DD213602A1 - STATIC MIXER - Google Patents
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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.The static mixer is used for mixing, homogenizing or dispersing flowable media in the chemical, pharmaceutical and food industries. The aim is to improve the mixer performance, especially for larger cross-sections and in production-friendly design. The task is to develop basic elements with the same macro- but different microstructure, which, with appropriate arrangement, produce a specific sequence and gradation of macro- and micro-mixture. The guide elements with macrostructure are usually made of uninterrupted material that is preferably folded. The resulting flow channels are arranged at an angle to the base flow. The guide elements with microstructure additionally have flow-deflecting microguide elements, ie. preferably from the base material in the form of tabs, coupled with openings, are worked out and whose characteristic dimensions are smaller by half to two orders of magnitude than those of the guide elements with macrostructure. The guide elements are combined into packages and alternately arranged in the flow direction in succession.
Description
Berlin, den 9. 2. 1983 251/5078/111Berlin, January 9, 1983, 251/5078/111
Erfinderinventor
Dr. Erwin Schwarz Dr. Kurt WinklerDr. Erwin Schwarz Kurt Winkler
Statischer MischerStatic mixer
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.The invention relates to an atatic mixer for the mixture, homogenization and dispersion of flowable media z. B. in the chemical, food and pharmaceutical industries and is particularly suitable for larger pipe and Apparate diameter.
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- Characteristic of the Known Technical Solutions The practical experience with agitated mixers shows that the mixture or homogenization in low-viscosity fluid media generally proceeds in such a way that the turbocharger mainly produces coarse turbulence leading to macro-maceration and disintegration The turbulence bales in micro vortex subsequently realized the micromixing in correspondingly small volume ranges. For highly viscous media, on the other hand, homogenization is essentially determined by the number of stratifications and shifts. The targeted implementation of these findings in the design of static mixers, especially for larger equipment
measungen, geschieht bisher nur in sehr unvollkommener Weise.Measungen, so far only happens in a very imperfect way.
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.The majority of the known static mixers are designed in such a way that a plurality of mixing packs having the same structure are arranged one behind the other in the main flow direction (eg DE-OS 2 202 635, DE-OS 2 119 239, DE-AS 2 308 902). DE-AS-2 522 06, DE-A-2 529 355, DE-A-2 723 056, US-A-3 297 305, US-A-3 207 484, US-A-4 099 268, DD-140 653, CH-578 369). The essential part of these mixers is that regardless of which Mischzuatand is the medium flowing to a package, always only vortex-generating elements of the same dimensions are offered. Thus, depending on these dimensions, either a rapid coarse mixing over a larger cross-section in the case of poor pin-mixing or a good fine-mixing in small volume ranges in the case of poor mixing over larger cross-sections are preferably achieved. On the other hand, an adaptation of the static mixer to different dimensions of the apparatus is generally carried out in such a way that the size of the predetermined structural elements is adapted, h. regardless of the fact that the turbulence spectrum produced inevitably changes, no optimal distribution of large-scale and small-scale turbulences is achieved and thus the mixing effect is adversely affected. In order to compensate for the mentioned negative aspects, larger mixing sections or constructions with higher pressure loss must be used to reduce the mixing distance to be accepted.
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.In DE 2 205 371 and JP 5 336 616 u. a. proposed to build mixer packages of basic elements of the same type but different size or to vary the size of the basic elements of adjacent mixer packages. The main drawback of this type of mixers is that the manufacturing effort is significantly higher than mixers of the same size primitives.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines leistungsfähigen statischen Mischers, der bei einfachem konstruktiven Auf-The aim of the invention is to provide a powerful static mixer which, with a simple design
bau und damit geringe^ Fertigungskosten eine Verbesserung der Mischerleistung gestattet.construction and thus low ^ manufacturing costs allows an improvement in mixer performance.
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.The invention has for its object to find a constructive solution that allows, with constant dimensions of the basic elements within a mixer to produce targeted macro-turbulence and microturbulence and thus to achieve a targeted sequence and gradation of macroflash and Mikroffiischung.
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 vorzugsweiseErfindungsgetnäß this is achieved in that the internals for the static mixer consist of Leiteleraenten with the same macrostructure but different microstructure, the microstructure itself again has a Leitbzw, vortex-generating function. The characteristic dimensions (hydraulic diameter) of the microstructure are one-half to two orders of magnitude, preferably about one order of magnitude smaller than the characteristic dimensions of the macrostructure. Macrostructure vanes (macromixing elements) are typically made of uninterrupted material, which is preferably corrugated or folded, thereby forming flow channels that are disposed at an angle to the base flow. The guide elements with microstructure (micromixing elements) additionally have micro-conducting elements, which are preferably made of the base material in the form of flow-deflecting devices, for. B. in the form of tabs coupled with openings are worked out. In special cases, the mixing elements can be additionally mounted on macroraiuchelementen. The microrischisch elements are preferably directed against the basic flow in order to achieve the most effective lateral deflection of the inflowing media, combined with a strong Mikrowirbelbildung behind the Mikroleitelementen. The differently structured guide elements are arranged to an atatic Miacher, in which a plurality of guide elements preferably
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*Preferably, at the mixer input one or two packets of macromixing elements are arranged, which effect a Grpbmischung over the cross section, followed by one to four packets of Mikrotnischelementen, which then take over the homogenization in the small volume districts. In special cases, a multiple sequence of mixer packages with differently structured guide elements is possible *
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.In special cases in which, for example, very different volume flows are to be mixed, it may be advantageous to begin with one to two mixer packages with micromixing elements at the mixer inlet to achieve a pre-distribution of the low volume flow to a partial cross section, so that with the subsequent mixer packages of macromixing a approximately symmetrical coarse distribution over the entire cross section is achieved. Under certain circumstances, it is advantageous to build a mixer package of macro and micromix elements, in which case a particular sequence of successively arranged mixer packages is less important.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:
Pig. 1 Mischelemente in Form ebener Leitelemente, a MakromischelementPig. 1 mixing elements in the form of planar guide elements, a macromixing element
b Mikromischelement Pig. 2 Statischer Mischer aus Mischelementen nach Pig.b Micro mixing element Pig. 2 Static mixer made of mixing elements according to Pig.
im Schnitt Pig. 3 Mischelemente in Porm gefalteter Leitelemente, a Makromischelementon average Pig. 3 mixing elements in Porm folded guide elements, a macromixing element
b Mikromischelement Pig. 4 Statischer Mischer aus Leiteleraenten nach Pig.b Micro mixing element Pig. 4 Static mixer from Leiteleraenten after Pig.
im Schnitton average
Der statische Mischer nach Pig. 1 und 2 besteht aus den in einem Mantel 5 hintereinander angeordneten Mischerpaketen A;B.The static mixer after Pig. 1 and 2 consists of the one in a jacket 5 successively arranged mixer packages 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.The mixer package A consists of mutually inclined and offset in Grundatroraungsrichtung 6 arranged Makromiachelementen 1; the corresponding pig. 1a are formed from flat, unbroken Leitleernenten.
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.The mixing element B consists of micromixing elements 2 whose external dimensions and their arrangement correspond to the macromixing elements 1 in package A, which, however, according to FIG. 1b have a microstructure in the form of micro-guide elements 3 machined out of the base material coupled with openings 4. The micro-guide elements 3 in the present case have the shape of the basic flow opposing rectangular tabs.
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.In the static mixer of Figures 3 and 4, the Mischerpake te A; B from parallel juxtaposed Makroraischelementen 1, which consist of Fig. 3a of folded vanes. The folded edges of the macricing elements 1 are inclined against the basic flow direction and the inclination alternates from layer to layer.
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.The Miacherpakete G; D are constructed analogously from Mikromischelementen 2 according to Fig. 3b, wherein the micro-conducting elements consist of molded out against the basic flow beads coupled with openings 4.
Die Mischerpakete A bis D sind jeweils um die Mischerachse um 90 ° gegeneinander gedreht.The mixer packages A to D are each rotated about the mixer axis by 90 ° to each other.
Die Funktionsweise der dargestellten statischen Mischer ist wie folgt:The operation of the illustrated static mixer is as follows:
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 unterschiedlicherIn the mixer packages containing the macroroic elements 1, a coarse mixture over the entire mixer cross section is achieved in the mixer packages comprising the large-area and far-reaching flow deflection with the aid of the guide elements and large-space vortex formation at the edges of the guide elements. The downstream mixer packages with the micromixing elements 2, with their larger number of microleiting elements of lesser size, due to renewed vortex formation and flow deflection, lead to a further subdivision of the total flow into smaller flow regions with different flows
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.Flow direction and speed and thus for rapid homogenization in the micro-areas. Since the coarse structure of the macromixing elements 1 is partially retained in the micromirror elements 2, the macromixing, in addition to the micromilling, is also obtained. H. the compensation continued over larger stretches across the basic flow with reduced intensity.
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.The inventive design of a static mixer is not limited to the shown macro and Mikrororaischelemente. Thus, as macromixing elements 1, differently shaped guide elements having larger outer dimensions can also be used and arranged differently in the mixing package, and the microlonding elements 3 of the micromixing elements 2 can consist of flow-guiding lugs of any desired shape.
Besonders vorteilhaft ist es, die Mikromischelemente aus Streckmetall mit entsprechend gewählten Abmessungen zu fertigen, da Streckmetall bereits eine Strömungsaufteilende und -umlenkende MikroStruktur aufweist.It is particularly advantageous to manufacture the micromixing elements made of expanded metal with appropriately selected dimensions, since expanded metal already has a microstructure that divides and deflects the flow.
Erfindungsgemäße statische Mischer sind vorzugsweise für Mischprobleme in Rohren bzw. Apparaten größeren Querschnitts geeignet, einschließlich der Dispergierung fluider Mehrphasensysteme»Static mixers according to the invention are preferably suitable for mixing problems in pipes or devices of larger cross-section, including the dispersion of fluid multiphase systems »
Claims (7)
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| DD83248430A DD213602A1 (en) | 1983-03-03 | 1983-03-03 | STATIC MIXER |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19820992A1 (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-18 | Babcock Anlagen Gmbh | Device for mixing a gas stream flowing through a channel |
| CN100339154C (en) * | 2003-05-08 | 2007-09-26 | 苏舍化学技术有限公司 | A static mixer |
| DE102018005192B3 (en) | 2018-07-02 | 2019-12-05 | Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG | burner device |
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1983
- 1983-03-03 DD DD83248430A patent/DD213602A1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |