DE4220239C2 - Mischvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines flüssigen, gegebenenfalls gasförmige Bestandteile enthalten­ den Gemischs aus wenigstens zwei, insbesondere chemisch reaktionsfähigen Komponenten, mit einer rotationssymmetri­ schen Mischkammer, die aus einer Umfangswand und zwei Stirn­ wänden gebildet ist, mit mindestens einer Einlaßöffnung für jede Komponente in der Umfangswand der Mischkammer, mit einer Auslaßöffnung für das Gemisch in der Umfangswand der Mischkammer und mit einem in der Mischkammer angeordneten, drehantreibbaren Rotor.

Vorrichtungen der vorstehend genannten Art, die auch als Kreiselmischer bezeichnet werden, sind in den unterschied­ lichsten Ausgestaltungen bekannt. Ihre Funktion beruht auf dem der Kreiselpumpe innewohnenden Schleuderprinzip. Dabei werden die zu mischenden Komponenten gemeinsam über eine Eintrittsöffnung einer Mischkammer zugeführt und im Spalt zwischen Mischkammerwand und Mischrotor einem Schergefälle ausgesetzt. Das in der Mischkammer rotierende Organ bewerk­ stelligt sowohl die Mischung als auch die Zuführung und den Weitertransport des Gemischs, wobei primär eine Drucksteige­ rung zur Aufrechterhaltung einer entsprechenden Förderlei­ stung angestrebt wird. Da die Komponenten die Mischkammer im wesentlichen mit gleicher Geschwindigkeit durchfließen, ist die Mischwirkung solcher Vorrichtungen, insbesondere wenn Gemische mit gasförmigen Bestandteilen oder Gemische aus chemisch reaktionsfähigen Komponenten hergestellt werden sollen, häufig unzureichend.

Weiterhin ist aus der US-PS 4 886 368, von der zur Darstel­ lung der Erfindungs-Gattung ausgegangen ist, eine Mischvor­ richtung zum Mischen von zwei oder mehreren Flüssigkeiten bekannt, bei der die Flüssigkeiten radial einer Mischkammer zugeführt werden. Auch die Auslaßöffnung für das Gemisch ist in der Umfangswand der Mischkammer angebracht. Der Mischro­ tor besteht aus einem walzenförmigen Körper mit Längsnuten, wodurch zwischen der Innenwand der Mischkammer und dem Mischrotor ein entsprechend geformter, enger Ringspalt ge­ bildet wird, in dem das Mischen der Flüssigkeiten erfolgt. Hierbei kann jedoch infolge Kanalisierung ein nicht homoge­ nes Gemisch entstehen. Zur Verbesserung der Mischwirkung ist daher vor dem Mischrotor ein Schaufelrad und nach dem Mischrotor eine Lochplatte vorgesehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mischvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln besonders homogene und stabile Gemische erhalten werden und die Gleichmäßigkeit der Förderung des Gemischs nicht beeinträchtigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen des An­ spruchs 1 enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß ist in der Umfangswand der rotations­ symmetrischen Mischkammer für jede Komponente des herzu­ stellenden Gemischs wenigstens eine Einlaßöffnung vorge­ sehen. Die Einlaßöffnungen können gleichmäßig oder ungleich­ mäßig über den Umfang der Mischkammer verteilt sein; ihre Strömungsquerschnitte lassen sich besonders einfach ent­ sprechend der Viskosität und dem Mischungsverhältnis der Komponenten festlegen. Im allgemeinen wird, in Drehrichtung des in der Mischkammer angeordneten Mischrotors gesehen, die Einlaßöffnung für die höherviskose Komponente zwischen der Auslaßöffnung für das Komponentengemisch und der Einlaß­ öffnung für die niederviskose Komponente vorgesehen. Gegebe­ nenfalls einzumischende gasförmige Komponenten werden der Mischkammer zwischen der Einlaßöffnung für die niederviskose Komponente und der Auslaßöffnung für das Komponentengemisch zugeführt.

Auf diese Weise ergibt sich keine Ungleichvertei­ lung der Komponenten, und es ist gewährleistet, daß bei­ spielsweise bei chemisch reaktionsfähigen Komponenten an der Einmischstelle keine übermäßige Reaktionswärme, die zur Bil­ dung nicht erwünschter Nebenprodukte führen kann, entsteht.

Durch den in der Mischkammer befindlichen, drehangetriebenen Mischrotor, welcher an sich bekannt und handelsüblich ist, wird eine bestimmte und gewünschte, zwangsweise Führung der Komponentenströme bzw. Mischgutströme erreicht. Geeignete Mischrotoren sind beispielsweise solche, wie sie für Kunst­ stoff-Magnet-Peripheral-Pumpen der Firma Schöneis + Stahl GmbH, Lüdenscheid verwendet werden. Diese enthalten stirn­ seitig zweckmäßig symmetrisch angeordnete Ausnehmungen, die mit ringförmigen Kanälen in den Stirnwänden der Mischkammer Druckzellen bilden. Die Druckzellen sind strömungstechnisch miteinander verbunden.

Beim Vermischen der Komponenten bildet sich zunächst infolge der durch den Mischrotor erzeugten Fliehkräfte ein Flüssig­ kreitsring im Bereich der Umfangswand der Mischkammer. Durch stetige Druckzunahme in der Mischkammer wird Flüssigkeit in die Druckzellen gedrängt und verdichtet, wobei eine kräftige Turbulenz erzeugt und der Mischrotor überspült wird. Die sich einstellende Zirkulationsströmung führt in wechsel­ seitiger Folge zum Austausch des schneller umlaufenden Flüssigkeitsinhalts der Druckzellen mit dem langsam fließen­ den Flüssigkeitsring im Bereich der Umfangswand. Bei diesem Vorgang erfolgt eine Energieübertragung durch Impuls­ austausch und die Turbulenz wird weiter verstärkt. Aufgrund dieses intensiven Flüssigkeitsaustausches entsteht ein be­ sonders homogenes und stabiles Komponentengemisch, welches nachfolgend kontinuierlich aus der Auslaßöffnung in der Um­ fangswand der Mischkammer austritt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Ein­ trittsöffnungen in Richtung auf die Mischkammer düsenartig verjüngt. Auf diese Weise gelangen die Komponentenströme unter höherer Geschwindigkeit in die Mischkammer, die einen entsprechenden Einfluß auf die Mischung hat. Die Komponenten vermischen sich also nicht nur durch das plötzliche Aufein­ andertreffen, sondern durch einen Wirbeleffekt, der durch ihre Strömung selbst erzeugt wird. Außerdem durchfließen die Komponenten die Mischkammer noch schneller und es wird ins­ gesamt eine schnellere Durchmischung erreicht.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mischkammer aus einem zylindrischen Einsatzelement mit den Mischrotor übergreifender Umfangswand und einem Lagerträger gebildet. Das Einsatzelement und der Lagerträger können als Verschleißteil ausgebildet sein und sind einfach auszutauschen. Es lassen sich dadurch auch Komponenten mit abrasiven Eigenschaften miteinander vermischen. Als Werk­ stoff für die Verschleißteile eignet sich insbesondere Poly­ tetrafluorethylen.

Eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und nachfolgend näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung im Bereich der Mischkammer;

Fig. 3 das zylindrische Einsatzelement im Längsschnitt;

Fig. 4 eine Draufsicht der Darstellung nach Fig. 3;

Fig. 5 den Mischrotor im Längsschnitt;

Fig. 6 eine Draufsicht der Darstellung nach Fig. 5;

Fig. 7 den Lagerträger im Längsschnitt und

Fig. 8 eine Draufsicht der Darstellung nach Fig. 7.

Im wesentlichen besteht die Vorrichtung aus einem mehr­ teiligen Gehäuse, in dem eine rotationssymmetrische Misch­ kammer (1) ausgebildet ist. Dabei wird die Mischkammer durch ein zylindrisches Einsatzelement (2) mit einer Stirnwand (3) und einer Umfangswand (4) sowie einen eine Stirnwand (5) aufweisenden Lagerträger (6) begrenzt. In der Umfangswand bzw. in dem entsprechenden Gehäuseteil (7) sind Einlaß­ öffnungen (8, 9) für die zu mischenden Komponenten und eine Auslaßöffnung (10) für das Komponentengemisch vorgesehen.

Mit (11) ist ein in der Mischkammer (1) drehangetriebener Mischrotor bezeichnet. Der Antrieb des Mischrotors erfolgt elektromotorisch über die Antriebswelle (12). Der Mischrotor enthält stirnseitig symmetrisch angeordnete Ausnehmungen (13), die zwischen sich radiale Stege (14) definieren, sowie gleichmäßig am äußeren Rotorumfang verteilte Kantenbrüche (15). Außerdem ist in jeder Ausnehmung eine Durchgangs­ bohrung (16) angebracht. Die Ausnehmungen (13) bilden zu­ sammen mit ringförmigen Kanälen (17) in den Stirnwänden (3) und (5) der Mischkammer Druckzellen aus, wobei die Druck­ zellen über die Durchgangsbohrungen (16) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.

Das Mischen der Komponenten erfolgt in Gleichstromfahrweise, d. h. die höherviskose Komponente wird über die Einlaßöffnung (8) zugeführt und zunächst in Richtung der Fliehkraft nach außen gefördert. Es bildet sich ein Flüssigkeitsring aus, in den in Strömungsrichtung gesehen die zweite Komponente bei (9) zugeführt wird. Der Flüssigkeitsstrom fließt dann ent­ gegen der Fliehkraft nach innen und füllt die Druckzellen bzw. Ausnehmungen (13) und Kanäle (17). Infolge der durch Druckzunahme sich einstellenden Zirkulationsströmung werden die Komponenten intensiv gemischt. Für das Mischungsergebnis ist im allgemeinen ein Mischrotor ausreichend. Es ist jedoch auch denkbar, zwei oder mehrere Mischrotoren (11) in Reihen­ schaltung in der Mischkammer anzuordnen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vorteilhaft zur Herstellung flüssiger Gemische aus zwei oder mehreren Komponenten, z. B. organischen Lösungsmitteln, wie aliphati­ schen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ethern, Ketonen oder Alkoholen, in denen gegebenenfalls weitere organische Produkte gelöst sein können, und organischen oder anorgani­ schen Säuren oder Basen, konzentriert oder in beliebiger Verdünnung mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln, ins­ besondere Gemische aus chemisch reaktionsfähigen Komponenten wie gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder aromatischen Carbonylverbindungen, gelöst in aliphatischen oder aromatischen, gesättigten, ungesättigten oder chlorierten Kohlenwasserstoffen oder gesättigten oder unge­ sättigten, aliphatischen oder aromatischen Carbonylverbin­ dungen, gelöst in aliphatischen oder aromatischen Ketonen oder Ethern, und anorganischen Säuren, beispielsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure, konzentriert oder in beliebiger Verdünnung mit Wasser oder wäßrigen anorganischen Basen, z. B. Natronlauge, Kalilauge oder Ammoniak, sowie organischen Basen, beispielsweise Amine oder metallorgani­ sche Verbindungen, gelöst in organischen Lösungsmitteln. Dabei können in den Gemischen auch gasförmige Bestandteile homogen verteilt werden.

Claims (4)

1. Mischvorrichtung zum Herstellen eines flüssigen, gegebe­ nenfalls gasförmige Bestandteile enthaltenden Gemischs aus wenigstens zwei, insbesondere chemisch reaktionsfä­ higen Komponenten, mit einer rotationssymmetrischen Mischkammer, die aus einer Umfangswand und zwei Stirnwän­ den gebildet ist, mit mindestens einer Einlaßöffnung für jede Komponente in der Umfangswand der Mischkammer, mit einer Auslaßöffnung für das Gemisch in der Umfangswand der Mischkammer und mit einem in der Mischkammer an­ geordneten, drehantreibbaren Rotor, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor an seinem Umfang gleichmäßig verteilt Kantenbrüche und an seinen Stirnwänden Ausnehmungen (13) aufweist, die mit ringförmigen Kanälen (17) in den Stirnwänden der Mischkammer Druckzellen ausbilden, wobei die Druckzellen über Durchgangsbohrungen (16) in dem Rotor miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (8, 9) in Richtung auf die Misch­ kammer (1) düsenartig verjüngt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) aus einem zylindrischen Einsatz­ element (2) mit den Mischrotor (11) übergreifender Um­ fangswand (4) und einem Lagerträger (6) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Einsatzelement (2) und der Lagerträger (6) aus Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen bestehen.