert wird. Bei den bekannten Verfahren dieser Art wird die Förderung des Mischgutes mittels mit besonderen Mischzonen versehenen Schnecken vorgenommen, wobei die Mischzonen als Ringspalte, Düsenplatte oder als Gegengewindestücke ausgebildet sind.
Es ist auch bekannt, zur Verstärkung der Mischwirkung einen Teil des Produktstromes abzuzweigen und einer in Strömungsrichtung zurückliegenden Zone der Schnecke wieder zuzuführen.
Ferner sind Einwellenschnecklen bekannt, bei denken die rotierende Welle zusätzlich axial hin und her bewegt wird, und auf der Welle sowie an der Innenwand des Gehäuses Stifte angeordnet sind, die sich im Betrieb aneinander vorbeibewegen und dadurch das Mischgut durchkneten.
Der Mischvorgang wird bei all diesen Apparaten durch Aufbau von Druck und Gegendruck bewirkt, indem der durch den Druck erzeugten parabolischen Förderbewegung eine reibende Quer-und Rückbewegung des Mischgutes überlagert wird. Das Mischgut wird ohne Ordnung mit Gewalt durcheinanderbewegt.
Hierfür ist ein hoher Aufwand an Energie erforderlich, der zu einer Erhitzung des Mischgutes an den Stellen der hohen Schergefälle führt, wobei temperaturempfindliche Güter geschädigt werden.
Es wurde nun {gefunden, dass diese Nachteile behoben sind, wenn die Teilströme des Mischgutes erfindungsgemäss in mehreren Etagen dicht übereinander durch viele jeweils nebeneinanderliegende Kanäle gefördert und die T, eilströme der einen Etage, übers Kreuz zu den in der benachbarten Etage fliessenden Teilströmen und über Öffnungen an den Kreuzungsstellen der Kanäle geleitet werden, so dass die Kreuzströme durch die Öffnungen von einer Etage zur anderen miteinander in Verbindung treten. Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht erfindungsgemäss aus lin mindestens zwei Etagen übers Kreuz angeordneten Bündeln von Kanälen, die an den Kreuzungsstellen der Kanalsteige durch Öffnungen miteinander in Verbindung stehen.
Durch die etagenweise und übers Kreuz vorgenommene Förderung der vielfältigen Teilströme mit einer Durchmischungsmöglichkeit der Teilströme an ihren Kreuzungsstellen wird ohne hohen Aufwand an Energie und damit ohne Schädigung temperaturempfindlicher Materialien ein hoher Mischeffekt ereicht, zumal man es in der Hand hat, durch Anwlendung relativ kleiner Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Teilströmen, z. B. durch eine in Förderrichtung wechselweise Verengung und Erweiterung der Kreuzkanäle in den Etagen, einen Stoffübertritt quer zur Hauptströmungsrichtung von Teilstrom zu Teilstrom zu erreichen.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht aus einer Hülse, die in ein Rohr einsteckbar und auf einen Dorn oder Verdrängerkörper aufsteckbar ist. Diese Hülse ist mit Aussengewinde und Innengewinde versehen, wobei das Auss, engewinde kreuzweise zum Innengewinde verläuft und wobei beide Gewinde so tief eingeschnitten sind, dass die Gewindegänge beider Gewinde an den Kreuzungsstellen der Gewindestege offen miteinander in Verbindung stehen.
Die Etagenkreuzgewinde können auf jedem beliebigen Rotationskörper angeordnet sein.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch in einem Rohr angeordnete Hülse mit Krleuzgewinde, das zwischen den Kreuzungsstellen der Stege durchbrochen ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt A-B durch die Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 3 veranschaulicht eine Abwicklung der Hülse nach Fig. 1.
In Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine Abwicklung der Hülse längs des Ganges dargestellt, bei der die Kanäle in den Etagen wechselweise in Strömungsrichtung sich erweitern und verengen.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine Hülsen-Abwicklung längs eines Ganges, bei der die Aussengewinde tiefer eingeschnitten sind als die Innengewinde.
Fig. 6, 7 und 8 zeigen Anwendungsmöglichkeiten der Etagen-Krfeuzgewinde-Hülse in Verbindung mit Einwellen-Förderschnecken. Im einzelnen bedeuten 1 ein Förderrohr, 2 eine mit dem Etagen-Kreuzgewinde versehene Hülse und 3 einen in die Hülse eingesteckten Dorn. In die Hülse sind von innen und aussen Gewinde gänge als Kanäle für die Teilströme eingeschnitten, und zwar laufen in Strömungsrichtung die Aussengänge rechtsdrehend und die Innengänge linksdrehend. Die Gewindestege 4 der Aussen gänge verlaufen über den Gewindestegen 5 der Innenlänge und kreuzen sich mit diesen. Die Gewinde sind auf diese Hülse von innen und aussen so tief eingeschnitten, dass zwischen den Kreuzungsstellen 6 und 7 der Stege beider Gewinde Öffnungen 8 entstehen.
Die Mischvorrichtung kann auch aus zwei ineinandergesteckten Büchsen bestehen, von denen auf die innere Büchse Aussengewinde geschnitten sind und die äussere Büchse nur aus Gewindestegen besteht, die so verlaufen, dass sie die Gewinde stege des Aussengewindes der Innenbüchse kreuzen.
Die aus der Hülse herausgearbeiteten, kr, euzweise übereinander verlaufenden mehrgängigen Stege 4, 5 kann man auch als zwei übereinander gewickelte mehrgängige Wendeln ansehen, deren Gänge sich kreuzen und zwischen den Kreuzungsstellen 6, 7 miteinander in Verbindung stehen. Die Mischvorrichtung wird im folgenden deshalb Kreuzwendel genannt.
Der Austausch der Teilströme in der Kreuzwendel kann dadurch verstärkt werden, dass die Kanäle des einen Wendelsystems sich in Durchtrittsrichtung verengen, während die des damit sich kreuzenden anderen Wendelsystems sich erweitern. In Fig. 4 ist eine solche Ausführungsmöglichkeit im Schnitt A-B längs eines Ganges gezeigt. Durch diese Massnahme wird an jeder Stelle ein Teil des Stromes in den sich verengenden Kanälen gezwungen, sich dem Strom in den weiter werdenden Kanälen zuzumengen. Dasselbe lässt sich auch durch eine keilförmige Ausführung der Stege 4 in der einen Richtung und der Stege 5 in der anderen Richtung erreichen, ebenso z. B. durch konische Ausführung der Hülse.
Eine andere Möglichkeit, den Übergang von einem zum anderen Strömbündel geordnet zu erzwingen, zeigt Fig. 5. Der freie Kanalquerschnitt der Kanäle 6 wird dadurch vergrössert, dass er in die Stege der Kanäle 9 (Fig. 3) einschneidet. Durch diese Massnahme wird ein Teil des durch die Kanäle 9 (Fig. 3) fliessenden Materials durch den kreuzenden Strom der Kanäle 6 abgeschert und mitgenommen. Die geschilderten Massnahmen können auch gemeinsam angewendet werden.
Eine weitere Anwendung der Kreuzwendel 2 ist in Fig. 6 gezeigt. Die Kreuzwendel 2 ist auf den Schnekkenkern 11 fest aufgezogen. Die äussere Wendel 2 der Kreuzwendel kann vor- er auch rückwärtsfördemd ausgebildet sein. Durch die Reibung des Produktes an der Wand des Gehäuses 1 wird das in der äusseren Wendel 4 geförderte Produkt auf einen anderen Druck gebracht als das durch die Innenwendel 5 gwodrückte Produkt, so dass ein ständiges Überfliessen von Teilströmen an den offenen Kreuzungspunkten der Kreuzwendel stattfindet.
Eine andere Anwendung der Kreuzwendel 2 ist - wie Fig. 7 zeigt - der feste Einbau mittels Schraube 14 in das feststehende Gehäuse 1 einer Schnecke 12.
Das freie gewindelose Wellenende 13 der Schnecke 12 dreht sich im Innern der Kreuzwendel. Hier wird umgekehrt wie im vorigen Beispiel das Produkt durch die äussere Wendel gedrückt, während die innere Wendel durch die Drehung des Wellenzapfens vor- oder rückwärtsarbeitend das Produkt zur Mischung bringt.
Eine andere Anwendung der Kreuzwendel ist in Fig. 8 gezeigt. Hier ist die Kreuzwendel 2 als Endstück hinter den letzten Schneckengang 15 auf der Welle 16 befestigt, so dass sie sich mit der Welle mitdreht. Am Kopfstück 17 mit der Öffnung 18 für den Produktaustritt ist der zylindrische Dorn 19 fest mit dem Kopfstück 17 verbunden. In diesem Falle arbeitet sowohl die innere als auch die äussere Wendel als Förderschnecke, und zwar die eine in Förderrichtung und die anders in entgegengesetzter Richtung. Durch die sich dadurch einstellenden Druckdifferenzen wird wieder ein Austausch durch die Öffnungen zwischen den Wendelstegen erzwungen.
Alle genannten Massnahmen können einzeln oder kombiniert od, er auch zusammen mit anderen bekannten Massnahmen ausgeführt werden.
Die geschilderte Anordnung kann mit verschiedensten Winkeln der Stege zueinander, mit verschiedensten Steg- und Kanalstärken, mit örtlich unterschiedlichen Steg- und Kanalstärken, in Form von Drehkörpern (z. B. zylindrisch oder konisch) und in ebener Ausführung (z. B. als Doppelplatte) mit gekreuzten Stegen zur Endhomogenisierung der Substanz für die Folienherstellung gebaut sein. Der Körper kann bewegt sein oder nur als Störkörper, durch den die Substanz durchgedrückt wird, in der Flüssigkeit ruhen.
Method and mixing device for mixing and homogenizing viscous liquids
The invention relates to a method for continuously mixing and homogenizing viscous liquids with one another or of liquids with powdery substances, in which the flow of the material to be mixed is conveyed through a mixing zone in partial flows. In the known methods of this type, the conveying of the material to be mixed is carried out by means of screws provided with special mixing zones, the mixing zones being designed as annular gaps, nozzle plates or as counter-threaded pieces.
It is also known to branch off part of the product flow in order to intensify the mixing effect and to feed it back to a zone of the screw that is behind in the direction of flow.
Furthermore, single-shaft screws are known, in which the rotating shaft is also moved axially back and forth, and pins are arranged on the shaft and on the inner wall of the housing, which move past each other during operation and thereby knead the mix.
In all of these apparatuses, the mixing process is brought about by building up pressure and counterpressure, in that the parabolic conveying movement generated by the pressure is superimposed on a frictional transverse and backward movement of the material to be mixed. The mixed material is forcibly mixed up with no order.
This requires a lot of energy, which leads to heating of the mix at the points of high shear gradient, with temperature-sensitive products being damaged.
It has now been found that these disadvantages are eliminated if, according to the invention, the partial flows of the mixed material are conveyed close to each other in several floors through many adjacent channels and the partial flows of one floor cross over to the partial flows flowing in the adjacent floor and over Openings at the crossing points of the channels are directed so that the cross-currents connect with one another through the openings from one floor to the other. According to the invention, the device for carrying out the method consists of bundles of channels arranged in a cross at least two floors, which are connected to one another through openings at the crossing points of the channel risers.
By conveying the various partial flows in layers and crosswise with the possibility of mixing the partial flows at their crossing points, a high mixing effect is achieved without high expenditure of energy and thus without damage to temperature-sensitive materials, especially since you have it in hand, by applying relatively small pressure differences between the individual streams, z. B. by an alternating narrowing and widening of the cross channels in the floors in the conveying direction to achieve a mass transfer transversely to the main flow direction from partial flow to partial flow.
An advantageous device for carrying out the method consists of a sleeve which can be inserted into a pipe and attached to a mandrel or displacement body. This sleeve is provided with an external thread and an internal thread, the external thread running crosswise to the internal thread and both threads being cut so deep that the threads of both threads are openly connected to one another at the intersection of the thread webs.
The tier cross threads can be arranged on any rotational body.
In the drawing, exemplary embodiments of devices for performing the method are shown schematically.
Fig. 1 shows a longitudinal section through a sleeve arranged in a tube with a Krleuz thread, which is perforated between the crossing points of the webs.
FIG. 2 shows a cross section A-B through the device according to FIG. 1.
FIG. 3 illustrates a development of the sleeve according to FIG. 1.
In Fig. 4 is a section through a development of the sleeve along the corridor, in which the channels in the floors alternately widen and narrow in the flow direction.
Fig. 5 shows a section through a sleeve development along a passage, in which the external threads are cut deeper than the internal threads.
6, 7 and 8 show possible uses of the multi-tier Krfeuzgewinde sleeve in connection with single-shaft screw conveyors. Specifically, 1 denotes a conveying pipe, 2 a sleeve provided with the tier cross thread, and 3 a mandrel inserted into the sleeve. Threaded courses are cut into the sleeve from the inside and outside as channels for the partial flows, namely the outer threads run clockwise and the inner threads counterclockwise in the direction of flow. The thread webs 4 of the outer courses run over the thread webs 5 of the inner length and intersect with them. The threads are cut into this sleeve from the inside and outside so deep that openings 8 arise between the intersection points 6 and 7 of the webs of both threads.
The mixing device can also consist of two nested sleeves, of which external threads are cut on the inner sleeve and the outer sleeve consists only of thread webs which run so that they cross the thread webs of the external thread of the inner sleeve.
The multi-turn webs 4, 5 that are worked out of the sleeve and run one above the other can also be viewed as two multi-turn coils wound on top of one another, the threads of which cross and are connected to one another between the crossing points 6, 7. The mixing device is therefore referred to below as a crossed helix.
The exchange of the partial currents in the cross helix can be intensified in that the channels of one helix system narrow in the direction of passage, while those of the other helix system that intersects with them widen. In Fig. 4 such an embodiment is shown in section A-B along a corridor. As a result of this measure, part of the flow in the narrowing canals is forced at every point to be added to the flow in the widening canals. The same can be achieved by a wedge-shaped design of the webs 4 in one direction and the webs 5 in the other direction, also z. B. by conical design of the sleeve.
Another possibility of enforcing the transition from one bundle of currents to the other in an orderly manner is shown in FIG. 5. The free channel cross section of the channels 6 is enlarged in that it cuts into the webs of the channels 9 (FIG. 3). As a result of this measure, part of the material flowing through the channels 9 (FIG. 3) is sheared off by the crossing flow of the channels 6 and carried along. The measures outlined can also be used together.
Another application of the cross helix 2 is shown in FIG. The cross helix 2 is firmly drawn onto the screw core 11. The outer helix 2 of the cross helix can also be designed to convey backwards beforehand. Due to the friction of the product on the wall of the housing 1, the product conveyed in the outer helix 4 is brought to a different pressure than the product pressed through the inner helix 5, so that a constant overflow of partial flows takes place at the open intersection points of the cross helix.
Another application of the cross helix 2 is - as FIG. 7 shows - the fixed installation by means of a screw 14 in the fixed housing 1 of a screw 12.
The free threadless shaft end 13 of the screw 12 rotates inside the cross helix. In this case, contrary to the previous example, the product is pressed through the outer helix, while the inner helix mixes the product by rotating the shaft journal, working forwards or backwards.
Another application of the cross helix is shown in FIG. Here the cross helix 2 is attached as an end piece behind the last worm thread 15 on the shaft 16 so that it rotates with the shaft. At the head piece 17 with the opening 18 for the product outlet, the cylindrical mandrel 19 is firmly connected to the head piece 17. In this case, both the inner and the outer helix work as a screw conveyor, one in the conveying direction and the other in the opposite direction. The resulting pressure differences force an exchange through the openings between the spiral webs.
All of the measures mentioned can be carried out individually or in combination or together with other known measures.
The described arrangement can be with different angles of the webs to each other, with different web and channel thicknesses, with locally different web and channel thicknesses, in the form of rotating bodies (e.g. cylindrical or conical) and in a flat design (e.g. as a double plate ) be built with crossed webs for the final homogenization of the substance for film production. The body can be in motion or just rest in the liquid as a disruptive body through which the substance is pushed through.