DD154580A1

DD154580A1 - STATIC MIXING AND HOMOGENIZATION DEVICE, ESPECIALLY FOR ADOPTING SOLUTIONS AND PLASTIC MELTS

Info

Publication number: DD154580A1
Application number: DD22540780A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Warta
Original assignee: Wolfgang Warta
Priority date: 1980-11-24
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1982-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine statische Misch- und Homogenisiervorrichtung, die insbesondere in Rohrleitungssystemen eingesetzt wird. Es ist Ziel der Erfindung die Qualitaet der Loesung bzw. Plastschmelze sowie das Gebrauchswertverhalten der daraus hergestellten Endprodukte zu verbessern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch gezielte Platzwechselvorgaenge Zusatzstoffe homogen in den Grundmassestrom einzuarbeiten. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass der im Rohr angeordnete Dorn einen Dosierabschnitt mit einem eine achssymmetrische Zentralbohrung und umfangseitig sternfoermig verlaufende Verteilbohrungen besitzenden Dosierkegel, einen mit sich kreuzenden Spiralnuten und Stroemungsteiler versehenen Axialmischer sowie einen aus Mischelementen und Zwischenscheiben bestehenden Radialmischer aufweist. Die erfindungsgemaesse statische Misch- und Homogenisiervorrichtung wird zum Einfaerben von Loesungen und Plastschmelzen, insbesondere in Rohrleitungssystemen eingesetzt.The invention relates to a static mixing and homogenizing device, which is used in particular in piping systems. It is an object of the invention to improve the quality of the solution or plastic melt and the utility value behavior of the end products produced therefrom. The invention has for its object to incorporate by targeted Platzwechselvorgaenge additives homogeneously in the basic mass flow. Geloest the object is achieved in that the mandrel arranged in the tube has a metering with a center axis axisymmetric bore and circumferentially sternfoermig extending distribution holes possessed Dosierkegel, provided with intersecting spiral grooves and Stroemungsteiler axial mixer and a mixing elements and intermediate discs existing radial mixer. The inventive static mixing and homogenizing is used for the insertion of solutions and plastic melts, especially in piping systems.

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

Statische Misch- und Homogenisiervorrichtung, inabesondere zum Einfärben von Lösungen und PlastschmelzenStatic mixing and homogenizing device, especially for coloring solutions and plastic melts

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine atatische Misch- und Homogenisiervorrichtung zum Einfärben von Lösungen und Plastschmelzen, insbesondere in Rohrleitungssystemen.The invention relates to an atatic mixing and homogenizing device for coloring solutions and plastic melts, in particular in piping systems.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Vorrichtungen zum Mischen und Homogenisieren von Lösungen von Plastschmelzen sind in den verschiedensten AusfUhrungsformen bekannt.Devices for mixing and homogenizing solutions of plastic melts are known in the most varied embodiments.

Gemäß GB-PS 1 220 688ist eine Lösung zur Verbesserung der Homogenität der Schmelze bekannt, die die Schmelze durch axiale und radiale Aufteilungs- bzw. Umlagerungsvorgänge durchmischt. Die Nachteile dieser Lösung sindAccording to British Patent 1,220,688, a solution is known for improving the homogeneity of the melt which mixes the melt by axial and radial partitioning operations. The disadvantages of this solution are

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der quadratische Strömungskanal und die darin herrschenden ausgeprägten Geschwindigkeitsgradienten, die eine Parbeinmischung unmöglich erscheinen lassen* nachteilig an dieser Lösung ist außerdem der hohe und schwierige Pertigungsaufwand» Zur Verbesserung der Schmelzehomogenität ist eine weitere Lösung aus der GB-PS 1 238 506 bekannt, die durch ihre konstruktive Gestaltung den Schmelzes trom innerhalb eines Rohres in y^x Teilschmelzeströme (y s 4 und χ » Anzahl der Elemente) aufteilt, wobei Schmelzeteilchen von der Rohrwandung zur Mitte des Rohres und umgekehrt umgelagert werden. Diese Lösung besitzt den Nachteil, daß der Fertigungsaufwand sehr hoch ist und keine 100 %ige Ablösung der an der Rohrwandung fließenden Schmelzepartikelchen erfolgt. Thermisch empfindliche Parbbatches können mit dieser Lösung nicht bzw. nur bedingt hergestellt werden.the square flow channel and the prevailing pronounced velocity gradients, which make a Parbeinmischung impossible * disadvantageous in this solution is also the high and difficult Pertigungsaufwand To improve the melt homogeneity, another solution from GB-PS 1,238,506 is known by their constructive design of the melt trom within a tube in y ^x partial melt streams (ys 4 and χ »number of elements) divides, with melt particles from the tube wall to the center of the tube and vice versa relocated. This solution has the disadvantage that the manufacturing cost is very high and no 100% replacement of flowing on the pipe wall melt particles takes place. Thermally sensitive Parbbatches can not or only partially be produced with this solution.

In der GB-PS 1 36Ο 751 wird ein Spiralmischelement geschlitzt, mit dem die Schichtenbildung nach der Gesetzmäßigkeit y^x erfolgt, worin y « 2 und χ - Anzahl der Einzelelemente darstellt. Voraussetzung für die volle Punktionstüchtigkeit dieses Mischers ist, daß die Elemente in das Schmelzerohr eingeschliffen werden müssen, um eine einwandfreie Anlage an der Rohrwandung zu erzielen. Das Einschleifen ist notwendig, damit zwischen Rohrwandung und den Mischelementen kein zu großes Spiel vorhanden ist. Ein zu großes Spiel würde verursachen, daß die wandungsnahen Schmelzeschichten, die es ganz besonders abzulösen gilt, im vorhandenen Spiel zwischen Mischerelement und Rohrwandung weiterströmen, ohne in den Mischprozeß einbezogen zu werden* Der Einschleifprozeß derartiger Spiralmischeleraente ist aber äußerst aufwendig und kostspielig zugleich«In GB-PS 1 367 751 a spiral mixing element is slit, with which the layer formation according to the law y ^x is carried out, wherein y «2 and χ - represents the number of individual elements. Prerequisite for the full Punktionstüchtigkeit this mixer is that the elements must be ground into the molten tube in order to achieve a perfect investment in the pipe wall. The grinding in is necessary so that there is not too much play between the pipe wall and the mixing elements. Too large a game would cause the near-wall melt layers, which is particularly to replace it, continue to flow in the existing game between mixer element and pipe wall, without being involved in the mixing process * The grinding process of such Spiralmischeleraente is extremely complex and costly at the same time.

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Aufgrund der geringen Mischwirkung iat eine relativ große Mie'cherlänge erforderlich.Due to the low mixing effect, a relatively long mixer length is required.

In der DE-PS 2 907 981 ist eine Mischvorrichtung beschrieben, bei der radial über eine Strömungsmittelinjektionsvorrichtung die Strömungsmittel zugeführt werden, die in der Mischvorrichtung eine Homogenisierung erfahren sollen. Das radiale Einspritzen von Strömungsmitteln hat den. Nachteil, daß die Strömungsmittel vom Gesamtmassestrom zwar gleichmäßig erfaßt werden, aber je nach Entfernung von der Rohrwandung mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten weitergetragen werden. Dieses Verhalten wirkt im Bereich der Injektionsvor-. richtung sogar einer gezielten Vermischung entgegen.In DE-PS 2 907 981 a mixing device is described in which the fluid is fed radially via a fluid injection device, which should undergo homogenization in the mixing device. The radial injection of fluids has the. Disadvantage that, although the fluid from the total mass flow are detected evenly, but depending on the distance from the pipe wall with different flow rates are carried on. This behavior acts in the area of the injection. direction even targeted mixing.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, eine statische Misch- und Homogenisiervorrichtung, insbesondere zum Einfärben von Lösungen und Plastschmelzen so auszubilden, daß die Homogenität und damit die Qualität der eingefärbten Lösung bzw. Plastschmelze verbessert wird, sowie das Gebrauchswertverhalten der daraus hergestellten Endprodukte gesteigert wird.It is an object of the invention to form a static mixing and homogenizing, in particular for coloring solutions and plastic melts so that the homogeneity and thus the quality of the colored solution or plastic melt is improved, and the utility value of end products made therefrom is increased.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statische Misch- und Homogenisiervorrichtung, insbesondere zum Einfärben von Lösungen und Plastschmelzen zu schaffen, mit der durch viele gezielte Platzwechselvorgänge Parb-The invention has for its object to provide a static mixing and homogenizing, in particular for coloring solutions and plastic melts, with the many targeted place changes Parb

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partikelchen oder andere Zusatzstoffe homogen in den Grundmassestrom eingearbeitet "werden»Particles or other additives are homogeneously incorporated in the basic mass flow

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Inneren eines Rohres ein Dorn angeordnet ist, der aus einem Dosierabschnitt, einem Axialmischer und einem Radialmischer besteht, wobei der Dorn im Dosierabschnitt kegelförmig ausgebildet ist und eine achssymmetrische Zentralbohrung besitzt, die mit umfangseeitig sternförmig verlaufenden Bohrungen in Verbindung steht, während der in Strömungsrichtung folgende Axialmischer über ein Netzwerk umfangaseitig verlaufender_$ sich kreuzender Spiralnuten verfügt, die in den leicht veriierbaren aus Mischelementen und Zwischenscheiben bestehenden Radialmischer münden, dessen Nutenanordnung und Nutenanzahl anwendungsfallspezifisch wählbar sind. Die von der achssymmetrischen Zentralbohrung ausgehenden, umfangsseitig sternförmig verlaufenden Bohrungen bilden mit der Dornachse jeweils einen Y/inkel von ca· 60° und münden in das Mischerinnere· Die über die achssymmetrische Zentralbohrung eingespeisten Zusatzstoffe, insbesondere Farbstoffe, verteilen eich auf die Sternförmig verlaufenden Bohrungen, um im Mischerinneren im Bereich des kegelförmig ausgebildeten Doms in den Grundmassestrom einzudringen. Dadurch wird erreicht, daß die Zusatzstoffe gleichmäßig in den Grundmassestrom eingeleitet werden und somit bereits eine Art Vormischung erreicht wird«, Nach Verlassen des Dosierabschnittes durchströmt der mit Zusatzstoffen versehene Grundmasseatrom ein Hetzwerk umfangseitig verlaufender,· sich kreuzender Spiralnuten, wobei an den Kreuzungspunkten der Nuten Aufteilungsvorgänge stattfinden, die ein Vermischen des Massestromes bewirken, was jedoch im wesentlichen nur axialen Charakter trägt.According to the invention the object is achieved in that inside a tube, a mandrel is arranged, which consists of a metering, an axial mixer and a radial mixer, wherein the mandrel is formed conically in the metering and has an axisymmetric central bore, which with circumferentially star-shaped holes in connection is established, while the following in the flow direction axial mixer intersecting spiral grooves has a network umfangaseitig extending _$, which open into the light veriierbaren consisting of mixing elements and intermediate discs radial mixer whose groove arrangement of grooves and are application specific selectable. The bores extending from the axisymmetric central bore, circumferentially star-shaped bores form with the mandrel axis in each case a Y / inkel of about 60 ° and open into the mixer interior. The additives fed in via the axisymmetric central bore, in particular dyes, distribute onto the star-shaped bores. to penetrate in the mixer interior in the region of the cone-shaped dome in the basic mass flow. This ensures that the additives are introduced uniformly in the basic mass flow and thus already a kind of premix is reached, "After leaving the dosing section flows through the provided with additives Grundmasseatrom a Hetzwerk circumferentially extending, · spiral grooves intersecting, wherein at the crossing points of the grooves splitting operations take place, which cause a mixing of the mass flow, but which essentially carries only axial character.

Da die Nuten spiralförmig verlaufen, werden die Massepartikelchen nicht nur axial vermischt, sondern auf ihren Weg durch den Axialmischer auch umfangseitig umgelagert. Der Homogenisierungsprozeß sowohl in Umfangsals auch in Radialrichtung wird im nachfolgenden Radialmischer noch einmal stark intensiviert, da hier die Massepartikelchen Aufteilungsvorgänge nach der Beziehung y ss a (a = Nutenzahl pro Mischelement, z. B. a = 20 -und χ β Anzahl der Mi-schelemente) durchlaufen müssen, wobei diesen axialen Aufteilungsvorgängen ein radiales Anheben der Massepartikelchen von der Grundfläche des Mischers zur Rohrwandungsinnenfläche verbunden ist. Die im Nutenbereich angehobenen Massepartikelchen können diese Nut in axialer Richtung aber nicht vollkommen durchströmen, da das Ende der Nut mit der Rohrinnenwandung abschließt. Die axiale Rohrströmung wird durch den zwischen zwei benachbarten Nuten (Ein- und Auslaßnut) vorhandenen drexeckformigen Durchströmquer-Bchnitt in eine Querströmung umgelagert, wobei sich die Teilströme zweier benachbarter Einlaßnuten in der zwischen beiden liegenden Auslaßnut vereinigen und vermischen. Dieser Prozeß erfolgt pro Mischelement soviel Mal, soviel Nuten im Mischelement vorhanden sind. Durch •die Variation der Mischelementgeometrie, d. h. durch die Wahl der Nutenanzahl, Nutenbreite, Nutenneigung, Nutentiefe und durch die Gestaltung der Nutengrundfläche, eben oder gekrümmt, ist der Radialmischer prinzipiell . federn Mischproblem anpaßbar.Since the grooves are spiral, the mass particles are not only mixed axially, but also relocated circumferentially on their way through the axial mixer. The homogenization process both in the circumferential direction and in the radial direction is intensified once more in the following radial mixer, since here the mass particle division processes according to the relationship y ss a (a = number of slots per mixing element, eg a = 20 and χ β number of mi schelemente), wherein these axial division processes a radial lifting of the mass particles from the base of the mixer is connected to the pipe wall inner surface. However, the mass particles raised in the groove area can not completely flow through this groove in the axial direction, since the end of the groove is flush with the pipe inner wall. The axial pipe flow is rearranged by the existing between two adjacent grooves (inlet and outlet) drexeckformigen Durchströmquer-cut in a cross-flow, with the partial streams of two adjacent inlet grooves unite in the outlet between the two and mix. This process takes place per mixing element as many times as many grooves are present in the mixing element. By • the variation of the mixing element geometry, i. H. by the choice of Nutenanzahl, groove width, groove inclination, groove depth and by the design of the groove base, flat or curved, the radial mixer is in principle. feathers mix problem adaptable.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

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Die dazugehörige Zeichnung zeigt den Schnitt durch die statische Misch- und Horaogenisiervorrichtung·The accompanying drawing shows the section through the static mixing and Horaogenisiervorrichtung ·

Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß die statische Misch- und Homogenisiervorrichtung aus dem Dosierabschnitt, dem Axialmischer 2 und dem Radialmischer 3 besteht· Der Dorn 4 wird durch den Axialmischer 2 und den Radialmischer 3 im Rohr 5 zentriert. Der Dosierabschnitt 1 besteht aus dem Dosierkegel 6, der eine achssymmetrische Zentralbohrung 7 besitzt, die über sternförmig angeordnete Verteilerbohrungen 8 mit dem Zwischenraum 9 in Verbindung steht. Im Anschluß an den Dosierabschnitt 1 ist der Dorn 4 als Axialmischer 2 ausgebildet, dessen Außendurchmesser und der Rohrinnendurchmesser eine Spielpassung bilden. Auf dem Umfang ist der Axialmischer 2 mit einem Netzwerk sich kreuzender Spiralnuten 10 versehen, wodurch eine Vielzahl von Strömungsteilern 11 gebildet wird, die den eigentlichen Mischprozeß einleitet. Für hohe Mischansprüche kann die Anzahl der Spiralnuten 10 und damit der entstehenden Strömungsteiler 11 sehr groß gewählt werden. Der abschließende Radialmischer 3 wird aus Zwischenscheiben 12 und Mischelementen 13 gebildet. Die mit Zwischenscheiben 12 kombinierten Mischelemente 13 sind so gewählt, daß jedem Nutenauslaß 14» in Strömungsrichtung gesehen, der Hutenberg 15 des nachfolgenden Mischelements gegenüberliegt, und dadurch der Massestrom gezwungen wird, sich aufzuteilen, wobei beim Durchströmen des Mischelements 13 Schichten des Massestromes radial angöhoben und einer Quervermischung unterzogen werden.It can be seen from the drawing that the static mixing and homogenizing device consists of the dosing section, the axial mixer 2 and the radial mixer 3. The mandrel 4 is centered in the tube 5 by the axial mixer 2 and the radial mixer 3. The metering section 1 consists of the metering cone 6, which has an axisymmetric central bore 7, which communicates via star-shaped distributor bores 8 with the intermediate space 9 in connection. Following the metering section 1, the mandrel 4 is designed as an axial mixer 2, whose outer diameter and the inner tube diameter form a clearance fit. On the circumference of the axial mixer 2 is provided with a network of crossing spiral grooves 10, whereby a plurality of flow dividers 11 is formed, which initiates the actual mixing process. For high mixing requirements, the number of spiral grooves 10 and thus the resulting flow divider 11 can be very large. The final radial mixer 3 is formed from intermediate disks 12 and mixing elements 13. The combined with washers 12 mixing elements 13 are chosen so that each Nutenauslaß 14 seen in the flow direction, the Hutenberg 15 of the subsequent mixing element, and thereby the mass flow is forced to divide, 13 layers of the mass flow radially angöhoben and flow through the mixing element be subjected to a cross-mixing.

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Beim Eintritt des Grundmassestromes in den Dosierabechnitt 1 des Mischers werden diesem über die achssymmetrische Zentralbohrung 7 Zusatzstoffe, insbesondere Farbstoffe, zugeführt, die über die sternförmig angeordneten Verteilbohrungen 8 in den Grundmassestrom eindringen. Dieser Vormischprozeß wird durch das sich anschließende Netzwerk sich kreuzender Spiralnuten 10 des Axialmischers 2 intensiviert, wobei die Strömungsteiler 11 viele Aufteilungsvorgänge bewirken, die ein Einarbeiten bzw. gleichmäßiges Verteilen der Zusatzstoffe im Grundmassestrom bewirken. Durch die im Radialmischer 3 erzeugten Radial- und Quervermischungen werden die Zusatzstoffe zielgerichtet homogenisiert.When the basic mass flow enters the metering section 1 of the mixer, it is supplied via the axisymmetric central bore 7 with additives, in particular dyes, which penetrate via the star-shaped distribution bores 8 into the basic mass flow. This premixing process is intensified by the subsequent network of intersecting helical grooves 10 of the axial mixer 2, wherein the flow dividers 11 effect many division processes which bring about incorporation or uniform distribution of the additives in the basic mass flow. The radial and transverse mixing generated in the radial mixer 3, the additives are homogenized targeted.

Claims

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Erfindungeanspruch

Static mixing and homogenizing device, in particular for coloring solutions and plastic melts, consisting of a tube in which additives are metered into a static mixer via a metering section, characterized in that the mandrel (4) arranged in the tube (5) has a metering section ( 1) with an axis of symmetry Zentralbohrrang (7) and urnfangseitig star-shaped distribution holes (8) possessing Dosierkegel (6), an intersecting spiral grooves (10) and flow divider (11) provided axial mixer (2) and one of mixing elements (13) and Intermediate discs (12) existing radial mixer (3).

For this 1 sheet drawing