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Rührvorrichtung
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Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung zum Mischen
und/oder Dispergieren oder Homogenisieren von Stoffen gleichen oder unterschiedlichen
Aggregatszustandes, insbesondere gasförmig/flüssig und flüssig/flüssig, bestehend
aus zwei im Abstand angeordneten koaxialen Scheiben, von denen jede mit einer Mehrzahl
von Durchgangsöffnungen versehen ist, denen zwischen den beiden Scheiben angeordnete
Rührblätter zugeordnet sind.
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Eine Rührvorrichtung der vorgenannten Art ist bereits vorgeschlagen
worden. Sie zeigt im praktischen Betrieb zufriedenstellende Ergebnisse hinsichtlich
des Stofftransportes bezogen auf ihre spezifische Leistung, sie hat jedoch einen
relativ kleinen Newton-Wert. Dies bedeutet, daß eine erforderliche spezifische Leistung
nur bei sehr hohen Drehzahlen und damit sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten eingebracht
werden kann, was mechanisch zu Problemen führen kann, beispielsweise zu einem überkritischen
Lauf der Vorrichtung bei Verwendung von Titan als Werkstoff.
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Ferner führt z.B. bei biologischen Begasungsvorgängen, wie der Abwasserbelüftung
oder der Fermentation in vielen Fällen die hohe Umfangsgeschwindigkeit zu Schädigungen
an den Organismen und/oder zu einer nicht-erwünschten Flockenbildung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
vorgenannten Nachteile, die eingangs genannte Rührvorrichtung derart weiterzubilden,
daß insbesondere ihr Newton-Wert gegenüber den bisherigen Vorrichtungen erhöht wird.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß auf der Außenseite
wenigstens einer der beiden Scheiben, vorzugsweise aber auf beiden
Scheiben,
ebenfalls Rührblätter angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist jedes der auf den Außenseiten der Scheiben angeordneten
Rührblätter einer, oder eine Gruppe von Durchgangsöffnungen der Scheiben zugeordnet,
wobei die Rührblätter in Umlaufrichtung der Rührvorrichtung hinter den ihnen zugeordneten
Durchgangsöffnungen der Scheiben angeordnet sind.
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Die Rührblätter verlaufen vorzugsweise radial und sie erstrecken sich
vom Außenrand der Scheiben einwärts, z.B. über die Hälfte des Radius der Scheiben.
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Die Rührblätter sind zweckmäßigerweise eben ausgebildet und stehen
im wesentlichen senkrecht auf der Ebene der Scheiben, sie können aber auch gekrümmt
ausgebildet und zur Ebene der Scheiben geneigt angeordnet sein. Ferner können auch
die Rührblätter perforiert ausgebildet, d.h.
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mit Durchgangsöffnungen versehen sein.
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Die axiale Höhe der Rührblätter beträgt vorzugsweise etwa 20-40% der
axialen Höhe der Vorrichtung, d.h. des axialen Abstandes der beiden Scheiben.
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Vorteilhafterweise sind die Durchgangsöffnungen z.B. kreisförmige
Löcher, die in Form einer oder einer Mehrzahl von radialen Reihen angeordnet sind.
Ferner können zweckmäßigerweise auch quer zu der oder den radialen Lochreihen weitere
Löcher in den Scheiben ausgebildet sein. Die Löcher selbst können gleiche oder unterschiedliche
Durchmesser aufweisen.
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l Wenigstens ein Teil der zwischen den Scheiben angeordneten Rührblätter
kann in einem spitzen Winkel zu den radial verlaufenden Lochreihen angeordnet sein,
und diese Rührblätter können über den Außenrand der Scheiben überstehen.
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Die Rührvorrichtung ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet oder
mit einem festen Kern versehen, um Toträume zu vermeiden, wobei die radiale Breite
des Ringes etwa 40-60%, vorzugsweise etwa 50% des Halbmessers der Scheiben beträgt.
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Die auf den Außenseiten der Scheiben angebrachten Rührblätter können
rechteckig, aber auch sich konisch verjüngend ausgebildet sein.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der Fig. 1 schematisch eine Draufsicht
auf eine Rührvorrichtung zeigt.
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Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig.
1.
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Fig. 3 und 4 zeigen schematisch die Strömung, d.h. den Verlauf eines
Stromfadens in der Rührvorrichtung.
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Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Rührvorrichtung 10, die aus zwei im
Abstand voneinander angeordneten Scheiben besteht, die beispielsweise einen Durchmesser
von 200cm und eine axiale Höhe von 80cm haben kann.
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Die axiale Höhe der Vorrichtung liegt zweckmäßigerweise zwischen etwa
30-50%, z.B. 40% des Durchmessers der Vorrichtung. Die Drehzahl einer Rührvorrichtung
dieser Größenordnung liegt z.B. zwischen 80 und 100 Umdrehungen/Minute, wobei selbstverständlich
die Erfindung nicht auf Rührvorrichtungen dieser Abmessungen begrenzt ist.
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Zwischen den beiden in axialem Abstand voneinander angeordneten Scheiben
12 und 14 sind Rührblätter 16 und Rührblätter 18 angeordnet und geeignet mit den
Scheiben verbunden, z.B. verschweißt. Die Rührblätter 16, die in Fig. 1 nicht sichtbar
sind, in Fig. 2 jedoch dargestellt sind, verlaufen z.B. radial vom äußeren Rand
der Scheiben einwärts und sie sind in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet, z.B.
sechs Rührblätter 16 in Winkelabständen von 600. Zwischen diesen Rührblättern 16
sind Rührblätter
18 angeordnet, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt
sind und die zum Teil über den äußeren Rand der Scheiben überstehen.
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Die Rührblätter 18 können quer zur radialen Richtung angeordnet sein,
wie in Fig. 1 bei 19 gezeigt ist, zweckmäßigerweise sind diese Rührblätter aber
in einem spitzen Winkel von z.B. 45-60° zur Radialrichtung angeordnet, wie Fig.
1 zeigt.
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Die Rührvorrichtung ist ferner mit eine Nabe 20 versehen, die geeignet
mit einer Antriebswelle 22 verbunden ist, z.B. mittels radialer Speichen oder Streben
24. Gegebenenfalls kann die Nabe 20 auch massiv ausgebildet und geeignet mit der
Antriebswelle verbunden sein. Der Durchmesser der Nabe beträgt etwa 40-60%, vorzugsweise
etwa 45-50% des Durchmessers der Scheiben 12 und 14.
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Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, sind auf den Außenseiten der Scheiben
12 und 14 weitere Rührblätter 26 angeordnet, die vorzugsweise. radial vom äußeren
Rand der Scheiben einwärts verlaufen und sich zweckmäßigerweise bis zur Nabe 20
erstrecken. Wie dargestellt, sind auf der Außenseite jeder der Scheiben 12 und 14
jeweils sechs Rührblätter 26 in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet, wobei die
Rührblätter 26 axial über den Rührblättern 16 liegen, d.h. in Fig. 1 liegen die
Rührblätter 16 direkt unter den Rührblättern 26 und sind daher in Fig. 1 nicht sichtbar.
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Die Rührblätter 26 haben eine axiale Höhe von etwa 20-40% der axialen
Höhe der Rührvorrichtung ohne diese Rührblätter und sie sind zweckmäßigerweise rechteckig
ausgebildet, es kann aber auch in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft sein, die
Rührblätter 26 sich konisch verjüngend von außen nach innen oder von innen nach
außen auszubilden, wie in Fig. 2 bei 56 und bei 58 gezeigt ist. Auch ist es nicht
unbedingt erforderlich, daß die Rührblätter 26 eben ausgebildet sind, sie können,
wie bei 38 in Fig. 1 gezeigt ist, auch gekrümmt ausgebildet sein.
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Dasselbe gilt für die zwischen den Scheiben angeordneten Rührblätter
18, wie in Fig. 1 bei 40 gezeigt ist.
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Auch brauchen die Rührblätter 26 nicht senkrecht auf der Ebene der
Scheiben 12 bzw. 14 zu stehen, sondern sie können auch geneigt, insbesondere auf
die in den Scheiben ausgebildeten Durchgangsöffnungen 28 zu geneigt, angeordnet
sein.
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Beide Scheiben 12 und 14 sind, wie vorstehend erwähnt, mit Durchgangsöffnungen
28 versehen, wobei jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung 28 einem der Rührblätter
26 zugeordnet ist, vorzugsweise ist aber jeweils eine Gruppe von Durchgangsöffnungen
28 jeweils einem der Rührblätter 26 zugeordnet. Die Durchgangsöffnungen 28, die
z.B. in Form kreisförmiger Löcher ausgebildet sind, sind vorzugsweise in Form einer
oder mehrerer radialer Reihen, wie z.B. den Reihen 32 und 34, angeordnet, es können
aber auch quer zu den radialen Reihen einzelne Löcher vorgesehen sein, wie bei 35
und 36 in Fig. 1 gezeigt ist.
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Die Rührblätter 26 sind in Drehrichtung der Vorrichtung, die in Fig.
1 durch den Pfeil P angezeigt ist, unmittelbar hinter den ihnen zugeordneten Löchern
bzw. Lochreihen angeordnet, d.h. die Löcher und Lochreihen liegen stets auf der
Druckseite der ihnen zugeordneten Rührblätter 26.
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Die Durchmesser der Löcher 28 können bei sämtlichen Löchern gleich
oder auch unterschiedlich sein, sie sind ferner abhängig von der Größe der Rührvorrichtung
und ggf. auch vom speziellen Verwendungszweck.
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Bei der Rührvorrichtung mit den oben aufgeführten Abmessungen kann
der Durchmesser der Löcher 28 zwischen etwa 10mm und etwa 40mm liegen.8 Anhand der
Fig. 3 und 4 soll nun die Wirkungsweise der Rührvorrichtung erläutert werden.
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Der wirkliche Strömungsverlauf am und innerhalb der Rührvorrichtung
ist sehr komplex, läßt sich aber mittels einer rotierenden Kamera einigermaßen beobachten.
Die Fig. 3 und 4 zeigen jedoch nur schematisch den
Verlauf eines
Stromfadens 42.
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Die Rührvorrichtung saugt das Rührgut im wesentlichen axial von oben
und unten an. In der Nähe der Rührvorrichtung erfolgt eine Umlenkung der axialen
Strömung in radiale Richtung, d.h. der angesaugte axiale Stromfaden 42 wird radial
umgelenkt und auf der Außenseite der Scheibe 12 aufgeteilt in einen Strahl 44, der
oberhalb der Scheibe im wesentlichen radial nach außen strömt, sowie in einen Strahl
46, der durch die Löcher 28 in den Innenraum der Rührvorrichtung gelangt und dort
auswärts strömt, wobei sein radiales Auswärtslaufen längs des Rührblattes 16 durch
das Rührblatt 18 verzögert wird.
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Das Rührblatt 18 kann, wie in Fig. 1 bei 19 gezeigt, quer zu der radialen
Lochreihe angeordnet sein, es wird aber zweckmäßigerweise in einem spitzen Winkel
zu der ihm zugeordneten Lochreihe angeordnet.
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In Fig. 1 beispielsweise ist das Rührblatt 21 der Lochreihe 23 zugeordnet
und in einem spitzen Winkel zu dieser und damit auch zu den zugehörigen Rührblättern
26 und 16 angeordnet.
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Bei der Anordnung entsprechend dem Rührblatt 21 ist das innere Ende
des Rührblattes der Lochreihe 23 am nächsten, das Rührblatt kann aber auch in umgekehrter
Weise angeordnet sein, wie in Fig. 1 be-i 25 gezeigt, in welcher Lage das äußere
Ende des Rührblattes 18 der Lochreihe 23 näher liegt als sein inneres Ende.
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Der Stromfaden 46 (Fig. 3) läuft somit innerhalb der Rührvorrichtung
nach außen und wird beim Verlassen der Vorrichtung erneut unterteilt in einen weiterhin
etwa radial etwa weiterlaufenden Strahl 48 und einen in das benachbarte Segment
der Rührvorrichtung zurückgeführten Strahl 50.
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Dieser Strahl 50 läuft, wie Fig. 4 zeigt, um das Rührblatt 18 dieses
nächsten Segmentes der Rührvorrichtung herum und dann ebenfalls etwa radial nach
außen, worauf auch dieser Strahl beim Verlassen der Rührvorrichtung noch einmal
unterteilt wird in einen weiterhin nach außen
laufenden Strahl
52 und einen in Richtung zum nächsten Segment der Vorrichtung umgelenkten Strahl
54.
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Gasblasen oder Tropfen, die sich in oder auf diesen Strahlen oder
Stromlinien befinden, werden also insgesamt erheblich länger im Scherfeld der Rührvorrichtung
gehalten als bei den bisherigen Rührvorrichtungen, bei denen die Rührintensität
in Richtung radial nach außen sehr schnell und sehr stark abnimmt.
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Die an den Außenseiten der Scheiben 12 und 14 angeordneten Rührblätter
26 unterstützen und steigern sehr stark die Förderung des Rührgutes von außen nach
innen, d.h. von den Bereichen außerhalb der Rührvorrichtung in den Raum zwischen
den beiden Scheiben 12 und 14 der Rührvorrichtung, d.h. die Pumpwirkung wird verstärkt
und damit auch die Homogenisierung des Rührgutes bzw. der zu mischenden Rührmaterialien
beträchtlich verbessert.
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Bei den bisherigen Rührvorrichtungen wird der von außen kommende Stromfaden
42 nur durch den Sog in die Rührvorrichtung hineingezogen, während er bei der erfindungsgemäßen
Rührvorrichtung durch die Rührblätter 26 noch zusätzlich hineingedrückt wird.
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Durch die Rührblätter 26 wird ferner der Newton-Wert gesteigert, wobei
insbesondere über die axiale Höhe der äußeren Rührblätter 26 der Newton-Wert an
die für das jeweilige Rührgut zulässigen Umfangsgeschwindigkeiten angepaßt werden
kann, ohne daß die guten Stofftransport-Eigenschaften beeinträchtigt werden.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß durch die Anordnung der Löcher 28
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der Lochreihen die Micro-Mischeigenschaften stark beeinflußt werden
können und auch hierüber eine Anpassung an bestimmte Rührgüter und eine Variation
sowie die Herbeiführung gewünschter Mischeigenschaften ermöglicht wird, wobei z.B.
die Selektivität von Konsekutivreaktionen günstig beeinflußt werden kann.
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Eine weitere Beeinflussung des Mischvorganges im Hinblick auf bestimmte
gewünschte Mischergebnisse läßt sich durch eine Perforierung der Rührblätter 26
und/oder 16 und/oder 18 erzielen.
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Schließlich lassen sich durch Krümmung der Rührblätter 26 und/oder
18 die Druckwirkungen und/oder die Sogwirkungen günstig beeinflussen.
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