用于在悬浮物中混合凝聚的粉末的混合装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于将凝聚的粉末混合在由载体流体和在其中悬浮的颗粒构成的悬浮物中的混合装置，具有：用于产生悬浮物射束（20）的喷嘴（4）；用于将粉末（21）引入悬浮物射束（20）中的供给装置（12，13）；混合腔（7），其配置用于将颗粒与所述粉末（21）混合，以使得粉末（21）粘附在颗粒上；以及扩散器（16），其用于稳定悬浮物使得由粉末（21）附着的颗粒在悬浮物中形成凝聚物（22）。
【专利说明】用于在悬浮物中混合凝聚的粉末的混合装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于在悬浮物中混合凝聚的粉末的混合装置。
【背景技术】
[0002]微生物在工业规模上的培育在近年来有多方面的应用。这样培育微生物，以便制造用于获得电流或用于生产生物柴油的有机燃料。此外在努力的过程中为了减少世界范围的二氧化碳排放，也使用光合作用活性的微生物，以固定废气中的二氧化碳。
[0003]对于培育微生物、例如藻类或蓝细菌而言，不仅应用生物反应器还应用平台设备(水产养殖厂)。在适合的营养溶液中培育微生物，该营养溶液包括水、碳源(Kohlenstoffquelle)和如矿物质或微量元素那样的补充物质。在此组成成分取决于微生物的要求。
[0004]因为微生物仅仅允许非常小的细胞密度，所以在收获时出现了大量液态的介质，微生物必须与该液态介质分离，以便其被继续加工。为此，现代化的方法使用了节约能量的磁选方法，其中微生物加载了磁铁矿微粒并且接着被引导经过磁场。在此，磁化的微生物与未磁化的液体分离。磁选方法例如在DE 10 2009 030 712中加以描述。
[0005]为了能够借助于磁铁矿微粒实现有效的分离，这些磁铁矿微粒必须形成稳定的微生物。为此需要在微生物和磁铁矿微粒之间的紧密接触，该接触使得磁铁矿微粒稳定地粘附在微生物上并形成凝聚物。通常，通过将磁铁矿微粒搅拌混入微生物营养溶液悬浮物中来形成在微生物和磁铁矿微粒之间的接触。然而在此的缺点是，搅拌能量仅仅不均匀地将能量输入到悬浮物中。由此，与搅拌能量能将能量均匀地输入到悬浮物中时所需的能量相t匕，总体上需要更多的能量用于搅拌，以便能实现磁铁矿微粒与微生物充分紧密的接触。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，实现了一种用于在悬浮物中混合凝聚的粉末的混合装置，其中在混合时混合能量能均匀地输入悬浮物中并且由此实现良好地形成凝聚物。
[0007]该目的利用具有权利要求1的特征来实现。此外，在其他权利要求中给出了有利的设计方案。
[0008]根据本发明的、用于将凝聚的粉末混合在由载体流体和在其中悬浮的颗粒构成的悬浮物中的混合装置具有:用于产生悬浮物射束的喷嘴；用于将粉末引入悬浮物射束中的供给装置；混合腔，混合腔配置用于将颗粒与粉末混合，以使得粉末粘附在颗粒上；以及扩散器，其用于稳定悬浮物，使得由粉末附着的颗粒在悬浮物中形成凝聚物。
[0009]优选地，粉末是磁铁矿粉末。此外优选的是，颗粒是藻类和/或蓝细菌，并且载体流体是用于藻类和/或蓝细菌的营养溶液。
[0010]优选地，喷嘴、混合腔和扩散器串联连接。在此优选的是，喷嘴、混合腔和扩散器组合成管。优选地，供给装置利用其输入口通入混合腔中，以使得在悬浮物射束进入混合腔中时，粉末能由供给装置经过输入口引入悬浮物射束中。为此优选的是，供给装置的输入口布置在混合腔中的悬浮物射束之外。
[0011]优选地，混合腔配置用于使悬浮物射束与粉末一起形成涡流。为此优选地，混合腔具有隔板和/或偏转轮廓，利用隔板和/或偏转轮廓能使悬浮物射束与粉末一起实现涡流。此外优选地，扩散器具有开口度和长度，以使得在扩散器中的悬浮物能无分离地稳定，由此在悬浮物中形成凝聚物。
[0012]利用根据本发明的混合装置，在将粉末混合到悬浮物中时能实现均匀地将混合能量输入悬浮物中，由此能实现使粉末与颗粒紧密接触。由此颗粒基于粉末的凝聚效应能有效地形成凝聚物。当悬浮物由微生物和水构成并且粉末是磁铁矿粉末时，根据本发明的混合装置特别有利地起作用。具有微生物的悬浮物作为驱动介质被泵送到混合装置中，其中悬浮物在喷嘴中被加速。由此，由喷嘴形成了驱动射束，磁铁矿粉末或者在气相中或在液相中被混入驱动射束中。在混合腔中,微生物和磁颗粒通过高剪切力和湍流而均匀地混合。布置在混合腔下游的扩散器将悬浮物的速度部分地转换为压力。在扩散器中剪切力和湍流减小，并且在扩散器中可以预期地形成微生物-磁铁矿凝聚物。
[0013]此外由于喷嘴、混合腔和扩散器的管状布置而提供了一种混合装置的近似多级的设计方案，其中连续的悬浮物流能穿流过混合装置。由此利用根据本发明的混合装置，在微生物悬浮物的连续流程中混合磁铁矿粉末，由此要求形成凝聚物。混合装置的根据本发明的、优选地具有隔板和偏转轮廓设计方案能实现将微生物悬浮物与磁铁矿颗粒良好地混合。在此实现了将能量均匀地输入悬浮物中，由此为了达到悬浮物的预定的充分混合度而需要的能量被最小化。为此，与传统的、其中能量不均匀地输入悬浮物中的混合装置相比，有利地节省了能量。此外有利的是，将混合装置应用在一个用于产生微生物的设备中，即悬浮物能与在该悬浮物的在其中形成的凝聚物一起连续地生成。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]以下结合附加的示意图阐述根据本发明的混合装置的一个优选的实施方式。该附图示出了混合装置的这个实施方式的纵截面图。
【具体实施方式】
[0015]如在附图中清楚显示的那样，混合装置I长形延伸并且设计为管状，其中在附图中看，混合装置I在左边具有入口横截面2并且在右侧具有出口横截面3。为了混合悬浮物，悬浮物经过入口横截面2例如利用泵被输送到混合装置I中。在入口横截面2处，混合装置I具有喷嘴4，其入口与入口横截面2重合。喷嘴4的流动横截面在流动方向上变细，直至其喷嘴出口横截面5，其中在流过喷嘴4时悬浮物的流动被加速。由此喷嘴4的长度是加速路段6，这样选择其长度，使得在喷嘴出口横截面5处形成悬浮物的射束。
[0016]混合装置I在喷嘴4的下游具有混合腔7，其设计为管状并且具有与喷嘴出口横截面5重叠的混合腔入口横截面8和混合腔出口横截面9。混合路段10在混合腔入口横截面8和混合腔出口横截面9之间延伸，这样选择其长度，使得能实现悬浮物在混合腔7中良好地充分混合。
[0017]在混合腔入口 8处设计有混合腔7的涡流腔11，其中涡流腔11的横截面大于混合腔入口横截面8。由此，经过喷嘴输出横截面5和混合腔入口横截面8流入的悬浮物射束20在涡流腔11中形成了自由的流体射束。
[0018]在涡流腔11处安装了输入口 12，在该输入口处再次固定有输送管路13，经过该输送管路能将粉末21输送到涡流腔11中。粉末21是磁铁矿粉末，并且利用每个能考虑的供给装置能将其经由输入口 12输送到涡流腔11中。在涡流腔11中，粉末21的颗粒抵达悬浮物射束20的边缘区域中并且被其混合。由此实现了粉末21在悬浮物射束20中的均匀分布。
[0019]混合腔7在输入口 12的下游具有隔板14，悬浮物在强烈的涡流下流过该隔板。此夕卜，混合腔7在隔板14的下游还具有偏转轮廓15，其突起地布置在混合腔7的内壁上并且由此导致了悬浮物流的另一个涡流。也可考虑没有隔板14和/或偏转轮廓15的混合腔7。
[0020]因为涡流腔11的横截面大于混合腔入口横截面8，由此该区域在其静风区(Windschatten)中位于混合腔入口横截面8之外。在这个区域中经过输入口 12引入粉末21，该粉末由悬浮物射束20携出。紧接着流过隔板14并且经过该偏转轮廓15导致了悬浮物流在混合腔7中的这样强烈地附加混合，即，实现了微生物与磁铁矿粉末更加紧密的接触。由此在混合腔7中发生磁铁矿粉末粘附在微生物上，由此微生物在其自身方面倾向于形成凝聚物22。通过使磁铁矿粉末21附着在微生物上，微生物自身通过磁铁矿粉末而磁性地吸引。微生物由此实现的局部粘附积累导致形成凝聚物22。
[0021]在混合腔7的下游，在混合腔出口横截面9处布置有扩散器16，其扩散入口横截面17与混合腔出口横截面9重合。在越过稳定路段19的情况下，扩散器16在流动方向上延伸至其扩散器出口横截面18，其中扩散器16在其横截面中在该稳定路段19上加宽。扩散器16的开口度和混合路段19的长度这样被选择，即在扩散器16中的悬浮物流动这样被稳定，即，以充足的规模来形成凝聚物22。在与混合装置I的出口横截面3重合的扩散器出口横截面18处，悬浮物连同凝聚物22 —起流出。
[0022]喷嘴4、混合腔7和扩散器16串联地依次布置，其中悬浮物直线地流过喷嘴4、混合腔7和扩散器16。由此将混合装置I设计为管状，其中可以考虑的是，喷嘴4、混合腔7和扩散器16 —体地彼此安装。在混合装置I的入口横截面2处，具有或多或少精细分布的微生物的悬浮物流入混合装置I中，并且具有经过凝聚的微生物的悬浮物在出口横截面3处流出。
[0023]特别有利地能利用磁分离方法来进行从悬浮物中获得微生物。因为微生物作为凝聚物22而存在并且此外还是磁性的，由此能简单且有效地从悬浮物中利用磁体来将以其凝聚物22形式的微生物分离出。可考虑的是，混合装置I能构造到磁分离装置的输送单元中。在此，悬浮物经过混合装置I被输送给磁分离装置，其中在生成率高并且能量消耗低时能从悬浮物中获得凝聚物22。此外应用混合装置21能实现将悬浮物连续地输送至磁分离装置，以使得磁分离装置同样能连续运行。
[0024]具有喷嘴4、混合腔7和扩散器16的混合装置近似多级地构成，由此在混合装置I中发生悬浮物良好的混合，由此磁铁矿粉末与微生物紧密接触。在充分混合时，能量均匀地输入到悬浮物中，由此在低能量使用时也能实现悬浮物的高混合度。在运行混合装置I时，泵设计为唯一的能量消耗装置用于将悬浮物输送至混合装置I的入口横截面2。在混合装置I中不需要设置可能的搅拌装置，其通常已知用于将悬浮物与粉末混合并且消耗能量。在混合腔7中存在悬浮物流中的大速度梯度，由此使悬浮物强烈地形成涡流以及湍流。因此在混合腔7的悬浮物中存在高剪切力，其支持磁铁矿粉末与微生物的紧密接触。
[0025]通过输入口 12能对粉末21的引入混合腔7中的质量流进行计量。粉末质量流能调节到悬浮物中的微生物的份额，以使得尽可能多地能将粉末21粘附在微生物上并且尽可能少地使悬浮物中的粉末21无效地随同流动。由此也能实现的是，在悬浮物中的微生物的可能的浓度波动时，粉末质量流相应地能够被再调整。
[0026]在一个特别有利的实施方案中，使用磁铁矿或类似的材料，其表面这样地起化学作用，即磁铁矿颗粒进入到与藻类或微生物的细胞表面的特别紧密的连接中。
【权利要求】
1.一种用于将凝聚的粉末(21)混合在由载体流体和在所述载体流体中悬浮的颗粒构成的悬浮物中的混合装置，所述混合装置具有:用于产生悬浮物射束(20)的喷嘴(4);用于将所述粉末(21)引入所述悬浮物射束(20)中的供给装置(12，13);混合腔(7)，所述混合腔配置用于将所述颗粒与所述粉末(21)混合，以使得所述粉末(21)粘附在所述颗粒上；以及扩散器(16)，所述扩散器用于稳定所述悬浮物使得由所述粉末(21)附着的所述颗粒在所述悬浮物中形成凝聚物(22 )。
2.根据权利要求1所述的混合装置，其中，所述粉末(21)是磁铁矿粉末。
3.根据权利要求1或2所述的混合装置，其中，所述颗粒是藻类和/或蓝细菌，并且所述载体流体是用于所述藻类和/或所述蓝细菌的营养溶液。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合装置，其中，所述喷嘴(4)、所述混合腔(7)和所述扩散器(16)串联连接。
5.根据权利要求4所述的混合装置，其中，所述喷嘴(4)、所述混合腔(7)和所述扩散器(16)组合成管。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的混合装置，其中，所述供给装置(12，13)利用所述供给装置的输入口( 12 )通入所述混合腔(7 )中，以使得在所述悬浮物射束(20 )进入所述混合腔(7 )中时，所述粉末(21)能由所述供给装置(12，13 )经过所述输入口( 12 )引入所述悬浮物射束(20)中。
7.根据权利要求6所述的混合装置，其中，所述供给装置(13的所述输入口(12)布置在所述混合腔(7)中的所述悬浮物射束(21)之外。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的混合装置，其中，所述混合腔(7)配置用于使所述悬浮物射束(20)与所述粉末(21) —起形成涡流。
9.根据权利要求8所述的混合装置，其中，所述混合腔(7)具有隔板(14)和/或偏转轮廓(15)，利用所述隔板和/或所述偏转轮廓能使所述悬浮物射束(20)与所述粉末(21)—起实现涡流。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的混合装置，其中，所述扩散器(16)具有开口度和长度(19)，以使得在所述扩散器(16)中的所述悬浮物能无分离地稳定，由此在所述悬浮物中形成所述凝聚物(22)。
【文档编号】B01F5/04GK103945926SQ201280044454
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年8月16日 优先权日:2011年9月16日
【发明者】斯特凡·布伦丁格, 维尔纳·哈特曼 申请人:西门子公司