DE10126267A1

DE10126267A1 - Statischer Mischer zum Mischen viskoser Massen

Info

Publication number: DE10126267A1
Application number: DE10126267A
Authority: DE
Inventors: Yuantong Zeng; Norbert Muehlherr
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-05

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum statischen Mischen mehrerer förderbarer Massen, insbesondere Suspensionen oder Emulsionen, mit (a) einem Gehäuse (1), dessen Achse eine Förderrichtung (F) für die Massen bestimmt und an dessem ersten Endbereich mindestens eine Einlassöffnung (2) vorgesehen ist und an dessem zweiten Endbereich eine Auslassöffnung (3) vorgesehen ist; (b) einer Mehrzahl sich im Wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse (F) und über den gesamten Gehäusequerschnitt erstreckender, ein Lochmuster aufweisender Einsätze (10, 20, 30, 40, 50), die in dem Gehäuse entlang der Förderrichtung (F) aufeinander folgend und feststehend angeordnet sind, haben jeweils zwei benachbarte der entlang der Förderrichtung (F) aufeinander folgende Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) in ihrer Projektion entlang der Förderrichtung (F) zueinander derart versetzte Löcher (11, 21, 31, 41, 51), dass die zur Förderrichtung (F) senkrechten Lochflächen (11, 21, 31, 41) in einem beliebigen ersten Einsatz (10, 20, 30, 40) durch das Einsatzmaterial (22, 32, 42, 52) zwischen den Lochflächen (21, 31, 41, 51) eines benachbarten zweiten Einsatzes (20, 30, 40, 50) derart unterteilt sind, dass in der Projektion entlang der Förderrichtung (F) die jeweiligen Lochflächen (11, 21, 31, 41) des ersten Einsatzes (10, 20, 30, 40) in jeweils mindestens zwei Teil-Lochflächen (11a, 11b, 11c, ..., 41a, 41b, 41c bzw. 11a, 11b, 11c, 11d, ..., 41a, 41b, 41c, 41d) unterteilt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum statischen Mi schen mehrerer förderbarer Massen, insbesondere Suspensionen oder Emulsionen, wie z. B. kakaohaltige oder schokoladenähnliche Fettmassen, gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. gemäss Anspruch 37.

Derartige statische Mischer sind z. B. aus der DE 42 35 979 A1 bekannt, bei der die Vor richtung zum Mischen aus einem Rohr besteht, welches Einbauten in Form von quer zur Strömungsrichtung im Abstand hintereinander angeordneten Lochplatten aufweist. Jede Lochplatte besitzt dabei ein Muster doppelkonischer Bohrungen, die derart ange ordnet sind, dass bei den eingebauten Lochplatten die Bohrungen aufeinanderfolgender Platten entlang der Rohrachse nicht fluchten.

Auch die EP 1 036 588 A1 offenbart eine statische Mischvorrichtung für fliessfähiges Material mit einer schichtweisen Anordnung aneinanderliegender Lochplatten, die rela tiv zueinander derart angeordnet sind, dass jedes Loch innerhalb einer Lochplatte mit mehreren Löchern jeder benachbarten Lochplatte kommuniziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Vorrichtung und ein einfaches Verfahren zum Mischen mehrerer förderbarer Massen, insbesondere Sus pensionen oder Emulsionen, wie z. B. kakaohaltige oder schokoladenähnliche Fettma ssen, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäss Anspruch 1 und das Verfahren ge mäss Anspruch 37 gelöst. Indem in der erfindungsgemässen Vorrichtung jeweils be nachbarte, entlang der Förderrichtung aufeinanderfolgende Einsätze in ihrer Projektion entlang der Förderrichtung zueinander derart versetzte Löcher aufweisen, dass die zur Förderrichtung senkrechten Lochflächen in einem beliebigen ersten Einsatz durch das Einsatzmaterial zwischen den Lochflächen eines benachbarten zweiten Einsatzes derart unterteilt sind, dass in der Projektion entlang der Förderrichtung die jeweiligen Loch flächen des ersten Einsatzes in jeweils mindestens zwei Teil-Lochflächen unterteilt sind, wird eine die Vorrichtung entlang der Förderrichtung durchströmende mehr oder weni ger viskoses Masse zwischen einem Loch eines ersten Einsatzes und dazu versetzten Löchern eines zweiten benachbarten Einsatzes immer wieder in mindestens zwei Teil ströme aufgeteilt.

Die Einsätze haben vorzugsweise eine ebene, plattenartige Form, wobei als Einsatz z. B. Gitterroste (z. B. mit quadratischem Gitter) oder Lochplatten mit einer Vielzahl von Löchern in Frage kommen, die in dem Gehäuse entlang der Förderrichtung gestapelt sind. Die Gitterrost-Einsätze eignen sich fertigungstechnisch vorwiegend für quadrati sche oder hexagonale Gittermuster mit quadratischen bzw. sechseckförmigen (bienen wabenförmigen) Gitterstrukturen, während die Lochplatten-Einsätze vorwiegend für Lochmuster mit kreisförmigen Löchern geeignet sind.

Insbesondere weisen sämtliche Einsätze dasselbe Lochmuster auf, wobei zumindest bei jeweils benachbarten, entlang der Förderrichtung aufeinanderfolgenden Einsätze die Lochmuster in ihrer Projektion entlang der Förderrichtung zueinander versetzt sind. Bei Einsätzen mit regelmässigem und gleichartigem Lochmuster lassen sich somit je nach Art des Versatzes der insgesamt N aufeinanderfolgenden Einsätze der Vorrich tung z. B. ein 2^N-Mischer, ein 3^N-Mischer oder ein 4^N-Mischer erzeugen, wenn der relati ve Versatz jeweils benachbarter identischer Einsätze immer derselbe ist.

Es können aber auch die jeweils aufeinanderfolgenden Einsätze voneinander verschie dene Lochmuster aufweisen. Der Versatz der Lochmuster kann aber auch eine Trans lation des einen Lochmusters relativ zum benachbarten Lochmuster oder eine Rotation des einen Lochmusters relativ zum benachbarten Lochmuster sein. Schliesslich kann der Versatz der Lochmuster auch eine Kombination aus Translation und Rotation des einen Lochmusters relativ zum benachbarten Lochmuster sein. Dann lassen sich durch Kombinationen verschiedener Arten des Versatzes zwischen benachbarten Einsätzen auch beliebige Kombinationen von Mischern der Basis 2, 3 oder 4 bilden, wie z. B. 2^N1 × 3^N2 × 4^N3-Mischer, 3^N1 × 4^N2 × 3^N3-Mischer, 2^N1 × 4^N2 × 2^N3-Mischer, etc., wobei N1 + N2 + N3 = N gilt und N1, N2, N3 = 0, 1, 2, . . . N. So nimmt z. B. beim 2^N1 × 3^N2 × 4^N3-Mischer die Intensität der Durchmischung entlang des Mischers zu, wobei für die ersten N1 Einsät ze ein Mischungsfaktor 2, für die nächsten N2 Einsätze ein Mischungsfaktor 3 und für die letzten N3 Einsätze ein Mischungsfaktor 4 vorliegt, während beim 2^N1 × 4^N2 × 2^N3- Mischer die Intensität der Durchmischung in einem mittleren Bereich entlang der För derrichtung am höchsten ist. Durch gezielte Kombination von Einsätzen in dem Gehäu se lassen sich somit sehr produktspezifische Mischvorrichtungen herstellen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung besteht das Lochmuster des jeweiligen Einsatzes aus regelmässig angeordneten gleichartigen Löchern mit jeweils einem Lochmittelpunkt (LM), die derart angeordnet sind, dass jedes der Löcher des Einsatzes von sechs weiteren Löchern des Einsatzes gleichmässig umgeben ist, wobei die Loch mittelpunkte (LM1, LM2, LM3, LM4, LM5, LM6) der umgebenden Löcher auf einer Kreislinie mit Radius a um den Lochmittelpunkt (LM) des umgebenen Lochs in gleichen Winkelabständen angeordnet sind und die Lochmittelpunkte (LM, LM1, LM2) von je weils drei voneinander gleich weit beabstandeten Löchern ein gleichseitiges Dreieck mit einem Dreiecksmittelpunkt (DM) bilden (Koordinationszahl 6 in der Ebene). Bei geeig netem Versatz erhält man mit dieser Konfiguration der Einsätze einen 3^N-Mischer.

Bei einer speziellen Ausführung sind die Löcher der Einsätze Kreisflächen mit einem Kreisdurchmesser dk und sind in Form einer dichtesten Kreispackung auf dem Einsatz angeordnet. Eine aus derartigen versetzten Einsätzen gebildete Mischvorrichtung hat einen geringen Widerstand und ist z. B. für das Mischen hochviskoser Massen geeignet. In diesem Fall ist das prismatische Gehäuse zweckmässigerweise ein kreiszylinderför miges Gehäuse mit Kreisdurchmesser Dk. Vorzugsweise besteht zwischen den Kreis durchmessern dk der Löcher und dem Kreisdurchmesser Dk des Gehäuses die Bezie hung Dk/5 < dk < Dk/3.

Bei einer weiteren speziellen Ausführung sind die Löcher der Einsätze regelmässige Sechsecke mit einem Umschreibungs-Kreisdurchmesser ds und sind in Form eines Bienenwabenmusters auf dem Einsatz angeordnet. Auch hier ist der Widerstand der Mischvorrichtung sehr gering. Das prismatische Gehäuse hat hier zweckmässigerweise die Form eines Prismas, dessen Basis ein regelmässiges Sechseck mit Umschrei bungskreisdurchmesser Ds ist. Vorzugsweise besteht zwischen den Umschreibungs- Kreisdurchmessern ds der Löcher und dem Umschreibungs-Kreisdurchmesser Ds des Gehäuses die Beziehung Ds/5 < ds < Ds/3.

Bei Bedarf können die entlang der Förderrichtung in dem Gehäuse aufeinanderfolgend feststehend angeordneten Einsätze voneinander in der Förderrichtung beabstandet sein. In diesem Fall können z. B. die Abstände aufeinanderfolgender Einsätze entlang der Förderrichtung konstant sein, entlang der Förderrichtung grösser werden oder ent lang der Förderrichtung kleiner werden. Damit lässt sich einerseits der Widerstand und andererseits die Durchmischung im Innern der Mischvorrichtung einstellen, wobei klei nere Abstände mehr Widerstand und mehr Durchmischung bedeuten, während grösse re Abstände weniger Widerstand und weniger Durchmischung bedeuten.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der oben genannten Löcherkonfiguration mit Koordinationszahl 6 in der Ebene beruht der Versatz der Lochmuster auf einer Translation der Lochmustergeometrie, wonach jeweils aufeinanderfolgende Lochmuster derart zueinander versetzt sind, dass in der Projektion entlang der Förderrichtung im mer ein Dreiecksmittelpunkt (DM) des einen Lochmusters mit einem Lochmittelpunkt (LM) des anderer Lochmusters zur Deckung kommt und umgekehrt. Dies ist ein beson ders vorteilhafter 3^N-Mischer.

Zwischen dem Abstand t aufeinanderfolgender Einsätze und einem Lochdurchmesser d besteht entweder die Beziehung 0,25d < t < 2,5d, was einem geringeren Widerstand entspricht und für hochviskose Massen geeignet ist, oder die Beziehung 0,25d < t < 0,5 d, was einem höheren Widerstand entspricht und für niedrigviskose Massen geeignet ist.

Zweckmässigerweise sind die Löcher in den Einsätzen konisch ausgebildet, wobei sich die konischen Löcher jedes Einsatzes entlang der Förderrichtung verjüngen oder auf weiten können. Insbesondere können sich die konischen Löcher der aufeinanderfolgen den Einsätze von Einsatz zu Einsatz abwechselnd verjüngen und aufweiten.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Löcher in den Einsätzen jeweils als Doppelkonus ausgebildet, wobei sich die beiden Konushälften jeweils von einer Verengung der Löcher im Innern des Einsatzes zu beiden Oberflächen der Einsätze hin auf weiten. Diese Aufweitung der Löcher in der Richtung zur Oberfläche hin gewährleistet einen hohen Überlappungsgrad der versetzten Löcher benachbarter Einsätze. Folglich besitzt diese Ausführung eine relativ hohe Durchmischungs-Intensität bei relativ gerin gem Widerstand.

Zweckmässigerweise sind zwischen den beabstandeten Einsätzen Abstandshalter ein gefügt, die wie die gesamte Mischvorrichtung aus einem Metall, insbesondere rostfrei em Stahl bestehen. Diese Abstandshalter tragen zur Stabilität der Mischvorrichtung bei, was insbesondere bei einer Ausführung mit hohem Widerstand spätestens dann wichtig ist, wenn eine hochviskose Masse unter hohem Druckabfall entlang der Förderrichtung durch den Mischer gepresst wird.

Fertigungstechnisch vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Abstandshalter aus um gebogenen Bereichen eines jeweiligen Einsatzes bestehen, die aus der Ebene des Ein satzes entlang der Förderrichtung herausragen. Zusätzlich können die Einsätze an dem Gehäuse mittels Schweissverbindung oder Lötverbindung befestigt sein.

Die Abstandshalter können auch rahmenartige Gebilde sein, die zwischen benachbar ten Einsätzen angeordnet sind, wobei der Rahmen vorzugsweise derart geformt ist, dass er an der Innenwand des Gehäuses zwischen benachbarten Einsätzen anliegt.

Bei dem erfindungsgemässen Mischverfahren werden die mehreren Massen jeweils über eine der Einlassöffnungen in die Vorrichtung hinein und durch diese hindurch bis zur Auslassöffnung gepumpt, aus der das Mischprodukt der mehreren förderbaren Massen austritt. Die förderbaren Massen sind Fettmassen, und zwar insbesondere ka kaohaltige oder schokoladenähnliche Fettmassen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend aufzufassenden Aus führungsbeispiels anhand der Zeichnung, wobei:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer horizontal angeordneten und teilweise aufge schnittenen erfindungsgemässen Vorrichtung ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A von Fig. 1 für eine erste Ausführung des Gehäuses zeigt;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A von Fig. 1 für eine zweite Ausführung des Gehäuses zeigt;

Fig. 4 eine schematische ausführlichere Darstellung des aufgeschnittenen Teils von Fig. 1 für eine erste Ausführung zeigt;

Fig. 5 eine schematische ausführlichere Darstellung des aufgeschnittenen Teils von Fig. 1 für eine weitere Ausführung zeigt;

Fig. 6 besonders bevorzugte Einsätze des erfindungsgemässen Mischers zeigt;

Fig. 7 weitere bevorzugte Einsätze des erfindungsgemässen Mischers zeigt;

Fig. 8 eine Perspektivansicht einer aus fünf Einsätzen bestehenden Anordnung ist;

Fig. 9 die Anordnung von Fig. 8 in der Blickrichtung des Pfeils A zeigt;

Fig. 10 die besonders vorteilhaften Einsätze der Fig. 6 ausführlicher zeigt; und

Fig. 11a), 11b), 11c) verschiedene relative Positionierungen der Einsätze in dem erfindungsge mässen Mischer zeigen.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines horizontal angeordneten und teilweise aufgeschnitte nen erfindungsgemässen statischen Mischers. Im Innern des Gehäuses 1 sind mehrere Einsätze 10, 20, 30, 40, . . .. Die Einsätze 10, 20, 30, 40 . . . sind Lochplatten, die in be stimmten Abständen entlang der Förderrichtung F zueinander beabstandet im Innern des Gehäuses 1 befestigt sind. Die Löcher 11 des Einsatzes 10, die Löcher 21 des Ein satzes 20, die Löcher 31 des Einsatzes 30 sowie die Löcher 41 des Einsatzes 40 sind zueinander versetzt angeordnet. Im Betrieb werden z. B. zwei miteinander zu vermi schende viskose Massen über die Einlassöffnungen 2 in den statischen Mischer einge leitet. Die beiden zu vermischenden Fluide werden z. B. jeweils mittels einer Pumpe in das mit dem Einsätzen 10, 20, 30, 40 . . . gefüllte Gehäuse 1 gepresst, oder man könnte den statischen Mischer vertikal anordnen, wodurch die Fluide mittels der Schwerkraft von oben nach unten gefördert werden könnten. Die Einlassöffnungen 2 können z. B. so geschaltet sein, dass das eine Fluid in einem radial inneren Bereich auf die gelochten Einsätze 10, 20, 30, 40, . . . auftrifft, während das andere Fluid in einem radial äusseren Bereich auf die entsprechenden Einsätze auftrifft. Da die Löcher 11, 21, 31, 41 der Ein sätze 10, 20, 30 bzw. 40 in der Förderrichtung F zueinander versetzt angeordnet sind und sich zum Teil überlappen, werden die durch die Löcher 11 des Einsatzes 10 hin durchtretenden Fluid-Teilströme beim Durchtritt durch die Löcher 21 des stromab be nachbarten Einsatzes 20 in mindestens zwei weitere Teil-Fluidströme aufgespalten. Dadurch findet entlang der Förderrichtung F im innern des Gehäuses 1 eine zuneh mende Durchmischung der beiden Teilströme statt, so dass man an der Auslassöffnung 3 eine weitgehend homogene Mischung der beiden eingeleiteten Fluidströme erhält.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A von Fig. 1 für eine erste Ausführung des Gehäuses. Ein kreisförmiger Gehäusequerschnitt ist besonders vorteil haft, da er keine inneren Ecken und Kanten an der Gehäusewand aufweist, an denen insbesondere hochviskose Fluide hängen bleiben könnten.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A von Fig. 1 für eine zweite Ausführung des Gehäuses. Die Sechseck-Geometrie hat den Vorteil, dass durch ebenfalls sechseckförmige Löcher in den Einsätzen eine sehr hohe Löcherdichte erzielt werden kann, wobei zwischen den Löchern das Material der Einsätze eine konstante Dicke und daher auch eine konstante Stabilität haben kann.

Fig. 4 und Fig. 5 sind ausführlichere Darstellungen des aufgeschnittenen Teils von Fig. 1. Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform der als Lochplatten ausgebildeten Einsätze 10 und 20, die an der Innenwand des Gehäuses 1 befestigt sind. Die Löcher 11 und 21 des Einsatzes 10 bzw. 20 haben einen sich in der Förderrichtung F verjüngenden Quer schnitt. Im vorliegenden Beispiel ist die Verjüngung ein Konus 6. Wie durch die dicke schwarze Zeile angedeutet ist, verteilen sich die durch die Löcher 11 hindurchtretenden Teil-Fluidströme in mindestens zwei weitere Teil-Fluidströme, die dann durch die Löcher 21 des stromab benachbarten Einsatzes 20 hindurchtreten. Die Misch- und Schwerei genschaften des so ausgebildeten statischen Mischers lassen sich durch den Abstand t zwischen benachbarten Einsätzen 10, 20, den Konuswinkel der Löcher 11 und 21 der Einsätze 10 bzw. 20 sowie durch die Dicke p der Einsätze 10 und 20 gezielt bestimmen und auf das jeweils zu verarbeitende Produkt anpassen. Insbesondere lassen sich die Abstände t zwischen benachbarten Einsätzen 10, 20 durch (nicht gezeigte) Abstands halter einstellen.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 4, doch sind nun die Löcher 11 und 21 der Einsätze 10 bzw. 20 nicht als einfacher Konus sondern als Doppelkonus 8 ausgebildet. Jeder Doppelkonus 8 besteht aus einer ersten Konushälfte 8a und einen zweiten Ko nushälfte 8b, durch die eine Verengung 8c im Innern des jeweiligen Einsatzes 10 und 20 bestimmt wird. An der Verengung 8c der Löcher 11 und 21 der Einsätze 10 bzw. 20 findet eine starke Beschleunigung des durch die Löcher 11, 21 hindurchtretenden Fluids auf, während im Bereich der Verzweigung bzw. Aufteilung Turbulenzen und Scherwir kungen überwiegen. Bei Fluiden, in denen flüssige oder feste Agglomerate suspendiert sind, können durch die im Bereich der Verengung 8c auftretenden Dehnströmungen im Fluid die Agglomerate wirkungsvoll zerlegt werden. Dies ist nicht nur bei der Veredelung von Schokoladen- und Kakaomassen, sondern auch bei der Herstellung von Farbpig menten äusserst nützlich. Auch hier können die Mischereigenschaften durch die Para meterplatten t, Plattendicke p und Konuswinkel bestimmt werden.

Selbstverständlich lassen sich in ein und demselben Gehäuse 1 eines statischen Mi schers Bereiche mit verschiedenen Misch- und Schereigenschaften eingerichtet wer den. So können z. B. die sich entlang der Förderrichtung F zunehmend verändernden Eigenschaften der zu mischenden Fluide berücksichtigt werden.

Fig. 6 zeigt besonders vorteilhafte Einsätze 10, 20 für einen erfindungsgemässen stati schen Mischer. Die für ein zylindrisches Gehäuse (nicht gezeigt) bestimmten Einsätze 10, 20 (die weiteren Einsätze sind verdeckt) besitzen jeweils kreisförmige Löcher, die in einer dichtestmöglichen ebenen Kreispackung angeordnet sind, wobei jedem Loch 6 weitere Löcher gleichmässig zugeordnet sind, die sich in Form eines Sechsecks um das zentrale Loch scharen (Koordinationszahl 6 in der Ebene). Die beiden benachbarten Einsätze 10, 20 sind zueinander derart versetzt, dass jeweils ein Loch 11 des Einsatzes 10 durch die Projektion der darunter liegenden Löcher 21 des Einsatzes 20 in drei gleich grosse Teillöcher 11a, 11b und 11c unterteilt wird. Dasselbe gilt für jedes der Lö cher 21 des unteren Einsatzes 20. Ein solches Loch 21 wird durch die Projektion meh rerer Löcher 11 des oberen Einsatzes 10 in 3 Teillöcher 21a, 21b und 21c unterteilt. Auch hier sind die Löcher 11 und 21 der Einsätze 10 bzw. 20 doppelkonisch ausgebil det. Die nach oben weisende Konushälfte 8a jedes Loches 11 bzw. 21 ist sichtbar, wäh rend die nach unten weisende Konushälfte 8b nicht sichtbar ist. Vorzugsweise besteht zwischen dem Gehäusedurchmesser Dk und dem Lochdurchmesser dk die Beziehung Dk/5 < als Dk/3.

Fig. 7 zeigt weitere bevorzugte Einsätze für den erfindungsgemässen Mischer. Die Ein sätze 10, 20, . . . sind hier Gitterroste die sich besonders einfach in quadratische Geo metrie herstellen lassen. Die Löcher 11 und 21 der Einsätze 10 bzw. 20 liegen hier in Form wabenartiger Zellen vor, die durch Gitterrost-Wände 4, die sich senkrecht zur Ebene der Einsätze 10, 20 und parallel zur Förderrichtung F erstrecken, gebildet. Je nach Bedarf kann auch hier die Höhe der Gitterroste (entsprechen p bei den Lochplat ten) eingestellt werden. Während bei den Einsätzen der Fig. 6 mit Koordinationszahl 6 in der Ebene eine Dreiteilung der jeweiligen Teil-Fluidströme von Einsatz zu Einsatz erzielt wird, wird im vorliegenden Falle der Fig. 7 eine Vierteilung der Teil-Fluidströme von Einsatz zu Einsatz erzielt. Betrachtet man z. B. das Loch/die Wabe 11 des Einsat zes 10, so sieht man, dass der durch dieses Loch 11 hindurchtretende Teil-Fluidstrom in nächsten Einsatz 20 in vier weitere Teil-Fluidströme 11a, 11b, 11c und 11d aufgeteilt wird. Umgekehrt wird ein durch das Loch/die Wabe 21 hindurchtretende Abteil- Fluidstrom in vier weitere Teil-Fluidströme 21a, 21b, 21c und 21d unterteilt.

Während man also durch das Lochmuster der Fig. 6 (Koordinationszahl 6 in der Ebene) einen 3^M-Mischer erhält, lässt sich durch das vorliegende Lochmuster der Fig. 7 mit Ko ordinationszahl 4 in der Ebene ein 4^M-Mischer erzielen. In Fig. 6 können die Kreisgeometrien auch durch Sechseck-Geometrien sowohl für die Lochquerschnitte als auch für den Gehäusequerschnitt ersetzt werden. Ähnlich kann auch in Fig. 7 die quadratische Geometrie der Gitterrost-Zellen durch eine Kreisgeometrie ersetzt werden. Während man die quadratische Geometrie der Gitterroste durch zusammenstecken bzw. ver schweissen oder verlöten ebener Bleche erhält, lässt sich die auf Kreisgeometrie basie rende Anordnung mit Koordinationszahl 4 vorzugsweise in Lochplatten-Bauart herstel len, das sich die Kreisgeometrien durch Bohren leichter herstellen lassen. Insgesamt kann man sagen, dass einerseits die quadratische und Sechseck-Geometrie für 4^M- Mischer bzw. 3^M-Mischer vorzugsweise durch Gitterroste gebildet wird, während ande rerseits die Kreisgeometrie der Koordinationszahl 6 und 4 vorzugsweise durch Loch platten-Bauart und beidseitig konisches Bohren hergestellt wird.

Fig. 8 ist eine Perspektivansicht von 5 Einsätzen 10, 20, 30, 40 und 50 mit jeweiligen Löchern 11, 21, 31, 41 bzw. 51. Auch hier wurden doppelkonische Löcher durch beid seitiges konisches Anbohren der Lochplatten 10, 20, 30, 40 und 50 erhalten.

Fig. 9 ist eine Draufsicht der 5 Lochplatten 10, 20, 30, 40 und 50 von Fig. 8. Der kreis zylindrische Gehäusedurchmesser Dk und der kreisförmige Lochdurchmesser dk sollten die folgende Beziehung erfüllen: DK/5 < dk < DK/3. Anstelle der Kreisgeometrie mit dem Gehäusedurchmesser Dk und dem Lochdurchmesser dk kann auch die Sechseck- Geometrie analog behandelt werden, wobei in diesem Fall das Gehäuse ein Sechseck prisma wäre und die Löcher ebenfalls sechseckförmig wären. An die Stelle des Loch durchmessers dk tritt dann der Umschreibungskreis/Durchmesser ds für das sechs eckförmige Loch, und anstelle des Gehäusedurchmessers Dk tritt der Umschreibungs kreis-Gehäusedurchmesser Ds für das Sechseck. Es gilt dann die analoge Beziehung Ds/5 < ds < Ds/3.

Fig. 10 zeigt die besonders bevorzugten Einsätze von Fig. 6 noch etwas ausführlicher. Das Lochmuster der jeweiligen Einsätze 10, 20, 30, 40, 50 besteht aus regelmässig angeordneten gleichartigen Löchern (kreisförmig oder sechseckförmig) mit jeweils ei nem Lochmittelpunkt LM, und sie sind derart angeordnet, dass jedes der Löcher des jeweiligen Einsatzes von 6 weiteren Löchern des Einsatzes gleichmässig umgeben ist, wobei die Lochmittelpunkte LM1, LM2, LM3, LM4, LM5 und LM6 der umgebenden Löcher auf einer Kreislinie mit Radius a um den Lochmittelpunkt LM des umgebenen Lochs in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Somit bilden z. B. die Lochmittel punkte LM, LM1, LM2 von jeweils 3 voneinander gleichweit beabstandeten Löchern ein gleichseitiges Dreieck mit Seitenlänge a und einem Dreiecksmittelpunkt DM.

Fig. 11a, 11b, 11c zeigen verschiedene relative Positionierungen der Einsätze 10, 20, 30, 40 und 50 in dem erfindungsgemässen Mischer. In Fig. 11a sind die Einsätze 10, 20, 30, 40 und 50 in konstanten Abständen T1 = T2 = T3 = T4 zueinander angeordnet. Die Löcher der Einsätze sind nicht gezeigt.

In Fig. 11b haben die Einsätze 10, 20, 30, 40 und 50 entlang der Förderrichtung F pro gressive Abstände.

In Fig. 11c haben die Einsätze 10, 20, 30, 40, und 50 entlang der Förderrichtung F de gressive Abstände T1 < T2 < T3 < T1.

Die Anordnung mit degressiven Plattenabständen ist z. B. vorteilhaft, wenn anfänglich hochviskose Fluide in die Einlassöffnungen 2 (Fig. 1) eingegeben werden, weil dann der Widerstand im Mischer im Bereich der ersten Einsätze 10, 20 und 30 relativ gering ist, während er mit abnehmendem Abstand zwischen den Einsätzen zwischen den Einsät zen 30, 40, und 50 stark zunimmt. Diese Zunahme des Mischerwiderstands entlang der Förderrichtung F kann jedoch geduldet werden, da in vielen Fällen die Viskosität der zu mischen Fluide entlang der Förderrichtung mit zunehmender Durchmischung abnimmt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Bau einer grossen Vielfalt statischer Mischer, wobei schwerpunktmässig zwei Fertigungstechnologien zum Einsatz kommen:
Einerseits Einsätze in Form von Gitterrosten, bei denen sich nur sehr wenig Material dem Fluidstrom entgegenstellt, und andererseits die Lochplatten-Bohrtechnik, bei der besonders vorteilhaft kreisförmige Geometrien sowohl mit Koordinationszahl 6 als auch Koordinationszahl 4 in der Ebene gebildet werden können. Besonders vorteilhaft lassen sich Doppelkonus-Löcher durch beidseitiges anbohren der Lochplatten herstellen.

Bezugszeichen

1

Gehäuse

2

Einlassöffnung

3

Auslassöffnung

4

Gitterrost-Wand

6

Verjüngung

7

Aufweitung

8

Doppelkonus

8

a,

8

b Konushälften

8

c Verengung

10

,

20

,

30

,

40

,

50

Einsätze

11

,

21

,

31

,

41

,

51

Löcher/Lochflächen

11

a,

11

b,

11

c, . . .,

51

a,

51

b,

51

c bzw.

11

a,

11

b,

11

c,

11

d, . . .,

51

a,

51

b,

51

c,

51

d Teil-Lochflächen

12

,

22

,

32

,

42

,

52

Einsatzmaterial
F Förderrichtung
dk Lochdurchmesser (Kreis)
Dk Gehäusedurchmesser (Kreiszylinder)
ds Umschreibungskreis-Durchmesser
Ds Gehäusedurchmesser (Sechseckprisma)
t1, t2, t3, t4 Abstände
p Plattendicke

Claims

1. Vorrichtung zum statischen Mischen mehrerer förderbarer Massen, insbesondere Suspensionen oder Emulsionen, mit (a) einem Gehäuse (1), dessen Achse eine Förderrichtung (F) für die Massen bestimmt und an dessem ersten Endbereich mindestens eine Einlassöffnung (2) vorgesehen ist und an dessem zweiten End bereich eine Auslassöffnung (3) vorgesehen ist; (b) einer Mehrzahl sich im we sentlichen senkrecht zur Gehäuseachse (F) und über den gesamten Gehäuse querschnitt erstreckender, ein Lochmuster aufweisender Einsätze (10, 20, 30, 40, 50), die in dem Gehäuse entlang der Förderrichtung (F) aufeinanderfolgend und feststehend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benach barte der entlang der Förderrichtung (F) aufeinanderfolgenden Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) in ihrer Projektion entlang der Förderrichtung (F) zueinander derart versetzte Löcher (11, 21, 31, 41, 51) aufweisen, dass die zur Förderrichtung (F) senkrechten Lochflächen (11, 21, 31, 41) in einem beliebigen ersten Einsatz (10, 20, 30, 40) durch das Einsatzmaterial (22, 32, 42, 52) zwischen den Lochflächen (21, 31, 41, 51) eines benachbarten zweiten Einsatzes (20, 30, 40, 50) derart un terteilt sind, dass in der Projektion entlang der Förderrichtung (F) die jeweiligen Lochflächen (11, 21, 31, 41) des ersten Einsatzes (10, 20, 30, 40) in jeweils min destens zwei Teil-Lochflächen (11a, 11b, 11c, . . ., 41a, 41b, 41c bzw. 11a, 11b, 11c, 11d, . . . ., 41a, 41b, 41c, 41d) unterteilt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) eine ebene, plattenartige Form haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) Gitterroste sind, wobei die Löcher voneinander durch Wände (4) getrennte wabenartige Zellen (11, 21, 31, 41, 51) sind, die an der Oberseite und an der Unterseite des jeweiligen Gitterrosts offen sind, wobei sich die die Zellen begrenzenden Wände (4) im wesentlichen in Ebenen senkrecht zur Oberseite und Unterseite des Gitterrosts erstrecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) Lochplatten sind, die ein Lochmuster aufweisen, das aus einer Vielzahl sich durch die gesamte Lochplattendicke erstreckenden Löchern (11, 21, 31, 41, 51) besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die jeweils aufeinanderfolgenden Einsätze (10-20, 20-30, 30-40, 40-50) voneinander verschiedene Lochmuster aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) dasselbe Lochmuster aufweisen, wobei zumindest bei jeweils benachbarten, entlang der Förderrichtung aufeinanderfol genden Einsätzen (10-20, 20-30, 30-40, 40-50) die Lochmuster in ihrer Projektion entlang der Förderrichtung (F) zueinander versetzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Lochmuster eine Translation des einen Lochmusters (10, 20, 30, 40) relativ zum benachbarten Lochmuster (20, 30, 40, 50) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Lochmuster eine Rotation des einen Lochmusters (10, 20, 30, 40) relativ zum be nachbarten Lochmuster (20, 30, 40, 50) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Lochmuster eine Kombination aus Translation und Rotation des einen Lochmu sters (10, 20, 30, 40) relativ zum benachbarten Lochmuster (20, 30, 40, 50) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochmuster der jeweiligen Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) aus regelmässig angeordneten gleicharti gen Löchern mit jeweils einem Lochmittelpunkt (LM) besteht, die derart angeordnet sind, dass jedes der Löcher (11, 21, 31, 41, 51) des jeweiligen Einsatzes von sechs weiteren Löchern des Einsatzes gleichmässig umgeben ist, wobei die Lochmittelpunkte (LM1, LM2, LM3, LM4, LM5, LM6) der umgebenden Löcher auf einer Kreislinie mit Radius a um den Lochmittelpunkt (LM) des umgebenen Lochs in gleichen Winkelabständen angeordnet sind und die Lochmittelpunkte (LM, LM1, LM2) von jeweils drei voneinander gleich weit beabstandeten Löchern ein gleich seitiges Dreieck mit einem Dreiecksmittelpunkt (DM) bilden (Koordinationszahl 6 in der Ebene).

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochmuster der jeweiligen Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) aus regelmässig angeordneten gleicharti gen Löchern mit jeweils einem Lochmittelpunkt (LM) besteht, die derart angeord net sind, dass jedes der Löcher (11, 21, 31, 41, 51) des jeweiligen Einsatzes von vier weiteren Löchern des Einsatzes gleichmässig umgeben ist, wobei die Loch mittelpunkte (LM1, LM2, LM3, LM4) der jeweils vier voneinander gleich weit beab standeten Löcher die Enden eines Kreuzes bilden, dessen Mittelpunkt der Loch mittelpunkt (LM) ist (Koordinationszahl 4 in der Ebene).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (11, 21, 31, 41, 51) der Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) Kreisflächen mit einem Kreisdurch messer dk sind und in Form einer dichtesten Kreispackung in dem Einsatz ange ordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein kreiszylinderförmiges Gehäuse mit Kreisdurchmesser Dk ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kreisdurchmessern dk der Löcher und dem Kreisdurchmesser Dk des Gehäuses die Beziehung Dk/5 < dk < Dk/3 besteht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher der Ein sätze regelmässige Sechsecke mit einem Umschreibungs-Kreisdurchmesser ds sind und in Form eines Bienenwabenmusters in dem jeweiligen Einsatz angeord net sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) die Form eines Prismas hat, dessen Basis ein regelmässiges Sechseck mit Um schreibungskreisdurchmesser Ds ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Um schreibungs-Kreisdurchmessern ds der Löcher und dem Umschreibungs- Kreisdurchmesser Ds des Gehäuses die Beziehung Ds/5 < ds < Ds/3 besteht.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die entlang der Förderrichtung in dem Gehäuse (1) aufeinanderfolgend feststehend angeordneten Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) voneinander in der Förder richtung (F) beabstandet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (t1, t2, t3, t4) aufeinanderfolgender Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) entlang der Förder richtung (F) konstant (= t) sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (t1, t2, t3, t4) aufeinanderfolgender Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) entlang der Förder richtung (F) grösser werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände auf einanderfolgender Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) entlang der Förderrichtung (F) kleiner werden.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Lochmuster auf einer Translation der Lochmustergeometrie be ruht, wonach jeweils aufeinanderfolgende Lochmuster derart zueinander versetzt sind, dass in der Projektion entlang der Förderrichtung immer ein Dreiecksmittelpunkt (DM) des einen Lochmusters mit einem Lochmittelpunkt (LM) des anderen Lochmusters zur Deckung kommt und umgekehrt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abstand t aufeinanderfolgender Einsätze und einem Lochdurch messer d die Beziehung 0,25d < t < 2,5d besteht.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ab stand t aufeinanderfolgender Einsätze und einem Lochdurchmesser d die Bezie hung 0,25d < t < 0,5d besteht.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Löcher in den Lochplatten konisch ausgebildet sind.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich die konischen Löcher jeder Lochplatte entlang der Förderrichtung verjüngen (6).

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich die konischen Löcher jeder Lochplatte entlang der Förderrichtung aufweiten (7).

28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich die konischen Löcher der aufeinanderfolgenden Lochplatten von Lochplatte zu Lochplatte ab wechselnd verjüngen und aufweiten.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher in den Lochplatten jeweils als Doppelkonus (8) ausgebildet sind, wobei sich die beiden Konushälften (8a, 8b) jeweils von einer Verengung (8c) der Löcher im Innern der Lochplatte zu beiden Oberflächen der Lochplatten (10, 20, 30, 40, 50) hin aufweiten.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beabstandeten Einsätzen Abstandshalter eingefügt sind.

31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass sie aus einem Metall, insbesondere rostfreiem Stahl besteht.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus umgebogenen Bereichen eines jeweiligen Einsatzes (10, 20, 30, 40, 50) be stehen, die aus der Ebene des Einsatzes entlang der Förderrichtung (F) herausra gen.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter ebene rahmenartige Gebilde sind, die zwischen benachbarten Einsätzen (10-20, 20-30, 30-40, 40-50) angeordnet sind.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Umriss der Rahmens derart geformt ist, dass er an der Innenwand des Gehäuses (1) zwi schen benachbarten Einsätzen anliegt.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) an dem Gehäuse (1) mittels Schweissverbindung befestigt sind.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (10, 20, 30, 40, 50) an dem Gehäuse (1) mittels Lötverbindung befe stigt sind.

37. Verfahren zum statischen Mischen mehrerer förderbaren Massen, insbesondere Suspensionen oder Emulsionen, unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, wobei die mehreren Massen jeweils über eine der Einlas söffnungen in die Vorrichtung hinein und durch diese hindurch bis zur Auslassöff nung gepumpt werden, aus der das Mischprodukt der mehreren förderbaren Mas sen austritt.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die förderbaren Mas sen Fettmassen, insbesondere kakaohaltige oder schokoladenähnliche Fettma ssen sind.

39. Mischprodukt, das unter Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 37 oder 38 gewonnen wird.