DE2753153A1 - Lifting mixer - with axially reciprocating vertical paddle mixer shaft for lower power consumption - Google Patents

Abstract

A lifting mixer for heat, mass transfer or mixing operations with or without chemical reactions consists of a paddle assembly on a vertical shaft in a mixing vessel which performs a periodical axial lifting motion. The blades of the paddles are inclined to the horizontal at an angle of 10-60 degrees (20-45 degrees) and their spacing on the axial shaft equals at least the amount of the lift. This impresses on the fluid a velocity with axial and radial components and combines a high mixing intensity with a much lower energy consumption, compared with conventional mixers.

Description

HubmischerLift mixer

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubmischer zur Durchführung von Mischvorgängen und/oder von Wärme- und Stofftransportprozessen ohne oder mit chemischer Reaktion, bei dem an einem Axialstab befestigte Mischelemente in einem Mischgefäß eine periodische Hubbewegung in axialer Richtung ausführen.The present invention relates to a lifting mixer for implementation of mixing processes and / or of heat and mass transfer processes with or without chemical reaction in which mixing elements attached to an axial rod in one Perform a periodic stroke movement in the axial direction of the mixing vessel.

Aus der DT-OS 25 25 229 ist ein Hubmischer der eingangs genannten Art bekannt, der jedoch verhältnismäßig zu viel Energie benötigt, um eine vorgegebene Mischzeit der zu mischenden Komponenten einzuhalten. Diese bekannten Hubmischer haben zwar den Vorteil, daß es damit möglich ist, schlanke Reaktoren gut zu durchmischen, stehen aber im Energieverbrauch den altbekannten Rührwerken gleich, bei denen das Mischelement rotiert.From DT-OS 25 25 229 a lifting mixer of the type mentioned above is Kind known, which however requires relatively too much energy to produce a given Adhere to the mixing time of the components to be mixed. These well-known lifting mixers have the advantage that it is possible to mix slim reactors well, but are on a par with the well-known agitators in terms of energy consumption Mixing element rotates.

Bei rotierenden Mischelementen wird der fluiden Phase (Medium mit flüssigkeitsähnlichem Verhalten) eine Bewegung aufgeprägt, die tangential zum Mischelement gerichtet ist(Tangentialbewegung) und der Mischelementbewegung folgt, also rotiert. Dieser Rotation wird aufgrund von Zentrifugalkräften eine Sekundärbewegung überlagert, deren Komponenten senkrecht zur Tangentialbewegung stehen.With rotating mixing elements, the fluid phase (medium with liquid-like behavior) a movement is imposed that is tangential to the mixing element is directed (tangential movement) and follows the mixing element movement, i.e. rotates. A secondary movement is superimposed on this rotation due to centrifugal forces, whose components are perpendicular to the tangential movement.

Diese radialen und axialen Komponeten der Fluidbewevung sind nach den Ergebnissen einer theoretischen Untersuchung (Chemieanlagen und Verfahren 1975, Heft 4; S. 32 - 33 Chem.-Ing.-techn. 49 (1977), Nr. 7, SA 350) allein für die Mischintensität verantwortlich. Es wird weiter berichtet, daß die Radial- und Axialgeschwindigkeit der Bewegungskomponenten sehr viel kleiner ist als die der Tangentialbewegung und somit nur ein geringer Anteil der zugeführten Energie für den Mischvorgang genutzt wird. Diesem Gedankengang folgend, wurde der in der DT-OS 25 25 229 beschriebene Mischer entwickelt, bei dem auf Rotationsbewegungen gänzlich verzichtet wird und bei dem die Mischelemente axial bewegt werden, d.h. diese Elemente führen eine reine Hubbewegung durch. Diese Mischelemente sind als durchbrochene Platten ausgebildet und stehen senkrecht zur Hubbewegung.These radial and axial components of fluid movement are after the results of a theoretical investigation (chemical plants and processes 1975, Booklet 4; Pp. 32 - 33 Chem.-Ing.-techn. 49 (1977), No. 7, SA 350) only for the mixing intensity responsible. It is further reported that the radial and axial speed of the motion components is much smaller than that of the tangential motion and thus only a small proportion of the energy supplied is used for the mixing process will. Following this line of thought, the one described in DT-OS 25 25 229 was Mixer designed in which on rotational movements completely waived and in which the mixing elements are moved axially, i.e. guide these elements a pure lifting movement. These mixing elements are available as openwork panels formed and are perpendicular to the lifting movement.

Das aus der DT-OS 25 25 229 bekannte Hubmischelement prägt dem Fluid eine Bewegung auf, die nur aus radialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten besteht. Diese Geschwindigkeitskomponenten ändern ihre Richtung mit der periodisch axialen Hubbewegung der Mischelemente, und somit wird die gesamte dem Fluid zugeführte Energie für den Mischvorgang genutzt.The stroke mixing element known from DT-OS 25 25 229 shapes the fluid a movement that consists only of radial and axial velocity components consists. These velocity components change their direction periodically with the axial stroke movement of the mixing elements, and thus all of the fluid is supplied Energy used for the mixing process.

Die bekannten Hubmischelemente setzen aber dem Fluid durch ihre geometrische Form für die Strömungsumlenkung am Element einen sehr großen Widerstand entgegen, ohne daß eine entsprechende Mischintensitätssteigerung erzielt wird. Es wird also auch hier wieder nur ein kleiner Teil der zugeführten Energie für den Mischvorgang genutzt.The known stroke mixing elements, however, set the fluid through their geometric Form for the flow deflection on the element counteracts a very large resistance, without a corresponding increase in mixing intensity being achieved. So it will here again only a small part of the energy supplied for the mixing process utilized.

Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mischelement anzugeben, welches bei axialer Bewegung des Elementes ein räumliches Geschwindigkeitsprofil des Fluids erzeugt und bei gegebener Mischintensität den Energiebedarf gegenüber den bekannten Mischelementen wesentlich verringert.It was therefore the object of the present invention to provide a mixing element indicate which, with axial movement of the element, a spatial velocity profile of the fluid and for a given mixing intensity compared to the energy requirement the known mixing elements significantly reduced.

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Blätter der Mischelemente unter einem Winkel von 100 bis 600, vorzugsweise von 200 bis 450, gegen die Horizontale geneigt sind. Diese Mischblätter erzeugen bei der Hubbewegung eine tangentiale Fluidbewegung am Blatt. Entgegen der bestehenden Meinung, daß die Rotationsbewegung des Fluids keinen Nutzen PUr den Mischvorgang hat, werden bei dem erfindungsgemäßen Mischelement durch die periodische Xnderung der axialen Bewegung des Elementes zwei Rotationsbewegungen des Fluids mit unterschiedlicher Richtung erzeugt. Diese unterschiedlichen Rotationsbewegungen des Fluids ergeben eine sehr hohe Mischintensität.The object was achieved according to the invention in that the sheets the mixing elements at an angle of 100 to 600, preferably 200 to 450, are inclined to the horizontal. These mixing blades generate during the lifting movement a tangential fluid movement on the blade. Contrary to popular belief that the Rotational movement of the fluid has no benefit in the mixing process the mixing element according to the invention by the periodic change in the axial movement of the element two rotational movements of the fluid with different directions generated. These different rotational movements of the fluid result in a very high mixing intensity.

Da die Fluidumlenkung am Element strömungstechnisch ideal ist, somit nur ein kleiner Widerstand am Element überbrückt werden muß, und die Strömungsprofile über den gesamten Behälterquerschnitt homogen verteilt sind, ist der Energiebedarf bei hoher Mischintensität wesentlich geringer als bei den bekannten Mischelementen.Since the fluid deflection on the element is ideal in terms of flow, therefore only a small resistance on the element has to be bridged, and the flow profiles are homogeneously distributed over the entire cross-section of the container, is the energy requirement with a high mixing intensity significantly less than with the known mixing elements.

Je nach Mischproblem kann die Rotationsbewegung des Fluids durch den Winkel und die Anordnung der Mischblätter beeinflußt werden.Depending on the mixing problem, the rotational movement of the fluid through the Angle and the arrangement of the mixing blades can be influenced.

Zum Mischen des Fluids in schlanken Reaktoren sind gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung mehrere Mischelemente auf dem Axialstab zu befestigen, deren Abstand mindestens dem Hub entsprechen muß. Dabei unterscheiden sich die Elemente nur durch eine unterschiedliche Neigung der MischblEtter. Werden zwei Mischelemente verwendet, so wird das zweite unter dem jeweiligen Komplementärwinkel des ersten Mischelements auf dem Axialstab befestigt. Um kein zusätzliches Drehmoment auf den Axialstab zu bekommen, ist es angebracht, eine ganzzahlige Anzahl an Mischelementen auf dem Axialstab zu befestigen. Dabei wird jeweils die Hälfte der Mischelemente mit den entsprechenden Komplementärwinkeln der Mischblattneigung ausgestattet. Bei einer größeren ganzzahligen Anzahl an Mischelementen als zwei, brauchen die benachbarten Mischelemente nicht mit dem Komplementärwinkel der Mischblattneigung des vorherigen Elementes ausgeführt werden.For mixing the fluid in slim reactors are according to another Formation of the invention to fasten several mixing elements on the axial rod, whose distance must at least correspond to the stroke. The elements differ here only through a different inclination of the mixing blades. Become two mixing elements is used, the second is at the respective complementary angle of the first Mixing element attached to the axial rod. To avoid additional torque on the To get an axial rod, it is appropriate to have an integer number of mixing elements to be attached to the axial rod. Half of the mixing elements are used equipped with the corresponding complementary angles of the mixing blade inclination. at a larger integer number of mixing elements than two need the neighboring ones Mixing elements not with the complementary angle of the mixing blade inclination of the previous one Element to be executed.

Ohne wesentliche Erhöhung des Energiebedarfs kann die Mischintensität durch Stromstörer, die an der Behälterwand angebracht werden, beeinflußt werden. Die Mischblätter selbst können eben oder gewölbt sein.The mixing intensity can are influenced by baffles that are attached to the tank wall. The mixing blades themselves can be flat or curved.

Der Energiebedarf des erfindungsgemäßen Hubmischelementes ist wesentlich geringer als der herkömmlicher Hubstrahlmischer, da die Fluidumlenkung am Element strömungstechnisch ideal ist.The energy requirement of the lifting mixer element according to the invention is essential less than the conventional reciprocating jet mixer because the fluid is deflected on the element is ideal in terms of flow.

Für die praktische Anwendung der erfindungsgemäßen Hubmischer hat es sich als günstig erwiesen, ein Durchmesserverhältnis zwischen Element und Behälter d/D von 0,5 - 0,95 und vorzugsweise von 0,7 - 0,9 zu wählen. Je nach Mischproblem ist der Hub auf das 0,2- bis 1,5-fache des Behälterdurchmessers und als Optimum das 0,5- bis 1-fache einzustellen.Has for the practical application of the lifting mixer according to the invention it has proven to be advantageous to have a diameter ratio between the element and the container d / D from 0.5-0.95 and preferably from 0.7-0.9 to be selected. Depending on the mixing problem the stroke is 0.2 to 1.5 times the container diameter and is the optimum set 0.5 to 1 times.

In der nachfolgenden Zeichnung wird die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.In the following drawing, the embodiment of an inventive Device explained in more detail.

In ihr ist schematisch ein Teil des Hubmischapparates dargestellt.In it a part of the lifting mixer is shown schematically.

Er besteht im wesentlichen aus einem Behälter 1 (in diesem Fall zylindrisch) und einem Antriebsstab 2, auf dem Mischelemente 3, 4, 5, 6 befestigt sind. Dieser Antriebsstab 2 führt eine periodische Hubbewegung in axialer Richtung aus. Bei dieser axialen Bewegung des Antriebsstabes 2 wird das Fluid der einen Stufe an den Schaufeln der Mischelemente 3, 4, 5, 6 umgelenkt, tangential beschleunigt und in Rotation versetzt. Dabei vermischt es sich mit dem Fluid der nächsten Stufe. Durch die periodisch veränderliche Bewegung des Antriebsstabes 2 muß sich durch die Mischelemente 3, 4, 5, 6 bedingt die Richtung der Fluidrotationsbewegung ändern, welche die gute Mischintensität dieses Hubmischers bewirkt. Es ist deshalb der Hubweg des Axialstabes 2 von dem Abstand der Mischelemente abhängig. Die Blätter der Mischelemente 3, 6 sind unter dem jeweiligen Komplementärwinkel der Blätter 8 der Mischelemente 4, 5 auf dem Axialstab 2 befestigt.It essentially consists of a container 1 (in this case cylindrical) and a drive rod 2 on which mixing elements 3, 4, 5, 6 are attached. This Drive rod 2 performs a periodic stroke movement in the axial direction. At this axial movement of the drive rod 2 is the fluid of the one stage on the blades of the mixing elements 3, 4, 5, 6 deflected, accelerated tangentially and in rotation offset. It mixes with the fluid of the next stage. Through the periodic variable movement of the drive rod 2 must be through the mixing elements 3, 4, 5, 6 conditionally change the direction of the fluid's rotational movement, which is the good Mixing intensity of this lift mixer causes. It is therefore the stroke of the axial rod 2 depends on the distance between the mixing elements. The blades of the mixing elements 3, 6 are at the respective complementary angle of the blades 8 of the mixing elements 4, 5 attached to the axial rod 2.

In den Mischelementen 3, 4, 5, 6 können verschiedenartige Umlenkvorrichtungen vorgesehen werden, die das Fluid umlenken, tangential beschleunigen und in Rotation versetzen. Die Form, ihre Zahl, ihre Anordnung in den Elementen 3, 4, 5, 6 und von den Elementen 3, 4, 5, 6 zueinander sind vom Mischproblem abhängig und können in weiter. Grenzen verändert werden.In the mixing elements 3, 4, 5, 6 different types of deflection devices be provided that deflect the fluid, accelerate tangentially and in rotation offset. The shape, their number, their arrangement in the elements 3, 4, 5, 6 and from the elements 3, 4, 5, 6 to each other are dependent on the mixing problem and can in Further. Boundaries are changed.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels weiter ausgeführt.The invention is further elaborated below with the aid of an example.

Beispiel In einer Mischapparatur entsprechend der Zeichnung mit einem Durchmesser von 0,19 m und einer Länge von 0,3 m wurden die Mischzeit und die Leistungsaufnahme der Mischelemente ermittelt. Die Hubstrahlmischelemente nach der DT-OS 25 25 229 (Mischelemente mit Ventilen; Seite 3 unterer Absatz, Seiten 4 und 6; Figur 5) benötigen bei einer Mischzeit von t = 9 s eine Leistung von 1,5 W. Dagegen benötigen die erfindungsgemäßen propellerähnlich geneigten Mischelemente nach der Zeichnung 1 bei einer Mischzeit von 11 s nur 0,15 W Leistung, also nur etwa Dabei wurde das Fluidvolumen im Behälter, der Abstand zwischen den Mischelementen und der Hub gleich gehalten. Die Mischzeit wurde nach der bekannten Farbumschlagsmethode bestimmt. Dabei wird mittels Farbindikator und Lauge (NaOH) das Fluidvolumen rot gefärbt. Nach der Zugabe von Säure (HCl) und damit Neutralisation der vorhandenen Lauge wird das Fluid farblos. Die Zeit von Beginn der Säurezugabe bis zum Farbumschlag wurde gestoppt und die Mischzeit registriert. Die Zeit ist durch die Säuremenge beeinflußbar, d.h. der überschuß an Säure, der auch als Mischgüte bezeichnet wird, beeinflußt die Zeit. Die Mischzeit wurde für eine Mischgüte von 1 % ermittelt.Example In a mixing apparatus according to the drawing with a The mixing time and power consumption were determined by a diameter of 0.19 m and a length of 0.3 m of the mixing elements determined. The lifting jet mixing elements according to DT-OS 25 25 229 (Mixing elements with valves; page 3 lower paragraph, pages 4 and 6; Figure 5) with a mixing time of t = 9 s, a power of 1.5 W. In contrast, the inventive Propeller-like inclined mixing elements according to drawing 1 at a mixing time of 11 s only 0.15 W power, so only about The fluid volume in the container, the distance between the mixing elements and the stroke are kept the same. The mixing time was determined by the known color change method. This is done by means of a color indicator and lye (NaOH) colored the fluid volume red. After adding acid (HCl) and thus neutralization of the lye present, the fluid becomes colorless. The time of The beginning of the acid addition until the color change was stopped and the mixing time was recorded. The time can be influenced by the amount of acid, i.e. the excess of acid that is also referred to as mixing quality, affects the time. The mixing time was for a mixing quality of 1% was determined.

Claims (5)

Patentansprüche 1. Hubmischer zur Durchführung von Mischvorgängen und/oder von Wärme- und Stofftransportprozessen ohne oder mit chemischer Reaktion, bei dem an einem Axialstab befestigte Mischelemente in einem Mischgefäß eine periodische Hub bewegung in axialer Richtung ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (8) der Mischelemente (3, 4, 5, 6) unter einem Winkel von 100 bis 600, vorzugsweise 200 bis 450, gegen die Horizontale geneigt sind.Claims 1. Lift mixer for carrying out mixing processes and / or from heat and mass transfer processes with or without a chemical reaction, with the mixing elements attached to an axial rod in a mixing vessel a periodic Perform stroke movement in the axial direction, characterized in that the sheets (8) the mixing elements (3, 4, 5, 6) at an angle of 100 to 600, preferably 200 to 450, are inclined to the horizontal. 2. Hubmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Axialstab (2) befestigten Mischelemente (3, 4, 5, 6) in Abständen angeordnet sind, die mindestens dem Hub entsprechen.2. Lift mixer according to claim 1, characterized in that the on the axial rod (2) attached mixing elements (3, 4, 5, 6) arranged at intervals that are at least equal to the hub. 3. Hubmischer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischelemente (3, 6) unter dem jeweiligen Komplementärwinkel der Mischelemente (4, 5) auf dem Axialstab (2) befestigt sind.3. Lift mixer according to claim 1 and 2, characterized in that the Mixing elements (3, 6) at the respective complementary angle of the mixing elements (4, 5) are attached to the axial rod (2). 4. Hubmischer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mischgefäßes (1) Stromstörer (7) angeordnet sind.4. Lift mixer according to claim 1 to 3, characterized in that within of the mixing vessel (1) baffles (7) are arranged. 5. Hubmischer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischblätter (8) eben oder gewölbt sind.5. Lift mixer according to claim 1 to 4, characterized in that the Mixing blades (8) are flat or curved.