DD213602A1

DD213602A1 - Statischer mischer

Info

Publication number: DD213602A1
Application number: DD83248430A
Authority: DD
Inventors: Erwin Schwarz; Kurt Winkler
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1984-09-19

Abstract

Der statische Mischer dient der Mischung, Homogenisierung bzw. Dispergierung fliessfaehiger Medien in der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie. Ziel ist die Verbesserung der Mischerleistung besonders bei groesseren Querschnitten und bei fertigungsguenstiger Gestaltung. Die Aufgabe ist, Grundelemente mit gleicher Makro- aber unterschiedlicher Mikrostruktur zu entwickeln, die bei entsprechender Anordnung eine gezielte Folge und Abstufung von Makro- und Mikromischung bewirken. Die Leitelemente mit Makrostruktur bestehen in der Regel aus undurchbrochenem Material, dass vorzugsweise gefaltet ist.Die entstehenden Stroemungsrinnen sind im Winkel zur Grundstroemung angeordnet. Die Leitelemente mit Mikrostruktur weisen zusaetzlich noch stroemungsumlenkende Mikroleitelemente auf, d. vorzugsweise aus dem Grundmaterial in Form von Laschen, gekoppelt mit Oeffnungen, herausgearbeitet sind und deren charakteristische Abmessungen um eine halbe bis zwei Groessenordnungen kleiner sind als die der Leitelemente mit Makrostruktur.Die Leitelemente werden zu Paketen zusammengefasst und in Stroemungsrichtung alternierend hintereinander angeordnet.

Description

Berlin, den 9. 2. 1983 251/5078/111

Erfinder

Dr. Erwin Schwarz Dr. Kurt Winkler

Statischer Mischer

Anwendungegebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen atatischen Mischer für die Mischung, Homogenisierung als auch Dispergierung fließfähiger Medien z. B. in der chemischen, Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie und ist besonders für größere Rohr- und Apparatedurchmesser geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die praktischen Erfahrungen mit Rührmischern zeigen, daß die Mischung bzw. Homogenisierung in fluide Medien geringer Viakosität im allgemeinen in der Art abläuft, daß durch das Miechaggregat in der Hauptsache grobe Turbulenzen erzeugt werden, die zu einer Makroraischung führen und der Zerfall der Turbulenzballen in Mikrowirbel anschließend die Mikromischung in entsprechend kleinen Volumenbereichen realisiert. Pur hochviskose Medien wird dagegen die Homogenisierung wesentlich von der Anzahl der Schichtenbildungen und Umschichtungen bestimmt. Die zielgerichtete Umsetzung dieser Erkenntnisse bei der Ausgestaltung statischer Mischer, insbesondere für größere Apparateab-

measungen, geschieht bisher nur in sehr unvollkommener Weise.

Die Mehrzahl der bekannten statischen Mischer ist derart gestaltet, daß mehrere Mischpakete mit gleicher Struktur in Hauptströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind (z. B. DE-OS-2 202 635; DE»0S«2 119 239; DE-AS-2 308 902; DE-AS-2 522 06; DE«0S«2 459 355; DE-0S«2 723 056; US-3 297 305; US-3 207 484; US«4 099 268; DD-140 653; CH-578 369). Der wesentliche Fachteil dieser Mischer ist, daß unabhängig davon in welchem Mischzuatand sich das einem Paket zufließende Medium befindet, stets nur wirbelerzeugende Elemente gleicher Abmessungen angeboten werden«. Damit wird in Abhängigkeit von diesen Abmessungen entweder bevorzugt eine schnelle Grobmischung über einen größeren Querschnitt bei mangelhafter Peinmischung oder eine gute Feinmischung in kleinen Volumenbereichen bei mangelhafter Mischung über größere Querschnitte hinweg erreicht. Zum anderen erfolgt eine Anpassung der statischen Mischer an unterschiedliche Apparatedimensionen im allgemeinen in der Art, daß die Größe der vorgegebenen Strukturelemente angepaßt wird, d«, h. vergrößert oder verkleinert, ohne Rücksicht darauf, daß sich dabei zwangsweise auch das erzeugte Turbulenzspektrum ändert, keine optimale Verteilung groß« und kleinräumiger Turbulenzen erreicht und somit die Mischwirkung negativ beeinfluß wird» Um die angeführten negativen Aspekte auszugleichen, müssen größere Mischstrecken oder Konstruktionen mit höherem Druckverlust zur Reduzierung der Mischstrecke in Kauf genommen werden.

In den Schriften DE 2 205 371 und JP«5 336 616 wird u. a. vorgeschlagen, Mischerpakete aus Grundelementen gleicher Art aber verschiedener Größe aufzubauen oder die Größe der Grundelemente benachbarter Mischerpakete zu variieren. Der Hauptnachteil dieser Art von Mischern besteht darin, daß der Fertigungsauf~ wand gegenüber Mischern aus Grundelementen gleicher Größe bedeutend höher ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines leistungsfähigen statischen Mischers, der bei einfachem konstruktiven Auf-

bau und damit geringe^ Fertigungskosten eine Verbesserung der Mischerleistung gestattet.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Lösung zu finden, die es gestattet, bei gleichbleibenden Abmessungen der Grundelemente innerhalb eines Mischers zielgerichtet Makroturbulenz und Mikroturbulenz zu erzeugen und damit eine gezielte Folge und Abstufung von Makrotnischung und Mikroffiischung zu erreichen.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgetnäß wird dies dadurch erreicht, daß die Einbauten für den statischen Mischer aus Leiteleraenten mit gleicher Makrostruktur aber unterschiedlicher Mikrostruktur bestehen, wobei die Mikrostruktur selbst wieder eine Leitbzw, wirbelerzeugende Funktion aufweist. Die charakteristischen Abmessungen (hydraulischer Durchmesser) der Mikrostruktur sind um eine halbe bis zwei Größenordnungen, vorzugsweise um etwa eine Größenordnung kleiner als die charakteristischen Abmessungen der Makrostruktur. Leitelemente mit Makrostruktur (Makromischelemente) bestehen in der Regel aus undurchbrochenem Material, das vorzugsweise gewellt oder gefaltet ist und dadurch Strömungsrinnen bildet, die in einem Winkel zur Grundströmung angeordnet sind. Die Leitelemente mit Mikrostruktur (Mikromischelemente) weisen zusätzlich noch Mikroleitelemente auf, die vorzugsweise aus dem Grundmaterial in Form strömungsumlenkender Vorrichtungen z. B. in Form von Laschen gekoppelt mit Öffnungen herausgearbeitet sind. In Sonderfällen können die Mischelemente zusätzlich auf Makroraiüchelementen angebracht werden. Die Mikroraischelemente sind vorzugsweise gegen die Grundströmung gerichtet, um eine möglichst effektive seitliche Ablenkung der anströmenden Medien zu erreichen, verbunden mit einer starken Mikrowirbelbildung hinter den Mikroleitelementen. Die unterschiedlich strukturierten Leitelemente werden zu einem atatischen Miacher angeordnet, in dem mehrere Leitelemente vorzugsweise

mit gleicher Grundstruktur zu einem Mischerpaket zusammengefaßt und mehrere Mischerpakete in Richtung der Hauptströmung hintereinander angeordnet werden· Vorzugsweise werden dabei am Mischereingang ein bis zwei Pakete von Makromischelementen angeordnet, die eine Grpbmischung über den Querschnitt bewirken, gefolgt von ein bis vier Paketen aus Mikrotnischelementen, die dann die Homogenisierung in den kleinen Volumenbezirken übernehmen. In Sonderfällen ist eine mehrfache Abfolge von Mischerpaketen mit unterschiedlich strukturierten Leitelementen möglich*

In Spezialfällen, bei denen beispielsweise stark unterschiedliche Volumenströme gemischt werden sollen, kann es vorteilhaft sein, nut ein bis zwei Mischerpaketen mit Mikromischelementen am Mischereingang zu beginnen, um eine Vorverteilung des geringen Volumenstroms auf einen Teilquerschnitt zu erreichen, damit mit den nachfolgenden Mischerpaketen aus Makromischelementen eine annähernd symmetrische Grobverteilung über den ganzen Querschnitt erzielt wird. Unter gewissen Umständen ist es vorteilhaft, ein Mischerpaket aus Makro- und Mikromischelementen aufzubauen, wobei dann eine spezielle Abfolge hintereinander angeordneter Mischerpakete weniger von Bedeutung ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1 Mischelemente in Form ebener Leitelemente, a Makromischelement

b Mikromischelement Pig. 2 Statischer Mischer aus Mischelementen nach Pig.

im Schnitt Pig. 3 Mischelemente in Porm gefalteter Leitelemente, a Makromischelement

b Mikromischelement Pig. 4 Statischer Mischer aus Leiteleraenten nach Pig.

im Schnitt

Der statische Mischer nach Pig. 1 und 2 besteht aus den in einem Mantel 5 hintereinander angeordneten Mischerpaketen A;B.

Das Mischerpaket A besteht aus gegeneinander geneigt und in Grundatroraungsrichtung 6 versetzt angeordneten Makromiachelementen 1; die entsprechend Pig. 1a aus ebenen, undurchbrochenen Leitelernenten gebildet werden.

Das Mischelement B besteht aus Mikromischelementen 2, deren äußere Abmessungen und deren Anordnung den Makromischelementen 1 in Paket A entspricht, die jedoch entsprechend Fig. 1b eine MikroStruktur in Form von aus dem Grundmaterial herausgearbeiteten Mikroleiteleraenten 3 gekoppelt mit Öffnungen 4 aufweisen. Die Mikroleitelemente 3 haben im vorliegenden Fall die Form von der Grundströmung entgegengerichteten rechteckigen Laschen.

Im statischen Mischer nach Fig. 3 und 4 bestehen die Mischerpake te A; B aus parallel nebeneinanderliegenden Makroraischelementen 1, die entsprechend Fig. 3a aus gefalteten Leitelementen bestehen. Die Faltkanten der Makromischelemente 1 sind gegen die Grundströmungsrichtung geneigt und die Neigung alterniert von Lage zu Lage.

Die Miacherpakete G;D sind analog aus Mikromischelementen 2 entsprechend Fig. 3b aufgebaut, wobei die Mikroleitelemente aus gegen die Grundströmung herausgeformten Sicken gekoppelt mit Öffnungen 4 bestehen.

Die Mischerpakete A bis D sind jeweils um die Mischerachse um 90 ° gegeneinander gedreht.

Die Funktionsweise der dargestellten statischen Mischer ist wie folgt:

Das zu mischende Gut passiert die Mischerpakete in Grundströmungsrichtung 6, In den Mischerpaketen, die die Makroroisch» elemente 1 enthalten, wird durch die großräumige und weitreichende Strömungsumlenkung mit Hilfe der Leitelemente und Großraumwirbelbildung an den Kanten der Leitelemente eine Grobmischung über den ganzen Mischerquerschnitt erreicht. Die nachgeschalteten Mischerpakete mit den Mikromischelementen 2 führen mit ihrer größeren Anzahl an Mikroleitelementen geringerer Größe aufgrund erneuter Wirbelbildung und Strömungsumlenkung zu einer weiteren Unterteilung der Gesamtströmung in kleinere Strömungsbereiche mit unterschiedlicher

Strömungsrichtung und -geschwindigkeit und damit zur schnellen Homogenisierung auch in den Mikrobereichen. Da in den Mikromiachelementen 2 partiell noch die Grobstruktur der Makromischelemente 1 erhalten ist, wird neben der Mikromiachung auch die Makromischung, d. h. der Ausgleich über größere Strekken quer zur Grundströmung mit geschwächter Intensität weitergeführt.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines statischen Mischers ist nicht auf die gezeigten Makro- und Mikroraischelemente begrenzt. So können als Makromischelemente 1 auch anders geformte Leitelemente mit größeren äußeren Abmessungen eingesetzt und im Mischpaket auch anders angeordnet sein und die Mikroleitelemente 3 der Mikromischelemente 2 aus strömungslenkenden Laschen beliebiger Form bestehen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Mikromischelemente aus Streckmetall mit entsprechend gewählten Abmessungen zu fertigen, da Streckmetall bereits eine Strömungsaufteilende und -umlenkende MikroStruktur aufweist.

Erfindungsgemäße statische Mischer sind vorzugsweise für Mischprobleme in Rohren bzw. Apparaten größeren Querschnitts geeignet, einschließlich der Dispergierung fluider Mehrphasensysteme»

Claims

CD ι / ? w ι ο/ ι ι ι flrfindungsanspruch

1. Statischer Mischer bestehend aus ebenen, gekrümmten oder gefalteten Leitelementen, die zu in Grundatrömungsrichtung hintereinanderliegenden Mischerpaketen zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die 'Mischerpakete aus Leitelementen mit gleicher Makrostruktur, aber unterschiedlicher MikroStruktur bestehen, wobei sowohl die Makrostruktur als auch die MikroStruktur eine Leit- und wirbelerzeugende Punktion aufweist und die charakteristischen Abmessungen der Mikroleitelemente (3) der Mikromischelemente (2) um eine halbe bis zwei Größenordnungen, vorzugsweise um etwa eine Größenordnung kleiner als die charakteristischen Abmessungen der Makromischelemente (1) sind.

2. Statischer Mischer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur vorzugsweise aus dem Grundmaterial in Form von Mikroleitelementen (3) gekoppelt mit Öffnungen (4) herausgearbeitet ist.

3* Statischer Mischer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur in Form von Mikroleitelementen (3) zusätzlich auf das Grundmaterial aufgebracht ist.

4. Statischer Mischer nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroleitelemente (3) vorzugsweise gegen die Grundströmung angestellt sind.

5. Statischer Mischer nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischerpaket jeweils aus Mischelementen gleicher Struktur aufgebaut ist und auf ein bis vier Paketen mit Makromischelementen (1) ein bis vier Pakete mit Mikromischelemente (2) folgen.

6. Statischer Mischer nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrfache Abfolge von Paketen aus Makromischelementen (1) und Mikrotnischelementen (2) eingesetzt ist.

7. Statischer Mischer nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein bis zwei Mischerpakete aus Mikromischelementen (2) als Vorverteiler vorgeschaltet sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen 1