DE2525229A1 - Reciprocating jet mixer - having perforated discs mounted on reciprocating shaft in cylinder - Google Patents

Abstract

Mixer consists of a cylindrical mixing vessel in which is located a shaft with circular mixing elements at intervals along it. The shaft is on the axis of the cylinder and can move axially with a reciprocating motion. Guide elements can be attached to the shaft and/or the mixing elements. The elements divide the mixer into stages and their dia. is only slightly less than that of the cylinder. The stroke of the shaft is approx. equal to the element spacing. The stroke in each direction can be of different durations. The disc movements create jets in the mixer which project into adjoining causing a mixing of fluid present in the mixer. Used for mixing and homogenising phase mixtures such as two or more liquids; liquids and gases, the liquid being the continuous phase; liquids and particulate solids; liquids and bubbles; or solid particles. This can be done batchwise or continuously. Can be for heat or mass transfer operations. Dynamic mixers generally employ rotating elements in which the bulk of the energy is imparted to the tangential component which is ineffective for mixing purposes. The system described uses all the energy for the mixing.

Description

o. Prof. Dr.-Ing. Heinz Brauer Dr.-Ing. Heine @@@@@ 1 Berlin 37 1 Berlin 21 Jänickestr. 55 Levetzowstr. 10 Hubstrahlmischer Die Erfinung bezieht sich auf einen ein- oder mehrstufigen Hubstrahlmischer, in dem mehrere Phasen durch eine vornehmlich axiale Bewegung geeigneter Elemente vermischt werden, wobei zur Verstärkung des Mischvorganges eine intermittierende Richtungsänderung der bewegten Elemente herbeigeführt wlrd.o. Prof. Dr.-Ing. Heinz Brauer Dr.-Ing. Heine @@@@@ 1 Berlin 37 1 Berlin 21 Janickestr. 55 Levetzowstr. 10 Lifting jet mixer The invention relates on a single or multi-stage reciprocating jet mixer, in which several phases are carried out by a mainly axial movement of suitable elements are mixed, with reinforcement the mixing process results in an intermittent change in direction of the moving elements brought about.

Die vornehmlich axial bewegten Elemente sind so gestaltet, daß sie eine dem jeweiligen Mischprozeß angepaßte Zahl von Strahlen erzeugen. Die Vermischung der beteiligten Phasen erfolgt sowohl innerhalb der Strahlen selbst als auch durch die Wechselwirkung zwischen den Strahlen und ihrer Umgebung.The mainly axially moved elements are designed so that they generate a number of beams adapted to the respective mixing process. The mixing of the phases involved occurs both within the rays themselves and through the interaction between the rays and their surroundings.

In dem Hubstrahlmischer können Phasen in nahezu beliebiger Kombination vermischt werden. Solche Phasenkombinationen sind beispielsweise: zwei oder auch mehrere Flüssigkeiten; Flüssigkeiten und Gase, wobei die Flüssigkeiten als kontinuierliche und die Gase als diskontinuierliche Phasen auftreten; Flüssigkeiten und partikelförmige Feststoffe; Flüssigkeiten und Blasen sowie Feststoffpartikeln.In the reciprocating jet mixer, phases can be in almost any combination be mixed. Such phase combinations are, for example: two or also multiple liquids; Liquids and gases, the liquids being continuous and the gases appear as discontinuous phases; Liquids and particulate Solids; Liquids and bubbles as well as solid particles.

Der Hubstrahlmischer kann absatzweise betrieben werden als auch so, daß entweder jede oder eine ausgewählte Phase den Apparat kontinuierlich durchströmt.The lifting jet mixer can be operated intermittently as well as that either each phase or a selected phase flows through the apparatus continuously.

Bekannt sind statische und dynamische Mischer. Im statischen Mischer treten keine beweglichen Elemente auf. Hiervon unterscheidet sich der Hubstrahlmischer durch seine beweglichen Strahlerzeugungselemente. Der statische Mischer kann nur bei kontinuierlichem Durchfluß der beteiligten Phasen betrieben werden. Der Hubstrahlmischer kann sowohl bei kontinuierlichem Durchfluß als auch absatzweise betrieben werden. Der statische Mischer kann praktisch nur zum Mischen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Eigenschaften verwendet werden. Der Hubstrahlmischer kann Phasen in nahezu beliebiger Kombination vermischen.Static and dynamic mixers are known. In the static mixer there are no moving elements. The lifting jet mixer differs from this through its movable beam generating elements. The static mixer can only operated with continuous flow of the phases involved. The lifting jet mixer can be operated both with continuous flow and intermittently. The static mixer can practically only be used to mix different liquids Properties are used. The lifting jet mixer can have almost any phase Mix the combination.

In dynamischen Mischern treten fast ausschließlich rotierende Mischelemente auf, so daß man von Rotationsmischern sprechen kann. Dagegen ist die Bewegung der Mischelemente im Hubstrahlmischer axial. Durch die rotierende Bewegung der .tisc;-elemente im Rotationsmischer wird den fluiden Phasen eine Tangentialbewegung aufgezwungen, der sc auf Grund wirksamer Zentrifugalkräfte eine Sekundärbewegung überlagert, die ausradialen und axialen Bewegungskomponenten besteht. ür den Mischvorgang ist allein die Sekundärbewegung von Interesse.In dynamic mixers there are almost exclusively rotating ones Mixing elements so that one can speak of rotary mixers. In contrast, the movement is the Axial mixing elements in the reciprocating jet mixer. Due to the rotating movement of the .tisc; elements a tangential movement is imposed on the fluid phases in the rotary mixer, the sc superimposes a secondary movement due to effective centrifugal forces, which consists of radial and axial movement components. for the mixing process is alone the secondary movement of interest.

Die Primärbewegung, d.h. die Tangentialbewegung, ist für den Mischvorgang vollkommen bedeutungslos. Da die Tangentialgeschwindigkeit sehr viel größer ist als die Radial- und Axialbewegung, ist die in der Tangentialbewegung enthaltene Energie auch sehr viel größer als die Energie in der Sekundärbewegung. Allein die Energie der Sekundärbewegung dient de Mischvorgang, während die Energie der Primärbewegung lediglich zur Aufheizung des Systems beiträgt. Aus diesem Grunde ist es also sinnvoll, einen Mischer zu verwenden, bei dem auf Rotationsbewegungen verzichtet wird, wie es beim Hubstrahlmischer der Fall ist. Der Hubstrahlmischer benötigt daher erheblich weniger Energie als der Rotationsmischer.The primary movement, i.e. the tangential movement, is for the mixing process completely meaningless. Because the tangential speed is much greater than the radial and axial movement, is that contained in the tangential movement Energy also much larger than the energy in the secondary movement. Alone The energy of the secondary movement is used for the mixing process, while the energy of the primary movement only contributes to the heating of the system. For this reason it makes sense to to use a mixer that does not require rotational movements, such as it is the case with the lifting jet mixer. The lifting jet mixer therefore requires a considerable amount less energy than the rotary mixer.

In herkömmlichen dynamischen Mischern mit rotierenden Elementen treten nur Kreislaufströmungen auf, die zwangsläufig mit Strömungstoträumen und bewegungsarmen Kernzonen verbunden sind. Im Hubstrahlmischer treten vornehmlich axiale Bewegungen auf, so daß Strömungstoträume und bewegungsarme Kernzonen vermieden werden. Die Durchmischung im Hubstrahlmischer erfolgt daher in wesentlich kürzerer Zeit als im Rotationsmischer.Step into conventional dynamic mixers with rotating elements only circulatory currents, which inevitably result in dead flow spaces and sedentary movements Core zones are connected. In the reciprocating jet mixer, there are mainly axial movements so that dead flow spaces and low-movement core zones are avoided. the Mixing in the lifting jet mixer therefore takes place in a significantly shorter time than in the rotary mixer.

Der Betrieb von herkömmlichen Rotationsmischern erfolgt fcst ausschließlich absatzweise. Ein kontinuierlicher Durchfluß der Phasen ist auf Grund der aufgezwungenen Kreislaufströmungen nur mit erheblichen Nachteilen zu erreichen. Beim Hubstrahimischer ist der kontinuierliche Durchfluß die konsequente Fortsetzung der aufgezwungenen Linearbewegung der Phasen.Conventional rotary mixers are mostly used exclusively paragraph by paragraph. A continuous flow of the phases is due to the imposed To achieve circulatory currents only with considerable disadvantages. With the lifting straightener the continuous flow is the consequent continuation of the imposed Linear movement of the phases.

Einen gemäß der DrSindang gestalteten Hubstrahlmischer zeigen die folgenden Bilder. In Fix. 1 1 ist ein Ausschnitt aus --L^^ Hubstrahlmischer schematisch dargestellt. Der Hubstrahlmischor besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Nischgefß), in dem sich eine Hubstange(2)mit darauf befestigten Mischelementen (3) befindet. Die Hubstange führt eine periodische Hubbewegung aus. Zwei benachbarte Mischelemente bilden eine Stufe des Hubstrahlmischers. Die Länge des Hubweges ist von der Größenordnung des Abstandes zwischen zwei benachbarten Mischelementen, d.h. der Höhe einer Mischstufe.Show a lifting jet mixer designed according to the DrSindang the following pictures. In fix. 1 1 is a section from --L ^^ Hubstrahlmischer schematically shown. The lifting jet mixer consists essentially of a cylindrical one Niche vessel), in which there is a lifting rod (2) with mixing elements (3) is located. The lifting rod performs a periodic lifting movement. Two adjacent Mixing elements form one stage of the lifting jet mixer. The length of the stroke is of the order of magnitude of the distance between two adjacent mixing elements, i.e. the height of a mixer stage.

Die Mischelemente sind so gestaltet, daß durch ihre translatorische Bewegung Flüssigkeitsstrahlen gebildet werden, die in die benachbarte Stufe eindringen und sich mit der dort befindlichen Flüssigkeit vermischen. Die dabei auftretende Fluidbewegung ist in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt.The mixing elements are designed so that their translational Movement jets of liquid are formed, which penetrate into the adjacent stage and mix with the liquid located there. The occurring Fluid movement is shown schematically in FIGS. 2 and 3.

Es wurde angenommen, daß die für die Strahlbildung vorgesehenen Öffnungen (5) in den Mischelementen(3)fluchtend angeordnet sind. Die Fig. 2 und 3 zeigen die Strahlbewegung bei entgegengesetzt gerichteter Hubbewegung (4) der Mischelemente. Als Beispiel für die Strahlbewegung bei versetzt angeordneten Löchern in den Mischelementen(3Jdient Fig. 4.It was assumed that the openings provided for the jet formation (5) are arranged in alignment in the mixing elements (3). Figs. 2 and 3 show the Jet movement with opposing stroke movement (4) of the mixing elements. An example of the jet movement in the case of staggered holes in the mixing elements (3J serves Fig. 4.

In den Mischelementen können verschiedenartige Vorrichtungen zur Erzeugung von Fluidstrahlen vorgesehen werden. Ihre Form, ihre Zahl und ihre Anordnung im Element kann in weiten Grenzen geändert und den praktischen Erfordernissen angepaßt werden.Various types of devices for generating are provided by fluid jets. Their shape, their number and their arrangement in the Element can be changed within wide limits and adapted to practical requirements will.

Durch Einbau von periodisch arbeitenden Verschluß- und Öffnungsventilen in das zylindrische Mischgefäß, in Zu- oder Ablaufleitungen, oder in die Mischelemente kann eine Verstärkung der Mischwirkung des Hubstrahlmischers erzielt werden und der Hubstrahlmischer gleichzeitig als Pumpe wirken.By installing periodically operating shut-off and opening valves in the cylindrical mixing vessel, in inlet or outlet lines, or in the mixing elements the mixing effect of the reciprocating jet mixer can be increased and the lift jet mixer also act as a pump.

Damit kann ein kontinuierlicher Durchfluß durch den Apparat gewährleistet werden.This ensures a continuous flow through the apparatus will.

Ein Beispiel für ein Mischelement mit periodisch arbeitenden Verschluß- und Öffnungsventilen zeigt Fig. 5* Die in dem Mischelement (3) für die Strahlbildung vorgesehenen Öffnungen (5) werden durch die Ventile (6) periodisch geöffnet und verschlossen. Die Ventile können dabei so angeordnet sein, daß bei einer Bewegungsrichtung eine Ventilgruppe geöffnet und eine andere verschlossen wird. Durch die Wahl der Anzahl sowie die Anordnung der jeweils geöffneten bzw.An example of a mixing element with periodically operating closure Fig. 5 shows the and opening valves in the mixing element (3) for the jet formation provided openings (5) are opened periodically by the valves (6) and locked. The valves can be arranged in this way be that at In one direction of movement, one valve group is opened and another is closed will. By choosing the number and the arrangement of the respectively opened or

verschlossenen Ventile zueinander läßt sich sowohl die Mischwirkung als auch die Pumpwirkung des Hubstrahlmischers in weiten Grenzen verändern und den praktischen Erfordernissen anpassen.closed valves to each other can be both the mixing effect as well as the pumping action of the reciprocating jet mixer change within wide limits and the adapt to practical requirements.

Claims (11)

PatentansprücheClaims 1. Hubstrahlmischer zur Durchführung von Mischvorgängen sowie von Wärme- und Stofftransportprozessen ohne und mit chemischen Reaktionen, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Mischgefäß(1l in dem sich ein axial beweglicher Stab(2) befindet, an dem in bestimmten Abständen Mischelemente(,) befestigt sind.1. Lifting jet mixer for carrying out mixing processes as well as Heat and mass transport processes with and without chemical reactions, marked through a cylindrical mixing vessel (1l in which an axially movable rod (2) is located, to which mixing elements (,) are attached at certain intervals. 2. tIubstrahlmischer nach Anspruch 1, dadurch zekennzeichnet, daß zur Führung des Stabes(2)mit den Mischelementen(3>im Mischgefäß Führungselemente vorgesehen werden können, die unmittelbar am Stab oder auch an den Mischelementen befestigt sind.2. Subjet mixer according to claim 1, characterized in that for guiding the rod (2) with the mixing elements (3> guide elements in the mixing vessel can be provided directly on the rod or on the mixing elements are attached. 3. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente(3)den Mischraum in Stufen unterteilen.3. Lifting jet mixer according to claim 1 and 2, characterized in that that the mixing elements (3) divide the mixing space into stages. 4. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rlrchmesser der Mischelemente(3)vorzugsweise nur wenig kleiner ist als der Durchmesser des Mischgefäßes (1 4. Lifting jet mixer according to claim 1 to 3, characterized in that that the diameter of the mixing elements (3) is preferably only slightly smaller than that Diameter of the mixing vessel (1 5. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab 2 mit den daran befestigten Mischelementen(5)eine periodische Hubbewegung ausführt.5. Lifting jet mixer according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the rod 2 with the mixing elements (5) attached to it is periodic Executes lifting movement. 6. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn-- zeichnet, daß der Hubweg vorzugsweise gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Mischelementen(3)ist.6. lifting jet mixer according to claim 1 to 5, characterized in that that the stroke is preferably equal to the distance between two adjacent mixing elements (3). 7. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Takte, aus denen ein Hub besteht, zeitlich unterschiedlich lang sind.7. lifting jet mixer according to claim 1 to 6, characterized in that that the two clocks that make up a hub have different lengths of time. 8. Hubstrahlmischer-nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente durch ihre translatorische Bewegung Strahlen erzeugen, die in die benachbarten Stufen eindringen und sich mit dem dort befindlichen Fluid vermischen.8. Lifting jet mixer-according to claim 1 to 7, characterized in that that the mixing elements generate rays through their translational movement which penetrate into the adjacent steps and mix with the fluid located there. 9. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Strahlen durch die periodische Hubbewegung der Mischelemente periodisch geändert wird. 9. Lifting jet mixer according to claim 1 to 8, characterized in that that the direction of the rays by the periodic stroke movement of the mixing elements is changed periodically. 10. Die Mischelemente mit den Strahlerzeugungsöffnungen können jede geometrische Form haben, die zur Erzeugung von Strahlen geeignet ist.10. The mixing elements with the jet generating openings can be any have a geometric shape suitable for generating rays. 11. Hubstrahlmischer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einbau von Ventilen im Mischgefäß(1) oder in Mischelementen(3)oder in Zu- und Ablaufleitungen eine Verbesserung Qer Mischwirkung und eine Pumpwirkung auf Grund der Hubbewegung erzielt wird.11. Lifting jet mixer according to claim 1 to 10, characterized in that that by installing valves in the mixing vessel (1) or in mixing elements (3) or in Inlet and outlet lines an improvement in the mixing effect and a pumping effect is achieved due to the lifting movement.