CH342549A - Hohlrührer zum Einrühren wenigstens eines Fluidums in eine Flüssigkeit - Google Patents

Description

  
 



  Hohlrührer zum Einrühren wenigstens eines Fluidums in eine   Flüssige   
In der chemischen Technik ist es zwecks Erreichung einer bestimmten mechanischen, physikalischen oder chemischen Wirkung häufig erforderlich, ein Gas als disperse Phase in eine Flüssigkeit einzumischen. Hierbei ist es wichtig, zu betonen, dass die optimale Grösse der Gasblasen in den meisten Fällen klein sein soll. Zu dem angeführten Zwecke werden z. B. pneumatische Mischanlagen mit perforierten Rohrsystemen verwendet, durch welche das Gas unter Druck zugeführt wird. Die dabei erhaltenen grösseren Blasen werden noch mittels motorisch angetriebener gewöhnlicher Rührer, z. B. in Form von Turbinenrührern, zerkleinert.

   Ein Nachteil derartiger Anlagen ist, dass zur Zuführung des Gases unter Druck besondere Anlagen notwendig sind und dass der zusätzlich erforderliche gewöhnliche Rührer eine relativ grosse Antriebsleistung benötigt, insofern zweckentsprechend kleine Blasen gefordert werden.



  Die hiebei entstehende starke Flüssigkeitsbewegung durch Agitation ist in vielen Fällen nicht erforderlich bzw. sogar schädlich. Um eine derartige starke Agitationsbewegung der Flüssigkeit zu vermeiden, wird das Gas jetzt der Flüssigkeit häufig durch poröse Platten unter verhältnismässig sehr hohem Druck zugeführt, der den statischen Druck der Flüssigkeit im Behälter überwinden muss.



   Es sind auch schon Hohlrührer vorgeschlagen worden, welche mit einer entsprechenden Drehzahl angetrieben unter dem Einfluss des bei der Drehung entstehenden Unterdruckes selbsttätig wenigstens ein Fluidum, das ist Luft, ein Gas oder eine Flüssigkeit, ansaugen, es in kleine Blasen bzw. Teilchen scheren und gleichzeitig je nach der Formung des Rührers eine entsprechend stärkere oder schwächere Agitationsbewegung der Flüssigkeit verursachen. Die bekannten selbstansaugenden Hohlrührer haben jedoch eine relativ kleine Leistungsfähigkeit, da sie selbst bei grosser Umfangsgeschwindigkeit nur wenig Fluidum ansaugen.



   Zweck der Erfindung ist, einen Hohlrührer zu schaffen, welcher bei grosser Rührleistung auch die hinsichtlich der Zerteilung des einzurührenden Fluidums gestellten Anforderungen erfüllt.



   Der Hohlrührer nach der Erfindung besitzt erfindungsgemäss Austrittsöffnungen, welche je mit einer unendlichen Anzahl von zur Drehachse parallelen Sehnen überspannbar sind, wobei bei jeder Öffnung der Abstand der im ein und demselben Drehsinn aufeinanderfolgenden Sehnen von der Drehachse zunimmt, das Ganze zum Zwecke, dass beim Rotieren des Rührers im genannten Drehsinn bei den Austrittsöffnungen ein Sog entsteht, der das Fluidum ansaugt.



   Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen zweiarmigen Rohrrührer,
Fig. 2 einen ähnlichen zweiarmigen Rührer,
Fig. 3 einen sechsarmigen Rohrrührer,
Fig. 4 einen Rührer in der Form einer prismatischen Scheibe mit radialen Kanälen,
Fig. 5 mit teilweisem Schnitt einen ähnlichen Hohlrührer mit nicht radialen Kanälen und gebrochenen Seitenflächen,
Fig. 6 einen Kammerrührer in der Form einer prismatischen Hohlscheibe im Querschnitt,
Fig. 7 einen Rührer mit zwei Rührkörpern im Axialschnitt,
Fig. 8 und 9 einen aus zwei dreiarmigen Rührkörpern zusammengesetzten sechsarmigen Doppelrührer im Axialschnitt und Querschnitt,  
Fig. 10 einen Doppelrührer mit einem einzelnen Rührkörper im Axialschnitt,
Fig. 11 einen Doppelrührer mit zwei im Umfangssinne versetzten prismatischen scheibenförmigen Rührkörpern,
Fig.

   12 einen Doppelkammerrührer mit dem obern Rührkörper für die Flüssigkeit im Axialschnitt,
Fig. 13 einen Rührer mit einem für das Gas und die Flüssigkeit gemeinsamen Rührkörper im vertikalen Schnitt und
Fig. 14 einen Rührer zum Einführen einer Flüssigkeit in eine andere Flüssigkeit im Mischgefäss.



   Der zweiarmige Rührer nach Fig. 1 hat ein Zuleitungsrohr 1 mit der obern Ansaugeöffnung 2 für das Gas, wobei die Ansaugeöffnung auch am Mantel des Zuleitungsrohres 1 angeordnet sein kann. Die an das Zuleitungsrohr 1 radial angeschlossenen Arme 3 sind an ihrem Ende derart abgeschrägt, dass die Austrittsöffnungen 5 derselben in zueinander und zur mit der Achse des Zuleitungsrohres 1 zusammenfallenden Drehachse des Hohlrührers parallelen Ebenen liegen. Mit andern Worten kann gesagt werden, dass jede Austrittsöffnung 5 mit einer unendlichen Anzahl zur Drehachse paralleler Sehnen überspannbar ist, wobei bei jeder Öffnung der Abstand der in ein und demselben, im vorliegenden Fall mit dem Pfeil 4 bezeichneten, Drehsinn aufeinanderfolgenden Sehnen von der Drehachse zunimmt.

   Beim Rotieren des Rührers im Sinne des Pfeils 4 weisen die Austrittsöffnungen nach hinten, so dass in den Rohrarmen 3 ein Vakuum erzeugt wird. Dadurch wird das Gas selbsttätig angesaugt, das infolge der auftretenden Scherung aus dem Rührer in sehr kleinen Blasen austritt, deren Grösse von der Form der Austrittsöffnungen, von der Viskosität der Flüssigkeit und in kleinerem Masse noch von andern Faktoren abhängt. Es wurde jedoch gefunden, dass die Grösse der Blasen praktisch von der Grösse des Rührers bzw. dem Querschnitt der Austrittsöffnung unabhängig ist.



   Eine erhöhte Agitationswirkung wird mit einem Rohrrührer nach Fig. 2 erreicht, welcher von der soeben beschriebenen Ausführung durch Biegen der beiden Arme 3 in Form des Buchstabens S hervorgeht. Auch in diesem Falle sind die Austrittsöffnungen in der besagten Weise mit Sehnen überspannbar. Selbstverständlich könnten solche Austrittsöffnungen auch schon durch blosses Biegen von senkrecht zur Rohrachse zugeschnittenen geraden Armen 3 erreicht werden.



   Als Ausführungsbeispiel eines mehrarmigen Rührers zeigt Fig. 3 einen sechsarmigen Rohrrührer.



  An das vertikale Zuleitungsrohr 1 mit der Eintritts öffnung 2 sind sechs radial gerichtete rohrförmige Anne 3 mit in der besagten Weise schräg zugeschnittenen Enden angeschlossen. Die für die Austrittsöffnungen 5 aufgestellte Bedingung ist somit erfüllt. Die Agitationsbewegung der Flüssigkeit im Mischbehälter kann nach den Erfordernissen verkleinert bzw. geändert werden durch eine kreisförmige Platte 6 über den Armen 3 bzw. eine Platte 7 unter den Armen 3. In Abhängigkeit von der gewünschten Intensität der Agitation können diese Platten einen beliebigen kleineren oder auch grösseren Radius besitzen, als die Länge der Arme 3 des Rührers selbst beträgt. Ausserdem können die beiden Platten 6 und 7 mit verschiedenen Durchmessern ausgeführt werden.



   Einen seiner Wirkungsweise nach ähnlichen Rührer zeigt die Fig. 4. Der Rührkörper 8 in Form eines kurzen sechsflächigen Prismas besitzt radiale Austrittskanäle 9 mit Austrittsöffnungen 5, welche jeweils an der im Sinne des Pfeils 4 vordern Kante 10 der Seitenflächen 11 liegen und damit die aufgestellten Bedingungen erfüllen. Ein derartiger Rührer saugt das Gas durch die Öffnung 2 des Rohres 1 stark an, und seine Seitenflächen verursachen eine starke Agitationsbewegung der Flüssigkeit. Zwecks Erreichung einer noch stärkeren Ansaugung kann ein solcher Rührer nach Fig. 5 derart ausgebildet werden, dass der Rührkörper 12 gebrochene, aus Flächenteilen 13 und 14 bestehende Seitenflächen besitzt. Die bei dieser Ausführung nicht radial gerichteten Austrittskanäle 15 mit den Austrittsöffnungen 5 sind durch eine grössere zentrale Ausnehmung 16 des Rührkörpers verbunden.

   Anstatt der gebrochenen Seitenflächen können diese auch entsprechend gebogen ausgeführt werden.



   Der in der Fig. 6 dargestellte hohle Kammerrührer in der Form eines sechsflächigen Hohlprismas ist dem Rührer nach Fig. 4 grundsätzlich ähnlich mit dem Unterschied, dass der Rührkörper 17 einen innern Hohlraum 18 aufweist, welcher mit den Austrittsöffnungen 5 durch ganz kurze Kanäle verbunden ist. Die kurzen Kanäle können einen beliebigen, z. B. kreisförmigen oder ovalförmigen oder rechteckigen, Querschnitt besitzen und sie können radial oder gegenüber der radialen Richtung geneigt aus  geführt    sein.



   In besonderen Fällen erscheint es zweckmässig, einen Rührer mit zwei oder sogar mehr wie beschrieben ausgebildeten Rührkörpern oder Rührsystemen zu verwenden.



   Die Rührkörper können dabei gleich- oder verschiedenartig ausgeführt werden, und insbesondere können sie voneinander in der Form, Lage und Grösse der Austrittsöffnungen 5 abweichen.



   So stellt Fig. 7 im Axialschnitt einen Rührer mit zwei Rührkörpern 19, 20 dar, die beide durch das Zuleitungsrohr 1 mit der Eintrittsöffnung 2 in Verbindung stehen und deren Austrittsöffnungen 5 den gestellten Bedingungen genügen.



   Die folgenden Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele von Doppelrührern mit zwei Rührkörpern, welche jeweils wie beschrieben ausgebildet sind und zum Einrühren von zwei verschiedenen Gasen oder eines Gases und einer Flüssigkeit dienen. Fig. 8 stellt im Axialschnitt und Fig. 9 im Querschnitt einen aus zwei dreiarmigen Rührern zusammengesetzten Doppelrührer dar. Das senkrechte Zuleitungsrohr 1 mit  der Eintritts öffnung 2 steht mit drei etwas nach oben geneigten Rohrarmen 21 mit in der besagten Weise schräg zugeschnittenen Enden in Verbindung. Dieses Gaszuleitungsrohr 1 ist oberhalb der Rohrarme von einer Hülse 22 mit Eintrittsöffnungen 23 für die Flüssigkeit umgeben. An diese Hülse schliessen drei Rohrarme 24 an, deren Enden in der besagten Weise, gegebenenfalls jedoch unter einem andern Winkel als bei den Armen 21 zugeschnitten sind.



  Die Austrittsöffnungen 25 dieser Arme 24, wie auch die Austrittsöffnungen 5 der Arme 21 erfüllen also auch bei diesem Hohlrührer die aufgestellten Bedingungen. Die selbsttätig angesaugte und mit Wucht ausgeschleuderte Flüssigkeit wird zu einer verstärkten Agitationsbewegung der Flüssigkeit selbst und zu einer weiteren Zerstreuung der austretenden kleinen Gasblasen in der Flüssigkeit beitragen. Da die Austrittsöffnungen für das Gas und die Flüssigkeit in derselben Normalebene der Achse des Rührers angeordnet sind, treten an einer bestimmten Stelle aus den Rührern abwechselnd Blasen des   angesaugten    Gases und Strahlen der angesaugten Flüssigkeit aus.



  Jeder Flüssigkeitsstrahl erfasst Gasblasen, die er stark zerstreut. Mit einem derartigen Doppelrührer erreicht man infolgedessen eine viel ausgiebigere Agitation und Turbulenz der Flüssigkeit. Insofern die Hülse 22 oben aus der Flüssigkeit herausgeführt wird, kann man mit einem derartigen Rührer zwei verschiedene Gase in eine Flüssigkeit einführen. Derartige Doppelrührer können auch so ausgeführt werden, dass die Austrittsöffnungen 5 der Arme 21 des Rührkörpers für das Gas in einer andern Ebene, z. B. höher, liegen als die Austrittsöffnungen 25 der Arme 24 des zweiten Rührkörpers für die Flüssigkeit.



   Weiter können die Arme 21 und 24 beider Systeme rechtwinklig oder unter einem beliebigen Winkel gegenüber dem Zuleitungsrohr 1 angeordnet werden.



   Die Fig. 10 stellt einen weiteren Doppelrührer im Axialschnitt dar, der in einem Rührkörper zwei Kanalsysteme für die Zuleitung eines Gases und einer Flüssigkeit besitzt. Der Rührkörper 26 hat z. B. drei unter einem Winkel von je 1200 versetzte Kanäle 27, die in Verbindung mit dem vertikalen Gaszuleitungsrohr 1 stehen, und drei ebenso je unter einem Winkel von   1200    versetzte Kanäle 28, die mit der untern Eintrittsöffnung 29 für die Flüssigkeit in Verbindung stehen und um 600 gegenüber den Gaskanälen 27 versetzt sind. Hiebei kann der Querschnitt der Gas- und Flüssigkeitskanäle gleich oder verschieden sein. Die Austrittsöffnungen 5 der Gaskanäle 27 und die Austrittsöffnungen 25 der Flüssigkeitskanäle 28 sind im Sinne der erwähnten Bedingungen ausgebildet, im übrigen können sie hinsichtlich ihrer Lage, Grösse und Form verschieden sein.



   Einen ähnlich ausgeführten Rührer zeigt Fig. 11.



  Er hat zwei flache sechsflächige prismatische Rührkörper, wie an Hand der Fig. 4 bereits beschrieben wurde, wobei der obere Rührkörper 30 zur Zuleitung der Flüssigkeit, der untere Rührkörper 31 zur Zuleitung des Gases dient. Die beiden prismatischen Rührkörper sind mit ihren Flächen 32 im Umfangssinne z. B. unter einem Winkel von   60"    versetzt und sie haben dementsprechend versetzte Austrittsöffnungen 5 für das Gas und 25 für die Flüssigkeit.



  Der obere Rührkörper 30 für die Flüssigkeit saugt in diesem Falle die Flüssigkeit oben durch die zentrale Öffnung 33 an. In vielen Fällen erscheint es zweckmässig, die Flüssigkeit dem obern Rührkörper von unten zuzuleiten. Fig. 12 stellt einen derartigen Doppelrührer im Axialschnitt dar, welcher selbstverständlich aus Rührkörpern der beschriebenen Art zusammengestellt ist. Das vertikale Zuleitungsrohr 1 für das Gas ist in Verbindung mit dem untern Rührkörper 31, z. B. in Form eines sechsflächigen flachen Hohlprismas, über drei gegeneinander versetzte Durchflusskanäle 34, während der obere hohlprismatische Rührkörper 30 über drei Durchflusskanäle 35 in Verbindung mit dem untern Eintrittstrichter 36 für die Flüssigkeit steht. Die Austrittsöffnungen erfüllen selbstverständlich bei beiden Rührkörpern die eingangs gestellten Bedingungen.



   Zwischen den beiden Rührkörpern 30 und 31 ist eine rundum vorstehende Platte 37 angeordnet.



  Eine derartige Führungsplatte verstärkt die Agitationsbewegung der Flüssigkeit und lenkt die zerstreuten Gasblasen bzw. Flüssigkeitsteilchen nach aussen in die Flüssigkeit.



   Es sind ganz verschiedene Kombinationen aller erwähnten Grundtypen von Rührern möglich. Hiebei können beide Rührkörper bzw. Rührsysteme eines Rührers waagrecht oder schräg gerichtete Austrittskanäle in einer oder zwei verschiedenen Ebenen bzw.



  Höhen besitzen. Dabei wirkt die Neigung und Grösse der Austrittskanäle für das Gas bzw. die Flüssigkeit auf die Streuung der eingeführten kleinen Gasblasen.



  Es ist auch möglich, dreifache oder sogar mehr als dreifache Rührer auszubilden.



   Weiter sind Rührer ausführbar, die ein Gemisch einer Flüssigkeit und eines Gases gleichzeitig durch dieselbe Eintritts öffnung ansaugen. Einen derartigen hohlen Kammerrührer mit einer einzigen unten liegenden zentrischen Eintritts öffnung zeigt Fig. 13.



  An der Welle 38 befindet sich der hohle Kammerrührer 39 mit in der besagten Weise ausgebildeten Austrittsöffnungen 5 und unten die in Form eines Trichters ausgeführte Eintrittsöffnung 40. In diese reicht das fest angeordnete Gaszuleitungsrohr 41, welches im Eintrittstrichter 40 konisch zugespitzt ist und mit einer Austrittsöffnung 42 für das Gas versehen ist. Falls der Rührer in Richtung des Pfeils 4 gedreht wird, saugt er Flüssigkeit an und schleudert sie teilweise durch den entstehenden Unterdruck und teilweise durch Wirkung der Zentrifugalkraft in radialer Richtung durch die Austrittsöffnungen 5 aus dem Rührer. Infolge der Injektionswirkung saugt er gleichzeitig Gas ein, das gemeinsam mit der Flüssigkeit in den Rührer eintritt. Beim Austritt des Gemisches der Flüssigkeit und des Gases aus dem Rührer wird das Gas in kleine Blasen geschert.  



   Mittels derartiger Hohlrührer kann ein beliebiges Fluidum äusserst wirksam und in feinen Teilchen in eine Flüssigkeit eingerührt werden. Ausserdem ist es nicht erforderlich, das Fluidum unter Druck   einzuführen    und es ist der Leistungsbedarf zum Antrieb der Rührer verhältnismässig sehr   klein.    Zum Einrühren einer Flüssigkeit in eine andere spezifisch leichtere oder schwerere Flüssigkeit in demselben Behälter kann ein Hohlrührer nach vorliegender Erfindung Verwendung finden, dessen Eintritts öffnung    für die angesaugte 3 Flüssigkeit in entsprechender Höhe    oberhalb bzw. unterhalb des Rührkörpers angeordnet ist. Falls z.

   B. nach Fig. 14 im Mischgefäss 43 unten eine Flüssigkeit 44 und oben die einzurührende, spezifisch leichtere Flüssigkeit 45 vorhanden ist, wird der wie beschrieben ausgebildete Rührer derart angeordnet, dass sich dessen Rührkörper 46 in der Flüssigkeit 44 und die Eintrittsöffnung 47 des Zuleitungsrohres 1 in der spezifisch leichteren Flüssigkeit 45 befindet. Infolge des entstehenden Unterdruckes ist ein derartiger Hohlrührer bedeutend wirksamer als die bisher bekannten Hohlrührer, deren Wirkungsweise nur auf Schleuderwirkung beruht.



   In vielen Fällen erscheint es zweckmässig, in demselben Mischgefäss zwei oder mehr Rührer zu verwenden, die in verschiedener Höhe und unter einem beliebigen Winkel gegenüber der Gefäss achse angeordnet sein können. In manchen Fällen ist es nützlich, ein sich nach oben verjüngendes Gefäss zu verwenden, z. B. um die Agitationsbewegung der Flüssigkeit zu vergrössern. Zwecks Verminderung von Wirbelungen der Flüssigkeit im Gefäss können alle bekannten Mittel angewendet werden, wie z. B.



  Dämpfungswände, Brecher bzw. Einbauten am Gefässboden usw.



   Die erzeugten kleinen Gasblasen vereinigen sich bei einer grösseren Oberflächenspannung der Flüssigkeit bald in grössere Blasen. Dies kann auf bekannte Art durch Verkleinerung der Oberflächenspannung verhindert werden, z. B. im Falle von Wasser oder wässrigen Lösungen durch Zusatz von Alkohol, Aceton oder dergleichen.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Hohlrührer zum Einrühren wenigstens eines Fluidums in eine Flüssigkeit mit wenigstens einer axialen Zuleitung für das Fluidum, gekennzeichnet durch Austrittsöffnungen, welche je mit einer unendlichen Anzahl von zur Drehachse parallelen Sehnen überspannbar sind, wobei bei jeder Öffnung der Abstand der im ein und demselben Drehsinn aufeinanderfolgenden Sehnen von der Drehachse zunimmt, das Ganze zum Zwecke, dass beim Rotieren des Rührers im genannten Drehsinn bei den Austrittsöffnungen ein Sog entsteht, der das Fluidum ansaugt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Hohlrührer nach Patentanspruch, in Form eines Armrührers, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (3) des Rührkörpers durch wenigstens eine Platte (6, 7) miteinander verbunden sind.

   2. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkörper (8) in Form eines mehrflächigen flachen Prismas mit innenliegenden Zuleitungskanälen (9) ausgeführt ist.

   3. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkörper (17) in Form eines flachen Prismas mit einer innern Kammer (18) ausgebildet ist.

   4. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die die Austrittsöffnungen aufweisenden Aussenflächen des Rührkörpers (12) in zwei Flächen (13, 14) nach innen gebrochen ausgebildet sind.

   5. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die die Austrittsöffnungen aufweisenden Aussenflächen des Rührkörpers nach innen gewölbt sind.

   6. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkörper (39) mit einer trichterförmigen Ansaugeöffnung (40) versehen ist.

   7. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere untereinander verbundene Rührkörper aufweist.

   8. Hohlrührer nach Unteranspruch 7, mit zwei Rührkörpern in Form eines flachen mehrflächigen Prismas, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührkörper (30, 31) gegeneinander im Winkel versetzt sind.

   9. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest zwei untereinander getrennte Rühreinheiten besitzt, die durch die an verschiedene Eintrittsöffnungen (2, 23) angeschlossenen Arme (21, 24) eines mehrarmigen Rührers gebildet werden, wobei die Arme (21) einer Einheit in axialem Abstand und geneigt gegenüber den Armen (24) der andern Einheit angeordnet sind.

   10. Hohlrührer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkörper (26) die Form eines flachen Prismas hat und mindestens zwei voneinander getrennte Mischeinheiten (27, 28) besitzt.

   11. Hohlrührer nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (5, 25) der Mischeinheiten wenigstens angenähert in gleicher Höhe des Rührkörpers (26) angeordnet sind.

   12. Hohlrührer nach Patentanspruch, mit zwei getrennten Mischeinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Austritt von Flüssigkeit bestimmten Austrittsöffnungen der einen Mischeinheit derart gerichtet sind, dass die aus ihnen austretenden Flüssigkeitsteilchen die aus den Austrittsöffnungen der andern Mischeinheit austretenden Gasblasen erfassen.

   13. Hohlrührer nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührkörper (30) für die Flüssigkeit und der Rührkörper (31) für das Gas in axialem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die axialen Zuleitungen (1, 36) für das Gas und die Flüssigkeit mit den diesen Zuleitungen zugeordneten Kanälen der Rührkörper durch in Winkel versetzte axiale Durchlässe (34, 35) verbunden sind.

   14. Hohlrührer nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Rührkörpern (30, 31) eine über die Rührkörper reichende kreisförmige Platte (37) angeordnet ist.