DD239129A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen mischen fliessfaehiger medien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum statischen Mischen fliessfaehiger Medien und kann vorrangig in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittelindustrie, der Farb- und Plastherstellung, der Klimatechnik und des Umweltschutzes sowie der Textilfaser- und Papierindustrie eingesetzt werden. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen in der Entwicklung einer statischen Mischvorrichtung, die eine gute Mischwirkung durch Schneidung und Verdrehung von Teilstroemen aufweist und konstruktiv einfach aus einem Flachmaterialstrang fertigbar ist. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass schraeg angeordnete ellipsensektorfoermige Leitflaechen in einem rohrartigen Gehaeuse ueber Faltkanten zusammenhaengend aus Materialstreifen herausgeschnitten und verformt werden, wobei jeweils schraeg zur Rohrachse orientierte, miteinander kommunizierende Hohlraeume gebildet werden. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum statischen Mischen fließfähiger Medien bzw. zur Homogenisierung und Kontaktierung ein- oder mehrphasiger Komponentenströme. Anzuwenden is,t sie vorrangig in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Lebensmittelindustrie, der Färb- und Plastherstellung, der Energie- und Wärmetechnik, in Bereichen der Klimatechnik und des Umweltschutzes sowie in der Textilfaser-und Papierindustrie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind statische Mischer unterschiedlichster Bauart bekannt, die sich in Wirkungsweise und Herstellungsaufwand beträchtlic unterscheiden. Als wirksam, dabei fertigungsgünstig und ökonomisch haben sich die Varianten herausgestellt, die aus flacher Plattenmaterial durch Schneiden, Biegen, Kanten und andersartigem Verformen herstellbar sind und unterteilte Mischräume; Form einseitig offner Hohlkörper bilden. Diese sind somit nur teilweise durch Materialflächen umgeben und ermöglichen übe· verschiedene Durchtrittsöffnungen Auslenkungen, Umschichtungen, Verdrehungen und Verflechtungen von Teilströmen mit dem Ziel einer allmählichen Vermischung ursprünglich getrennt strömender Komponenten in einer Hauptströmungsrichtung Die miteinander kombinierbaren Elemente der Hohlkörper bestehen gewöhnlich aus einer ebenen, geknickten oder verwundenen Grundfläche an die eine oder mehrere Seitenflächen angesetzt sein können, denen allen eine strömungsleitend Funktion zugeordnet wird.

Bei der Gruppe der Wendelmischer wird das in einem vorzugsweise rohrförmigen Strömungskanal fließende Medium in zwei Schichten geteilt, wobei das Mischgut zusätzlich gedreht wird. Je Mischelement verdoppelt sich die Anzahl der Schichten. Nachteilig wird erkannt, daß keine exakten Schichten entstehen, sondern selbst nach einer größeren Laufstrecke in der Vorrichtung ein eher marmoriertes Mischprodukt. Besonders bilden sich in der Mitte der Mischräume unvorteilhaft, Inhomogenitäten, da der zentral liegende Stromfaden nicht ausreichend verdreht und von der Hauptachse abweichend, eingemischt werden kann.

So ist der Mischer von Kenics-Typ (DE-OS 1 557118) nur für geringere Konsistenzunterschiede geeignet. Der Vorteil der konstruktiven Unkompliziertheit seiner einfach verwundenen Flächen wird dadurch wieder aufgehoben, daß eine Vielzahl separat gefertigter und in das Mischgehäuse eingebrachter eigenständiger, aneinander auf Kante im Punktkontakt angesetzte Elemente erforderlich wird, damit eine ausreichende Anzahl von Teilungen der Schichten erfolgen kann. Eine vorteilhafte Fertigung aus einem zusammenhängenden Materialstreifen, der erst nach einer größeren Anzahl der gebildeten Mischelement·

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in Abhängigkeit vom gewünschten und zu erreichenden Homogenitätsgrad durch Schnitt von einem längeren Strang abgetrennt werden kann und geschlossen mit dem Gehäuse montierbar ist, scheidet somit aus.

Der Nachteil, daß je Mischelement dieser Vorrichtung nur zwei Schichten des Mischgutes verdreht werden, kann gemäß einer Schrift Pl 103 668 durch Anbringen drei sternförmig angeordneter Wendelflächen zwar teilweise kompensiert werden, insgesami verbleibt aber unvorteilhaft eine stückweise zusammenzusetzende Konstruktion. Auch bei Mischelementen, die wie in der Schrift DE 2723056 aus einfach diagonal geknickten Rechtecken bestehen, muß zusätzlich durch Einsetzen der Elementein das Gehäuse eine ausreichende Schichtentrennung über sich kreuzende, endständige separate Kanten erzeugt werden. Andere Lösungen besitzen schräggestellte Flügel oder Rippen^die nachteilig entweder an der Rohrwand befestigt werden, müssen (DE-3226420) oder auf Körpern verlaufen, die miteinander in räumlichem Abstand durch Stangen miteinander verbunden sind (SU-952308). Auch ihnen haftet der Nachteil an, daß sie aus getrennten Bauteilen bestehen und keinen zusammenhängenden Strang bilden.

Ziel der Erfindung ί '

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Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer statischen Mischvorrichtung, die eine gute Quervermischung erzeugt und auch beim Mischen von Suspensionen, fasrigem und körnigem fließfähigem Material die Wirkung ohne Gefahr örtlicher Ablagerungen oder Verstopfungen beibehält, die besonders günstig herzustellen und leicht zu montieren sowie durch eine gute geometrische ^s Variabilität an unterschiedliche Mischprobleme anpaßbar ist und eine problemlose Maßstabsvergrößerung durch eine überschaubare Wirkungsweise und Berechenbarkeit erlaubt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung für die statische Mischung fließfähiger Medien, wobei bei optimaler Länge der Mischelemente eine gute Mischwirkung durch dreifache Schneidung und zweifache Auslenkung von der Hauptströmungsrichtung sowie Verdrehung zweier Teilströme erreicht werden und die Herstellung der Elemente kontinuierlich aus einem Flachmaterialstrang erfolgen soll und somit einfach und kostensparend in beliebiger Längeaufeinanderfolgend miteinander verbundenen Elementen gefertigt werden kann.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in einem rohrartigen Gehäuse zentralsymmetrisch und strangartig miteinander verbundene Mischerelementeso angeordnet sind, daß jedes Mischerelement aus drei gegenüber der axialen und radialen Richtung schräg orientierten Leitflächen besteht.

Ihre Grundflächen sind gleichseitige, gleichschenklige oder rechtwinklige Dreiecke, die einen charakteristischen Basiswinkel besitzen und über einen Faltungswinkel aneinandergefügt sowie über einen Neigungswinkel zusätzlich räumlich orientiert sind. Jeweils zwei der in Nähe der Rohrachse gelegenen Seiten zweier benachbarter Dreiecke sind über Faltkanten so miteinander verbunden, daß bei betragsmäßig annäherd gleichem, aber im Drehsinn einer rechts- oder linksgängigen Schraube verschobenen Faltwinkel zwei kammerartige, zur Rohrwand hin offene, unregelmäßig begrenzte Räume eines Hohlkörpers entstehen. An die dritte, nicht mit einer Faltkante und einem Faltwinkel belegte Seite eines Dreiecks in einer jeweiligen Leitfläche schließt sich bündig in radialer Richtung ein Viereck an, das in Nähe der Rohrwand formschlüssig durch eine Kurve elliptischer Krümmung, etwa durch ein Ellipsensegment, eingeschlossen wird. Damit bilden die Leitflächen ein Element der Vorrichtung und in ihrer Form drei Ellipsensektoren, deren jeweils seitliche zwei, ursprünglich die Strecke der Sehne begrenzenden endständigen Spitzen abgeschnitten, zueinander um die Rohrachse herum verdreht und in Richtung der Rohrachse jeweils etwa um eine halbe Breite der Leitfläche versetzt angeordnet sind. Die Richtungen der Längsachsen der zwei kammerartigen Räume jedes Elements werden durch den Neigungswinkel der Leitflächen zur Rohrachse bestimmt und divergieren somit mit dieser. Über jeweils etwa die halbe Breite einer Leitfläche sind beide Räume zueinander geöffnet und kommunizieren miteinander. Die etwa quer oder schräg zur Rohrachse verlaufenden Schnittkanten der drei Leitflächen eines Elements unterteilen sternförmig dreifach den Mischraum.

Die querverlaufenden oder schrägen Schnittkanten können maximal etwa die Strecke des Rohrradius einnehmen. Es kann sich als zweckmäßig erweisen, eine Unterteilung der zu Strängen vereinigten Elemente über radial verlaufende Schnitte durchzuführen, etwa in Einzelelemente oder Elementgruppen mit dem Ziel, alternierend oder gruppenweise alternierend links- und rechtsdrehende Wendeln zu montieren, wobei die Schnittlinien benachbarter endständiger Elemente zueinander winkelverdreht sind. Weiterhin können die Leitflächen im oder gegen den jeweiligen Schraubendrehsinn gewölbt sein. Erfindungsgemäß ist keine zusätzliche schweißtechische oder andersartig verbindende Fixierung der Leitflächen oder auch der Elemente erforderlich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Eine Schrägaufsicht der Mischvorrichtung,

Fig. 2: ein Element der Mischvorrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig.3: eine Schrägaufsicht auf einen Schnitt A-A' nach Fig. 1 in der Durchmesserebene, Fig.4: verschiedene Ausgestaltungen der Leitflächen nach Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Rohr 1 eine größere Anzahl längs versetzter sowie in

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axialer und radialer Richtung verdrehter Leitflächen 2 einschließt. Jeweils drei aneinanderschließende Leitflächen 2 werden gemäß Fig. 1 und Fig.2 als ein Element 3 bezeichnet. Im einzelnen schließen die Leitflächen 2 die Schnittkanten 4 und die an die Wand des Rohres 1 angrenzende Kurve 5 ein und sind über die Faltkanten 6 strangförmig zusammenhängend miteinander verbunden. Die Leitflächen 2 sind über einen Faltwinkel 7 in Drehrichtung und über einen Neigungswinkel 8 zur axialen Richtung entsprechend Fig.3 zueinander räumlich orientiert. Ihre Dreieckflächen 9 stellen entsprechend Fig.4 gleichseitige, · gleichschenklige, rechtwinklige oder beliebige andere Dreiecke dar und besitzen einen Basiswinkel 10. Die endständigen Faltkanten 6 eines Elementes 3 können Schnittlinien darstellen, an denen verschiedene Elemente 3 an sich schneidenden Linier stumpf aneinanderstoßen.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 14. Das Verhältnis von Längezu Breite der Elemente 3 beträgt vorzugsweise 4:1 bis 2:1, der Faltwinkel 7 vorzugsweise etwa 120°, der Neigungswinkel8 etwa 30° und der Basiswinkel 10 von 30° bis 60°. Die Schnittkanten 4 können zur Rohrachse unter einem Winkel von 60° bis 90° gerichtet und weiterhin als gegen die Hauptachsenrichtung weisende Schneiden (Fasen) ausgebildet sein. Werden verschiedene Elemente 3 an ihren endständigen Faltkanten 6 aufgetrennt oder einfach quer geschnitten, können diese, um einen Winkel von maximal 30° versetzt, stumpf aneinandergesetzt werden.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Erfindung beschrieben. Die strangförmigen Elemente 3 füllen den Querschnitt des Rohres 1 vollständig aus. Das zu mischende Medium wird in Hauptströmungsrichtung in zwei Teilströme unterteilt, die aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Anordnung der Leitflächen 2 in axialer Richtung auch durch unterschiedliche freie Querschnitte strömen und damit alternierend einer Auslenkung bzw. auch einer Strömungsbeschleunigung oder -Verzögerung unterworfen sind. Gleichzeitig treten durch die Schnittkanten 4 ständig weitere Strömungsteilungen auf. Die sich zu beiden Seiten des Stranges in den teilweise geöffneten Hohlräumen ausbildenden, in Richtung und Betrag differierenden Geschwindigkeitsunterschiede bauen radiale Druckgefälle auf, die am Ende jeder Leitfläche für einen mischungsintensiven Quertransport, auch unterstützt durch Wirbelkonturen, führen. Der Abbau ursprünglich ausgebildeter Gradienten für Stoff, Energie und Impuls erfolgen über freie Querschnitte, die aus den Faltkanten 6 mit den Schnittkanten 4 und der Wand des Rohres 1 gebildet werden. Wird je Element 3 die Anzahl der Leitflächen 2 mit L = 3 angesetzt, so wird mit einer Anzahl von η Elemente: eine Mindestanzahl von Strömungsteilungen Tzu:T = 2ⁿ~¹ L" erreicht. Setzt man z.B. an, daß 100Teilungen eine bereits ausreichende Homogenisierung des Mediums bedingen, so sind dafür lediglich eine Anzahl von etwa 3 Elementen (mit etwa9 Leitflächen) erforderlich.

Nach einer weiteren Erkenntnis der Erfindung wird der mittlere Stromfaden stets zickzackartig ausgelenkt und verdreht in die beiden Teilströme eingemischt. Die schräg gegen die Strömungsrichtung weisenden Schnittkanten 4 beugen einer Verstopfungsgefährdung beim Einsatz körniger Suspensionen oder fasertragender Pulpen weitgehend vor, besonders dann, wenn sie etwa mit einer Fase versehen und angeschärft sind.

Claims (14)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen fließfähiger Medien, welche die Vorrichtung im Gleichstrom durchsetzen, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse beliebigen, vorzugsweise runden Querschnitts mit mindestens einem zentralsymmetrisch darin angeordneten strangartigen, durchgängig aus einem flachen Streifen gebildeten Mischelement, welches aus drei gegenüber der axialen und radialen Richtung schräg orientierten Leitflächen besteht, die in einem Drehsinn und in axialer Richtung zueinander versetzt sind und dabei zwei teilweise gegeneinander'geöffnete, miteinander kommunizierende Strömungsräume dieser Räume innerhalb eines Elements mit der Rohrachse divergieren, dadurch gekennzeichnet, daß die alternierend versetzt im Rohc(1) angeordneten Leitflächen (2) eines Elements (3) aus seitlich über zwei Schnittkanten (4) verkürzten Flächen bestehen, die eine Dreieckfläche (9) einschließen und durch eine Kurve (5), Ellipsensektoren bildend, begrenzt werden, wobei die eingeschriebenen Dreieckflächen an jeweils zwei zugehörigenden Seiten Faltkanten (6) besitzen, an die über gleiche Faltwinkel 7 im Drehsinn versetzt jeweils zwei benachbarte Leitflächen (2) so angeschlossen sind, daß ein Neigungswinkel (8) zur Rohrachse eingestellt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreieckflächen (9) gleichseitige, gleichschenklige oder rechtwinklige Dreiecke darstellen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (10) der Dreieckfläche (9) minimal 30° un; maximal 60° beträgt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkanten (4) in einem Winkel von 60° bis 90° zur Längsachse des Rohres (1) verlaufen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkanten (4) maximal etwa die Länge des Radius des Rohres (1) einnehmen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkanten (4) ein Fase besitzen oder angeschärft sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie entlang der Hauptachse des Rohres (1) aus einzelnen Elementen (3) oder Elementgruppen, aneinanderstoßend zusammengesetzt wird, wobei zwei am Element (3) endständige Faltkanten (6) Schnittlinien darstellen.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Elemente (3) zueinander um maximal 30° winkelverdreht sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Elemente (3) alternierend einem gegenläufigen Schraubendrehsinn ausweisen.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9,dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Breite eines Elements (3) vorzugsweise 4:1 bis 2:1 beträgt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (2) in sich verwunden sind.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Leitflächen (2) gegen ihren Schraubendrehsinn verläuft.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltwinkel 7 vorzugsweise etwa 120° beträgt.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (8) etwa 30° beträgt.