DE3021606C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer
zum Erzeugen eines kleinblasigen Schaumes aus einer Luft, Wasser und
Tensid enthaltenden Mischung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Statische Mischer bewirken eine intensive Durchmischung eines
sie im Gleichstrom durchströmenden Fluids aus Flüssigkeiten,
auch solchen unterschiedlicher Viskosität, Gasen und gegebenen
falls feinverteilten Feststoffen. Ähnliche Vorrichtungen werden
auch als Reaktorgefäß verwendet, um das strömende Fluid mit auf
den festen Einbauten gehaltenen Katalysatoren in innige Berüh
rung zu bringen.
Ein statischer Mischer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1 ist aus der DD-PS 1 37 406 bekannt und soll durch drei
dimensionale Teilströmungen eine kontinuierliche und intensive
Mischtechnik für Stoffe ähnlicher aber auch unterschiedlicher
Konsistenz, wie Emulsionen oder Pasten bieten.
In einer ersten Variante dieses bekannten statischen Mischers
erhält das Mischgut einen rechtsgängigen Drall, bedingt durch
die Ausgestaltung der Kanäle im Streckmaterial. Bei der zweiten
Variante ist ein steter Wechsel von rechtsgängigem und links
gängigem Drall vorgesehen. Diese Patentschrift gibt keiner
lei Hinweis, daß der darin beschriebene statische Mischer zur
Schaumerzeugung geeignet sein könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Erzeugen von kleinblasigem Schaum zu
schaffen, die einen solchen Schaum in möglichst beständiger Form
kontinuierlich mit bester Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit,
also mit möglichst geringem Material- und Energieaufwand er
zeugt.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die
Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1.
Auf diese Weise wird vermieden, daß das Mischgut beim Durchströ
men des statischen Mischers einen unerwünschten Drall erhält.
Das Mischgut wird vielmehr ohne spiraliges Strömen in den Kanä
len lediglich nach außen bzw. nach innen geleitet, wobei alle
Teilströme der Mischung von einem Mischelement zum folgenden
Mischelement jeweils einem wechselnden Druck und umgekehrt
korrelierter Strömungsgeschwindigkeit unterworfen sind, was zur
Bildung von Schaumblasen in der Mischung führt, die im Verlauf
des Durchgangs durch die Vorrichtung immer kleiner werden. Dabei
wird die Bildung von Schaumblasen noch verstärkt durch den
scharfen Richtungswechsel der Teilströme beim Übertritt von den
Kanälen im ersten Mischelement in die Kanäle des zweiten Misch
elements, und bei jedem weiteren solchen Übertritt.
Die Bestandteile der Mischung, aus der ein Schaum erzeugt werden
soll, können dem stromaufwärts liegenden Ende des statischen
Mischers mit einem gleichmäßigen Druck zugeführt werden, mit dem
die Mischung in die Kanäle der Mischelemente eintritt, und diese
Kanäle haben die Gestalt von Kreisen von Teilkanälen, die im
allgemeinen in Ringgruppen angeordnet sind, in welchen die
Innen- und Außenradien des Ringes abwechselnd größer und kleiner
werdende Durchmesser aufweisen, während der radiale Abstand zwi
schen den Außen- und Innenumfängen der Ringe im wesentlichen
gleich bleibt.
Wenn der Durchmesser eines Ringes abnimmt, verringert sich sein
Querschnitt, und die Geschwindigkeit der Fluidmischung steigt.
Diese Erhöhung der Geschwindigkeit verringert den Druck im
Fluidstrom. An Stellen, an denen der Querschnitt des Ringes zunimmt,
verringert sich die Geschwindigkeit des Fluidstroms und damit
der Druck im Fluidstrom. Diese abwechselnde Verringerung und
Erhöhung des Drucks im Fluidstrom erzeugt den Schaum.
Der in einem erfindungsgemäßen statischen Mischer erzeugte
kleinblasige Schaum kann durch Schläuche oder Rohre bis zu
60 Meter Länge und mit niedriger Geschwindigkeit abgegeben
werden, ohne daß er dabei in abwechselnde Pfropfen oder Blöcke
von Schaum und Luft zerfällt, wie es bei den bekannten Schaumer
zeugern der Fall sein kann.
Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschrei
bung eines Ausführungsbeispiels, die sich auf die
Zeichnung bezieht, worin entsprechende Teile in allen Figuren
mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung, zum großen Teil im
Schnitt, eines erfindungsgemäßen statischen Mischers als
Schaumerzeuger; die
Fig. 2 und 3 Endansichten des Schaumerzeugers der Fig. 1
vom Auslaßrohr bzw. Einlaßrohr her gesehen;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Streckmaterialbandes, das
zur Herstellung der Mischelemente des erfindungsgemäßen
Schaumerzeugers verwendet wird;
Fig. 5 eine Endansicht des Bandes der Fig. 4;
Fig. 6 eine Endansicht eines der Mischelemente des
Schaumerzeugers, das durch Aufwickeln des in den Fig. 4 und 5
gezeigten Bandes zu einer Spirale hergestellt ist;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht des Streckmaterialbandes der
Fig. 4;
Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7;
Fig. 9 einen stark vergrößerten Ausschnitt eines Randabschnitts
des in Fig. 5 gezeigten Bandes, welcher die Bauart der
Wabenzellen relativ zueinander zeigt.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen statischen Mischer als Schaum
erzeugungsvorrichtung
mit einem zylindrischen Rohrabschnitt 10 mit einer Endwand 12
an seinem stromaufwärts gelegenen Ende, durch den ein Zuführungs
rohr 14 mündet. Am anderen Ende des Schaumerzeugerrohrabschnitts
10 befindet sich eine Endwand 16 mit einer Öffnung, die mit einem
Schaumablaßrohr 18 in Verbindung steht. Innerhalb des Rohrab
schnitts 10 befinden sich eine Mehrzahl von Mischabteilungen 20,
von denen sechs in Fig. 1 gezeigt sind.
Jede Mischabteilung 20 enthält zwei aufgewickelte Streckmaterialbänder 22
und 24 von gleicher Bauweise, die jedoch Rücken an Rücken ange
ordnet sind, so daß die Kanäle der Mischabteilung abwechselnd nach
außen und innen geneigt sind.
Am Auslaßende des Rohrabschnitts 10 befindet sich ein Leitelemente
26 mit geraden Waben zwischen der letzten Mischabteilung 20 und
der Öffnung in das Auslaßrohr 18.
Eine Mischung von Wasser, Luft und Tensid (oberflächenaktives
Mittel) wird dem stromaufwärtsliegenden Ende des Schaumerzeugers
durch das Zufuhrrohr 14 mittels einer Pumpe 28 zugeführt, die
durch einen Motor 30 mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben
ist. In der gezeigten Bauweise ist im Rohrabschnitt 10 stromauf
wärts von den Mischabteilungen 20 eine Kammer 32 zur Aufnahme des
Wassers, der Luft und des Tensids vorgesehen, welche die Bestand
teile bilden, aus denen der Schaum erzeugt wird.
Die Bauweise der aufgewickelten Streckmaterialbänder 22 und 24, welche die
Mischabteilungen 20 bilden, wird genauer mit Bezug auf andere
Figuren der Zeichnung erläutert, jedoch zeigt Fig. 1 Mischab
teilungen, die gebildet sind durch Aufwickeln eines Bandes
zu einer Spirale mit sechs Windungen, die einander längs gegen
überliegender Spiralflächen berühren, von denen einige in Fig. 1
durch die Linien 34 angegeben sind. Die Wabenöffnungen in den
Bändern 22 und 24 verlaufen nicht rechtwinklig zu den Kanten der
Bänder, sondern diagonal dazu, wie die schrägen Linien zeigen,
die sich zwischen entgegengesetzten Seiten der aufgewickelten
Bänder erstrecken, so daß in jeder aufeinanderfolgenden
Schicht des Bandes Wabenöffnungen in einer solchen Stellung sind,
daß sie mit einer Wabenöffnung der nächstfolgenden Schicht in
Verbindung stehen. Diese Öffnungen passen nicht genau aufeinander,
sind jedoch so groß bezüglich der sie umgebenden Materialwände, daß
die Verbindung zwischen aufeinanderfolgenden Schichten erhalten
wird, ohne daß die Wabenöffnungen tatsächlich passend zusammen
stoßen.
Wegen der Neigung der Wabenöffnungen in den aufgewickelten
Bändern 22 und 24 stehen die Öffnungen nicht nur von einer Schicht
zur nächsten in einer radialen Richtung in Verbindung, sondern öffnen
sich auch durch entgegengesetzte Seiten der aufgewickelten
Bänder, und einige der durch diese Verbindung gebildeten schräg
verlaufenden Kanäle sind in Fig. 1 mit 36 bezeichnet. Es ist daher
ersichtlich, daß sich die Öffnungen 36 durch die rechtsliegende
Oberfläche des aufgewickelten Bandes 22 erstrecken und längs
Richtungen verlaufen, die von der Achse des aufgewickelten Bandes
22 abweichen und schließlich an der linken Seite der Bandspirale 22
austreten.
Die Bandspirale 24 ist vorzugsweise von gleicher Bauweise wie die
Bandspirale 22, jedoch entgegengesetzt ausgerichtet, so daß die
Kanäle, welche den Kanälen 36 der Bandspirale 22 entsprechen,
sich mit einer entgegengesetzten Neigung wie die in der Band
spirale 22 erstrecken. Einige der Kanäle, welche in Richtung auf
die Achse der Bandspirale 24 zusammenlaufen, sind in Fig. 1 mit
38 bezeichnet.
Nicht alle der Schrägkanäle 36 und 38 stehen miteinander in Ver
bindung. Die Neigung dieser Kanäle bewirkt, daß einige durch die
Seiten der aufgewickelten Bänder 22 und 24 münden und an
ihren anderen Enden durch den Umfang der Bandspirale, so daß sie
an der Innenfläche des zylindrischen Rohrabschnitts 10 tot enden.
Andere Kanäle, welche sich durch die einander gegenüberliegenden
Seiten der Bandspiralen 22 und 24 erstrecken, enden tot in ent
sprechende Kanäle an der entgegengesetzten Seite der Mittelachse
der aufgewickelten Bänder. Um die Arbeitsweise des Schaumerzeugers
leichter verständlich zu machen, sind alle Kanäle, welche in Hin
dernissen tot enden, in Fig. 1 punktiert ausgefüllt um anzuzeigen,
daß sie keinen Teil der Kanäle bilden, durch welche die Bestand
teile des Schaums strömen.
Die mit 36 und 38 bezeichneten Kanäle, und die anderen nicht ge
punktet ausgefüllten Kanäle bilden die offenen Teile jeder Misch
abteilung 20, durch welche die Bestandteile des Schaums hindurch
treten und in denen die Druckveränderungen und Durchwirbelung der
Schaumbestandteile bewirkt, daß sie den kleinblasigen Schaum bilden.
Die offenen Kanäle 36 sind in jeder Spirale des Bandes 22 von
gleichem Querschnitt, jedoch wird ihr Umfang größer je näher
sie am Umfang des aufgewickelten Bandes liegen. Dadurch ver
größert sich der Querschnitt der Kanäle 36 und diese Querschnitt
vergrößerung verringert die Strömungsgeschwindigkeit und steigert
den Druck des Fluidstroms.
Im aufgewickelten Band 24, welches das zweite Element der
Mischabteilung 20 bildet, sind die Öffnungen 38 nach innen in
Richtung auf die Achse des aufgewickelten Bandes 24 geneigt, so daß
der Querschnitt jeder der Kanäle 38 in ihrer Erstreckung in der
Fließrichtung der Schaumbestandteile durch den Schaumerzeuger ab
nimmt. Die Geschwindigkeit des Fluidstroms steigt mit abnehmendem
Querschnitt, und die Geschwindigkeitszunahme verringert den Druck
des Fluidstroms. So nimmt der durch das
erste Element der Mischabteilung 20 in Richtung auf das Schaum
auslaßrohr 18 strömenden Fluidstrom an Geschwindigkeit ab und an
Druck zu, bis er die gegenüberliegenden Flächen der aufgewickelten
Bänder 22 und 24 erreicht, und nimmt dann an Geschwindigkeit zu
und an Druck ab, bis er die nächste Mischabteilung 20 erreicht.
Dieser Druckwechsel begünstigt das Schäumen, und die durch die
Richtungsänderung des Stroms erzeugte Wirbelbildung begünstigt
das Schäumen noch weiter. Die Tatsache, daß die Wabenöffnungen in
jeder Schicht der aufgewickelten Bänder nicht genau mit den Öffnun
gen durch benachbarte Schichten an den gegenüberliegenden Flächen
von aufeinanderfolgenden aufgewickelten Bändern übereinstimmen,
begünstigt noch weiter die Wirbelbildung und damit die Schaumbil
dung der Bestandteile.
Die für die erste Mischabteilung 20 beschriebene Wirkung wieder
holt sich in den folgenden Abteilungen, wobei mehr und mehr der
Bestandteile geschäumt werden und die Größe der Schaublasen immer
kleiner wird. Am Auslaßende der letzten Mischabteilung 20 sorgt
die Wabenplatte 26 mit axial-parallelen Kanälen für den Austritt
aus den schräg verlaufenden Kanälen der letzten Mischabteilung 20
in das Schaumauslaßrohr 18. Die Fig. 2 und 3 zeigen Endansichten
des Schaumerzeugers.
Fig. 4 zeigt das Band 22, bevor es zu einer Spirale aufgewickelt
ist. Es hat eine Breite von etwa 2,5 cm
und eine Länge von etwa 75 cm genügt zur Herstellung einer
Spirale von etwa 7,6 cm Durchmesser, welche zur Verwendung in einem
Schaumerzeuger des in Fig. 1 gezeigten Typs geeignet ist. Solche Streck
materialbänder aus Aluminium und verschiedenen Metallen und Kunst
stoffen sind im Handel erhältlich. Die Wabenzellen 42 sind in den
handelsüblichen Bändern keine Sechsecke, wenn man sie rechtwinklig
zur Oberfläche des Bandes betrachtet. Der tatsächliche Querschnitt
der Zelle in einer Ebene rechtwinklig zuf Längsachse der Zelle hat
ungefähr die Form eines Hexagons.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt des Bandes der Fig. 4 in stark ver
größertem Maßstab, so daß die Wände zwischen den Sechseck
zellen mit doppelten Linien gezeigt werden können.
Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 7 und zeigt
die Art, in der Wände 52 der Sechseckzellen 42 in einem Winkel
zu den breiten Flächen des Bandes 22 geneigt verlaufen.
Fig. 6 zeigt die Art, in welcher das Band 22 aufgewickelt ist,
um das erste Element der Mischabteilung 20 der Fig. 1 zu bilden.
Das aufgewickelte Wabenband 22 in Fig. 1 ist, wie oben erwähnt,
zur deutlicheren Darstellung mit nur fünf Windungen der Spirale
gezeigt, jedoch werden tatsächlich gewöhnlich mehr Windungen ver
wendet, um einen Schaumerzeuger von erheblicher Kapazität herzu
stellen. Fig. 6 zeigt eine größere Zahl von Windungen in der
Spirale.
Fig. 8 zeigt eine Schicht 56 des aufgewickelten Bandes 22,
die über einer anderen Schicht 58 liegt, die nur teilweise ge
zeigt ist. Die Wabenzellen 42 laufen schräg nach unten links in
Fig. 8, und die Zellenwände der Schicht 58 sind mit 82 bezeichnet.
Da ein einziges Band 22 spiralig aufgewickelt ist, wie in Fig. 6
gezeigt, ist es unmöglich, daß die Wabenzellen 42 der Schicht 56
(Fig. 8) in einer Linie mit den entsprechenden Zellen 42 der
nächsten Schicht 58 liegen. An manchen Stellen rings um die Spi
rale werden sie tatsächlich zufällig gerade aufeinander treffen,
jedoch werden längs der meisten Kanäle durch welche der Fluidstrom
fließt, die Wände der Wabenzellen einer Schicht nicht in einer
Linie auf die Wände der Wabenzellen der nächsten Schicht treffen,
wie durch die Schichten 56 und 58 in Fig. 8 gezeigt. Die Zellen
einer Schicht überlappen diejenigen einer anderen Schicht, und
die Zellwände 82 liegen in der Linie der Strömung durch die Zellen
42 der Windung 56. Das ist dadurch nützlich, daß es zu einer
stärkeren Turbulenz der Strömung und besserem Schäumen beiträgt.
Die schrägen Wabenzellen 42 der Fig. 8 sind die Kanäle 36 der
Fig. 1, durch welche der Fluidstrom in Abwärtsrichtung strömt,
wobei die Radien der Kanäle 36 in Umfangsrichtung in dem Maß zu
nehmen, wie sie sich zum nächsten aufgewickelten Wabenband 24 er
strecken.
Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform der Erfindung
ermöglicht eine wirksame und wirtschaftliche Art der Erzeugung
von Schaum mit kleinen Blasen, der über erhebliche Entfernungen
zum Verwendungsort transportierbar ist, wo er zum Binden von Staub
und für andere Zwecke dienen kann.
Claims (8)
1. Statischer Mischer zum Erzeugen eines kleinblasigen
Schaumes aus einer Luft, Wasser und Tensid enthaltenden
Mischung mit einer rohrförmigen Kammer, mit einem Einlaß
zur Zufuhr der Mischung an dem einen Ende der Kammer, mit
einem Auslaß für den fertigen Schaum an dem anderen Ende der
Kammer, mit einer Mehrzahl von axial hintereinander angeordne
ten Mischabteilungen in der Kammer und mit je einem Mischele
ment in jeder Mischabteilung, wobei jedes Mischelement eine
Mehrzahl von Kanälen zur Erzeugung von Teilströmen der Mischung
aufweist, wobei zwei verschiedene Arten von Mischelementen
sich von einer Mischabteilung zur benachbarten abwechseln,
wobei die Kanäle der einen Art der Mischelemente das insge
samt axial strömende Mischgut mit einer radial nach außen
gerichteten Komponente und die Kanäle der anderen Art das
Mischgut in einer radial nach innen gerichteten Komponente
leiten und wobei die Kanäle in einem bandförmigen Streckma
terial ausgebildet sind, das zum Einbau in die Kammer spira
lig aufgewickelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle in dem noch nicht spiralig aufgewickelten
Streckmaterial in parallelen Reihen mit parallelen Wänden
angeordnet sind.
2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
aufeinander folgende Mischelemente (22, 24) von im wesentlichen
gleicher Bauart, in entgegengesetzter Richtung angeordnet sind,
um die Veränderungen der Strömungsrichtung von einer solchen mit
radial nach außen gerichteter Komponente zu einer solchen mit
radial nach innen gerichteter Komponente des insgesamt axial
strömenden Mischguts zu erhalten.
3. Mischer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß jedes Element (22, 24) eine axiale Länge L hat und
die Mehrzahl von Kanälen (36, 38) sich in einem Winkel A zur
Längsachse der Kammer erstreckt, wobei die Kanäle des nächsten
Elements, wenn die Kanäle durch gegenüberliegende Enden der Ele
mente in einem Abstand L tan A von der Längsachse offen sind,
durchgehen und die Kanäle, die durch die näher an der Längsachse
liegenden Endflächen offen sind, mit entsprechenden Kanälen an
der Achse der Kammer tot enden.
4. Mischer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß einige der Kanäle (36, 38) durch nur
eine Seite ihres Elements, welche entsprechenden Kanälen des
benachbarten Elements gegenüberliegt, durchlässig sind und
einige der Kanäle an der Längsachse der Elemente oder an der
Innenwand der Kammer, welche den Außendurchmesser der Elemente
berührt, tot enden.
5. Mischer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (42) der Elemente
(22, 24) sich sowohl durch die äußere Umfangsoberfläche der
Spirale als auch durch die Endflächen der Spirale des Streck
materials und parallel zueinander und zu ihren Längsachsen,
jedoch in einem spitzen Winkel zur Achse der Spirale erstrecken.
6. Mischer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (36, 38) sich durch eine
Länge von spiralig aufgewickeltem bandförmigem Streckmetall er
strecken, wobei das Streckmaterial Öffnungen (42) von im allge
meinen wabenförmigen Querschnitt aufweist, die durch dünne Wände
aus Metall voneinander getrennt sind und die Kanäle (52) bilden,
wobei die Kanäle und Wände die Dicke der Windungen der Spirale
bestimmen.
7. Mischer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
äußere Ende der Länge von spiralig aufgewickelten Streckmetall
band so geformt ist, daß der Umfang der Spirale im ganzen
kreisförmig ist, und daß die Elemente (22, 24) in der rohr
förmigen Kammer so angeordnet sind, daß der Umfang jedes
Elements (22, 24) die Innenwand der Kammer berührt.
8. Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Öffnungen im ganzen einen mehreckigen Querschnitt haben und sich
durch das Band in einem Winkel von etwa 35° zu den oberen und
unteren Oberflächen des Bandes erstrecken, wobei das Streck
metallband aus einem Metallband von 0,05 bis 0,25 mm Dicke
hergestellt ist.
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1980
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