-
Rührvorrichtung und ihre Verwendung
-
Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung gemäss dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie die Verwendung einer solchen Rührvorrichtung.
-
In den bestehenden Grossvolumen-Rührkesseln mit den herkömmlichen,
zwar leicht abwaschbaren, aber nur radialwirkenden und energieaufwendigen Blattrührern
treten Unterschiede (z.B. inbezug auf Dichte, pH-Wert oder Temperatur) bei diskontinuierlicher
Zubereitung einer Suspension bzw. Lösung oder bei kontinuierlicher Arbeitsweise
in austretendem Medium auf.
-
Es ist allgemein bekannt, dass beim Rühren von nicht-Newtonschen Substanzen
mit strukturviskosem (pseudoplastischem) Fliessverhalten die Schergeschwindigkeit
mit zunehmendem Abstand vom Rührer exponentiell abnimmt und dadurch die scheinbare
Viskosität in Funktion des Abstandes vom Rührer wächst. Die steigende Viskosität
hat Tendenz die Wirbelströme im Medium zu dämpfen, so dass an der Kesselwand oder
am Kesselboden Ablagerungen entstehen können.
-
Durch die vorliegende Erfindung soll nun eine Rührvorrichtung geschaffen
werden, die eine mit niedrigem Energieverbrauch verbundene Erzeugung gleichmässiger
Suspensionen, auch mit höheren Feststoffkonzentrationen, in der ganzcn Mediumshöhe,
und vor allem Einstellung bzw. Homogenisierung von übersättigten, strukturviskosen
Farbstofflösungen, wie z.B. Fluor-s-triazin-Farbstofflösung, ermöglicht.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen
beschriebenen Mitteln gelöst.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung im Längsschnitt
der erfindungsgemässen Rührvorrichtung mit einem primär axial wirkenden Blattrührer,
dessen flache Arbeitsfläche aus einer Mehrzahl von Schrägblättern gebildet ist (sog.
Jalousierührer); Fig. 2 einen Grundriss der Rührvorrichtung gemäss der Fig. 1; Fig.
3 eine Seitenansicht der Schrägblätter mit der Staffelung p gemäss der Ausführungsform
der Fig. 1; Fig. 4 eine schematische Längsschnitt-Darstellung der erfindungsgemässen
Rührvorrichtung mit einem primär axial wirkenden Blattrührer, dessen Einzelblatt
schraubenförmig gestaltet ist (sog. Schrauben-Blattrührer); Fig. 5 einen Grundriss
der Rührvorrichtung gemäss der Fig. 4; Fig. 6 eine weitere schematische Längsschnitt-Darstellung
der erfindungsgemässen Rührvorrichtung mit einem primär axialwirkenden Blattrührer,
dessen Schrauben-Arbeitsfläche aus einer Mehrzahl von Schrägblättern gebildet ist
(sog. Schrauben-Jalousierührer); Fig. 7 einen Grundriss der Kührvorri.chtung gemäss
der Fig. 6; Fig. 8 eine Seitenansicht der in der Aufrissebene aufgerollten Schrägblätter
mit der Staffelung ß' gemäss der Ausführungsform der Fig. 6;
Fig.
9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung der Rührvorrichtung, bei
der zwei Wandabstreifer mit je einem Schrägblatt an einem herkömmlichen Blattrührer
angebracht sind; Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Rührvorrichtung, bei der ein herkömmlicher Blattrührer mit einem Wand- und Bodenabstreifer
versehen ist; Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Rührvorrichtung, bei der ein herkömmlicher Blattrührer mit einer Mehrzahl von
interferierenden Schrägblättern als Wandabstreifer versehen ist; Fig. 12 eine schematische
Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Rührvorrichtung, bei der zwei Wand
abstreifer mit mehreren Schrägblättern an einem herkömmlichen Blattrührer angebracht
sind; Fig. 13 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Rülirvorrichtung
mit Blattrührer gemäss Fig. 1, der jedoch mit rohrförmigen Wandabstreifern versehen
ist; Fig. 14 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Rührvorrichtung
mit Blattrührer gemäss Fig. 1, bei dem jedoch die Schrägblätter einen kleineren
Abstand untereinander aufweisen; Fig. 15 eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der Rührvorrichtung mit Blattrührer gemäss Fig. 1, der jedoch mit
Wandabstreifern ausgerüstet ist, die mit mehreren interferierenden Schrägblättern
versehen sind; Fig. 16 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Rührvorrichtung mit Blattrührer gemäss Fig. 1, der jedoch mit Wandabstreifern
ergänzt ist, die mit je einem Schrägblatt
versehen sind: Fig. 17
eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Rührvorrichtung mit Blattrührer
in Anlehnung an Fig. 1, welcher Blattrührer jedoch aus mehreren einstell- und auswechselbaren
Blättern besteht; Fig. 18 ein einstell- und auswechselbares Blatt der Fig. 17 im
vergrösserten Längsschnitt; Fig. 19 einen Teil des Blattrührers gemäss Ausführungsform
der Fig. 17 (ohne Blätter) in vergrösserter Darstellung; Fig. 20 eine Seitenansicht
des Blattrührers der Fig. 19; Fig. 21 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Blattes
gemäss der Fig.
-
18 (teilweise im Längsschnitt); Fig. 22 eine Seitenansicht des zylindrischen
Blattes gemäss der Fig.
-
21; Fig. 23 eine Seitenansicht des konischen Blattes gemäss der Fig.
21; Fig, 24 eine weitere Ausführungsform des Blattes gemäss der Fig. 18; Fig. 25
eine Seitenansicht des mit einer Bördelung versehenen Blattes gemäss der Fig. 24;
Fig. 26 eine weitere Ausführungsform des Blattes gemäss der Fig. 18; Fig. 27 eine
Seitenansicht des schraubenförmigen Blattes gemäss der Fig. 26; Fig. 28 eine Variante
des Blattes gellläss der Fig. 18, dessen Längssciten konvex gebildet sind;
Fig.
29 eine weitere Variante des Blattes gemäss der Fig. 18, dessen Längseiten konkav
gebildet sind; und Fig. 30 eine Seitenansicht des Blattrfihrers gemäss der Fig.
19, bei dem die Blätter zylindrisch ausgebildet sind.
-
In den Figuren sind völlig gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern
versehen. Teilweise gleiche, aber einander entsprechende Teile der verschiedenen
Ausführungsformen sind jeweils durch sich um den Faktor 10 unterscheidende Bezugsziffern
oder durch Indizes etc. gekennzeichnet.
-
Die Rührvorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 besteht aus einem Kessel 1
(D/H = ca. 1,4), in welchem sich ein um eine senkrechte Achse 5 umlaufender, primär
axial wirkender Blattrührer 2 (d/D = ca. o>5) befindet, der durch einen nicht
abgebildeten Motor angetrieben wird.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Arbeitsfläche des Blattrührers
2 aus einer Mehrzahl von Schrägblättern 3 gebildet.
-
Gemäss Fig. 3 weisen die Schrägblätter 3 einen gleichen Abstand a
sowie gleiche Anstellwinkel tr auf. Die Staffelung P benachbarter Blätter wird durch
parallele Verschiebung eines der Blätter gebildet.
-
Der Anstellwinkel a kann 300 - 750 betragen. Die flache Arbeitsfläche
kann zwecks Intensivierung der Rührwirkung kreuzweise an der Rührwelle angeordnet
sein (nicht dargestellt).
-
Bei Rotation dieses flachen Blattrührers entsteht überraschend eine
strömungsmechanische Interferenzwirkung; die an den Schr.igblättern 3 entstehenden
Strömungsfelder beeinflussen sich positiv untereinander, was zum geringeren Energieverbrauch
führt.
-
Um das Rührmedium aus dem Kessel 1 quantitativ ablassen zu können,
ist der Blattrührer 2 mit einem Bodenabstreifer 4 versehen. Zur Verhinderung allfälliger
Ablagerungen an der Kesse iwind können Wandabstreifer (nicht dargestellt) an dem
Blattrüiirer 2 angebracht werden.
-
In den Figuren 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform des primär
axial wirkenden Blattrührers 20 dargestellt. Dic Areitsflce des Blattrührers 20
ist schraubenförmig bzw. schraubenähtilich und durch eine Schraubenbewegung einer
an der Rührer-Rotitionsachse S quer angeordneten Geraden oder ihr ähnlichen Kurve,
definiert. Die Steigung der Schrauben-Arbeitsfläche beträgt im wesentlichen das
Vierfache, vorzugsweise das Zweifache der Rührerhöhe h bzw. h' (Fig. 17). Der Schrauben-Blattrührer
20 ist ebenfalls mit einem Bodenabstreifer 4 versehen und kann noch mit Wandabstreifern
(nicht gezeichnet) ausgestattet werden Eine weitere Ausführungsform des primär axial
wirkenden Blattrührers geben die Figuren 6 und 7 wieder. Der Schrauben-Blattrührer
200 besteht aus mehreren interferierenden und im wesentlichen einen gleichen Abstand
aufweisenden Schrägblättern. Die Steigung der Schrauben-Arbeitsfläche beträgt ebenfalls
das Zwei- bis Vierfache der Rührerhöhe h. Zwecks Erzielung einer Staffelung p' (Fig.
8) ist der sich im Uhrzeigersinn drehende (von oben gesehen) und nach unten fördernde
Schrauben-Blattrührer 200 linksgängig, bzw. bei Drehung des Rührers entgegen dem
Uhrzeigersinn rechtsgängig. Der Schrauben-Blattrührer 200 enthält ebenfalls einen
Bodenabstreifer 4 und kann noch mit Wandabstreifern (nicht dargestellt) versehen
werden. Die Förderwirkung in axialer Richtung dieses Rührers ist intensiver als
diejenige der vorangegangenen Ausführungsformen.
-
Die Schrauben-Arbeitsfläche des Blattrührcrs gemäss der Fig. 4 und
6 kann zwecks Intensivierung der Rührwirkung mehrgängig, vorzugsweise zweigängig
ausgeführt werden (nicht gezeichnet).
-
Die Fig. 9, 10 und 12 zeigen diverse Ausführungsformen der Rührvorrichtung
mit einem herkömmlichen Blattrührer 6, der ausser dem Bodenabstreifer 4 noch mit
rohrförmigen Wandahstreifern 7 versehen ist.
-
Die Wandabstreifer 7 gemäss der Fig. 9 weisen je einen, gemäss der
Fig. 12 mehrere, im wesent-licllen interferierende Schrägblätter 8 auf.
-
Die Wandabstreifer 70 gemäss der Ausfüiirungsform der Fig. 11 bestehen
aus mehreren, vorzugsweise auswechselbaren, im wesentlichen interferierenden Blättern
80. Die Rührwirkung wird durch die an dem herkömmlichen Blattrührer angebrachten
Ergänzungen beträchtlich intensiviert.
-
Weitere Ausführungsformen des primär axial wirkenden Blattrührers,
der aus mehreren interferierenden Schrägblättern 3 und einem Bodenabstreifer 4 besteht,
zeigen die Fig. 13 bis 17. Dabei weist die Ausführungsform gemäss Fig. 14 einen
kleineren Abstand a der benachbarten Schrägblätter 3 auf als diejenige der Fig.
1 und 2. Die primär axial wirkenden Blattrührer 2 mit rohrförmigen Wandabstreifern
7 geben die Fig. 13, 15 und 16 wieder. Nach der Fig. 16 sind die Wandabstreifer
7 mit je einem, nach der Fig. 15 mit mehreren, im wesentlichen interferierenden
Schrägblättern 8 ausgestattet. Die Wandabstreifer 70 des primär axialwirkenden Blattrührers
2 gemäss der Ausführungsform der Fig. 17 bestehen ebenfalls aus mehreren, vorzugsweise
auswechselbaren Blättern 80 mit frei wählbarem Anstellwinkel y (nicht gezeichnet).
Ein Beispiel der Befestigung des Blattes 80 an dem Träger 9 der Rahmenkonstruktion
10 stellt Fig. 18 im vergrösserten Längsschnitt dar.
-
Die Fig. 19, 20 und 30 veranschaulichen die Rahmenkonstruktion 10
des Blattrührers 2 in vergrösserter Detaildarstellung, wobei die Blätter 30 der
Fig. 30 zylinderförmig sind (strömungstechnisch günstigere Form, im Gegenteil zu
den ebenen Blättern 3).
-
In den Fig. 21 bis 29 werden verschiedene Formen der auswechselbaren
Blätter 80 abgebildet, und zwar eine zylindrische Ausführungsform 81 in Fig. 21
und 22 und eine konische Ausführungsform 82 in Fig. 23.
-
Die Fig. 24 und 25 zeigen ein auswechselbares Blatt 83 mit Bordüren
84 zur Beschleunigung der Radialströmung und dadurch Verhinderung der Bildung von
Ablagerungen an der Kesselwand. Die auswechselbaren
Blätter 80
können - wie es die fig. 26 und 27 zeigen - auch in Form von Schrauben-Blättern
85 ausgeftihrt werden. Die Längsseiten der Blitter 80 (Fig. 17 und 18) können konvex
86 (Fig. 28) oder konkav 87 (Fig. 29) gestaltet werden.
-
Die erfindungsgemässen $Grossvolumen-Rührkessel mit den primär axial
wirkenden Blattrühren ermöglichen eine Erzeugung von vollkommen homogenen Rührmedien,
d . h. die Feststof fkonzentrat i olls-, pH- und Temperaturdifferenzen werden über
der ganzen Mediumshöhe ausgeglichen, bei gleichzeitig niedrigerem Energieverbrauch
als diejenigen der bisher verwendeten Rührkessel mit den 11crkömmlichen, nur radialwirkenden
Blattrüllrern. Der Rührkessel ist insbesondere für die Einstellung bzw. Homogenisierung
von übersättigten Fluor-s-triazin-Farbstoff lösungen mit einer Feststoffkonzentration
über 20% geeignet, wie aus dem nachstehenden Beispiel hervorgeht.
-
Eine wässrige Fluor-s-tri nzin-Suspcnsion wurde aus mehreren Partien
von Presskuchen (Feststoffgehalt 40,7-45,9 %) und Wasser in einem Anschlämmkessel
zubereitet (Feststoffgehalt um 22 %). Zwei 25 m³-Einstellstanden wurden dann mit
der zubereiteten Farbstoffsuspension unter ständigem Rühren eingefüllt. An der Wand
der mit dem herkömmlichen Blattrührer ausgerüsteten Einstellstande bildeten sich
bald Ablagerungen. Aus diesem Grund wurde diese Riihranordnung für die gestellten
Anforderungen als ungeeignet befunden.
-
3 In der zweiten 25 m -Einstellstande, die mit dem erfi ndungsgemässen
Jalousierührer ausgerüstet wurde, erzielte man ein homogenes Rührmedium. Die Homogenität
der Farbstoffsuspension wurde mit Hilfe eines speziellen Probenahmegerätes ermittelt,
indem oben und unten im Kühlmedium bei D/4 Muster gezogen, wurden, um den Fest stoffgehalt
zu bestiniinen: alle Messungen lieferten t1,8 Z Feststoffgehalt. Die Viskosität
des Rührmediums wurde nach ca.30 Minuten Rührzeit mit einem
tauchbaren
Rotationsviskosimeter "Brookfield" direkt im Kessel sowie wiederholt im Becherglas
gemessen und betrug 9200 mPas. Dieser Vergleich zeigt, dass die erfindungsgemässe
Rühranordnung zur Einstellung und Homogenisierung von übersättigten und strukturviskosen
Farbstofflösungen herkömmlichen Rührkesseln deutlich überlegen ist.
-
Leerseite