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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum longitudinalen Mischen einer aus wenigstens zwei flüssigen Komponenten bestehenden Flüssigkeit für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC).
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In der HPLC erzeugen speziell dafür ausgelegte Pumpen einen sehr konstanten Strom eines flüssigen Laufmittels. Dieser Laufmittelstrom wird kontinuierlich über eine Trennsäule gepumpt. Zu einer bestimmten Zeit wird in diesen Strom vor der Trennsäule eine Probe injiziert, deren Bestandteile unterschiedlich schnell über die Trennsäule gefördert werden. Ein am Ausgang der Trennsäule angeschlossener Detektor kann so die verschiedenen getrennten Probenbestandteile sowohl qualitativ als auch quantitativ detektieren.
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Um die Trennung aller Bestandteile zu optimieren, werden auch sogenannte Gradientenpumpen eingesetzt. Diese können die Zusammensetzung des Laufmittels während der Trennung der Probe ändern. Hierfür besitzt eine solche Gradientenpumpe mehrere Eingänge für die verschiedenen Laufmittelkomponenten. Am Ausgang einer solchen Pumpe sollte im Idealfall eine homogene Mischung der Laufmittelkomponenten im gewünschten Mischungsverhältnis austreten. Die Praxis zeigt jedoch, dass die Zusammensetzung des Laufmittels sowohl zeitlich als auch räumlich im Bereich des Pumpenausgangs von der ideal homogenen Mischung der Laufmittelkomponenten abweicht. Die zeitlichen Abweichungen sind zum großen Teil periodisch und korrelieren mit periodischen Vorgängen innerhalb der Pumpe.
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Die räumlichen Abweichungen des Mischungsverhältnisses über den Querschnitt der Ausgangskapillare einer Gradientenpumpe werden zunächst mit Hilfe eines Radialmischers ausgeglichen. Dem Radialmischer wird meist ein weiterer Mischer nachgeschaltet, der die Aufgabe hat, die zeitlichen Abweichungen der Laufmittelzusammensetzung auszugleichen. Hierfür kommen nach dem Stand der Technik unterschiedlichste Ausführungsformen zum Einsatz. Diese haben alle gemeinsam, dass zeitlich nacheinander aus der Pumpe austretende Laufmittelportionen vermischt werden. Deshalb werden derartige Mischer auch longitudinale Mischer genannt. Ein longitudinaler Mischer soll also „alten” und „neuen” Fluss, d. h. früher eintreffendes Laufmittel mit später eintreffendem Laufmittel vermischen. Dies kann prinzipiell folgendermaßen geschehen:
Zum einen kann in einer dynamischen Mischkammer, beispielsweise mittels eines bewegten Rührfischs, ein Mischvolumen gerührt werden. Neues Laufmittel wird dabei sofort in der ganzen Mischkammer verteilt und verdünnt das alte Laufmittel exponentiell. Diese Lösung ist jedoch mechanisch aufwendig und vor allem wartungsbedürftig.
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Vorteilhafter sind diesbezüglich passive Mischer, die beispielsweise durch Bereitstellen unterschiedlich langer Wege von der Zuführöffnung zur Abführöffnung der Mischkammer und Sicherstellen der gewünschten Flussaufteilung auf die unterschiedlich langen Wege die longitudinale Mischung erzielen.
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Verschieden lange Wege können beispielsweise durch einzelne, geeignet dimensionierte Parallel-Kapillaren realisiert sein, die in einen Stapel übereinander gelagerter Scheiben eingearbeitet und durch Bohrungen miteinander verbunden sind (vgl. z. B.
DE 10 2006 058 026 A1 ). Nach dem gleichen Prinzip arbeitet auch die Mischvorrichtung gemäß der
US 6,942,792 B2 .
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Das Bewirken der Flussaufteilung auf die unterschiedlich langen Wege kann beispielsweise mit Hilfe einer Fritte geschehen. Das zeitliche Differenzieren der Flussaufteilung kann durch zusätzliche Volumina vor und nach der Fritte erfolgen. Eine derartige Mischvorrichtung ist beispielsweise in der
DE 30 37 898 A1 beschrieben, in der eine passive Mischkammer mit Fritte offenbart ist. Die Mischkammer ist als Doppelkonus ausgebildet, wobei zwischen den beiden, sich nach außen verjüngenden konischen Kammerbereichen die Fritte angeordnet ist. Am äußeren Endbereich jedes Konus ist die Zuführöffnung bzw. Abführöffnung für die zu mischende Flüssigkeit vorgesehen. Die Aufgabe der Fritte besteht darin, einen räumlich verteilten Flusswiderstand zu schaffen, der hoch ist im Vergleich zu den in den Volumina der konischen Kammerbereiche wirksamen Flusswiderständen. Dadurch ist auf der gesamten Frittenoberfläche der Druck annähernd gleich, sowohl auf der stromaufwärts gerichteten Oberfläche als auch auf der stromabwärts gerichteten Oberfläche der (eben ausgebildeten) Fritte. Somit ergibt sich über die gesamte Frittenfläche eine im Wesentlichen konstante Flussdichte.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass in der vorliegenden Beschreibung unter dem Begriff Fritte jedes Element verstanden wird, das einen relativ hohen Flusswiderstand aufweist und geeignet ist, eine über den Querschnitt konstante Flussdichte zu erzeugen.
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Die Mischwirkung kommt bei dieser Ausführungsform eines longitudinalen Mischers durch die unterschiedlichen Weglängen zu Stande, welche die Flüssigkeit zwischen der Zuführöffnung und der jeweiligen Durchtrittsposition durch die Fritte bzw. zwischen der jeweiligen Durchtrittsposition durch die Fritte und der Abführöffnung zurücklegen muss. Das Delayvolumen der Anordnung weist also eine gewisse Verteilung auf. Hierdurch können nacheinander zugeführte Lösungsmittelkomponenten miteinander vermischt werden.
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Auch in einer Veröffentlichung der Fa. Agilent aus dem Jahr 2004 mit dem Titel „Ultrafast liquid chromatography using the Agilent 1100 Series HPLC system and 1.8-μm ZORBAX SB C18 Rapid Resolution HT columns” wird ebenfalls dieses einfache longitudinale Mischprinzip verwendet. Dabei wird der Standardmischer durch einen einfachen 80 μl Upchurch-Filter ersetzt, mit dem Ziel das Delayvolumen zu verringern.
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Dabei besteht der offensichtliche Unterschied dieser Mischkammer gegenüber der Mischkammer gemäß der
DE 30 37 898 A1 nur darin, dass die beiden Volumina in Strömungsrichtung vor und nach der Fritte nicht kegelförmig (mit einem relativ großen Öffnungswinkel), sondern zylindrisch ausgeführt sind.
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Eine weitere Möglichkeit, mit Hilfe von definierten Flusswiderständen und definierten Delayvolumina zu arbeiten, wird in der
EP 1 174 179 A1 aufgezeigt, wobei definierte kurze, mittlere und lange Wege vom Eingang zum Ausgang die gewünschte longitudinale Mischung erzielen.
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Schließlich ist aus der
EP 0 686 848 A1 ein Flüssigkeitschromatograph bekannt bei dem eine Mischvorrichtung verwendet ist (
8 der
EP 0 686 848 A1 ) die eine Länge von 3 bis 10 cm bei einem Innendurchmesser der Mischkammer von 1 bis 5 mm aufweist, wobei die zylindrisch ausgebildete Mischkammer vollständig mit einem porösen Frittenmaterial ausgefüllt ist, welches aus vorgefertigten, gestapelten Scheiben bestehen kann.
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Nachteilig bei diesen bekannten Mischvorrichtungen ist zum einen die Komplexität der Fertigung bei definierten Kapillarwegen oder aber die eher ungenügende Mischeffizienz bzw. die ungenügende Stabilität der Mischergebnisse bei einfachen Ausführungen, wie z. B. nach der
DE 30 37 898 A1 sowie ggf. zusätzlich die erhebliche Baulänge bei Ausführungsformen wie der
EP 0 686 848 A1 .
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum longitudinalen Mischen einer aus wenigstens zwei flüssigen Komponenten bestehende Flüssigkeit für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) zu schaffen, bei der trotz eines einfachen Aufbaus eine gute Mischeffizienz gewährleistet ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das Mischverhalten der vorstehend beschriebenen Mischerkonstruktion, bei der in eine Mischkammer eine Fritte eingebracht ist und die unterschiedlichen Weglängen für die zu mischende Flüssigkeit durch die Volumina vor und/oder nach der Fritte bewirkt werden, durch das Einbringen eines porösen Materials in das Kammervolumen vor und/oder nach der Fritte drastisch verbessert werden kann. Dabei wird die Verbesserung des Mischerverhaltens insbesondere durch das Vorsehen des Materials in das Kammervolumen (in Strömungsrichtung) vor der Fritte erreicht. Es hat sich herausgestellt, dass durch das Einbringen des porösen Materials in das Kammervolumen vor bzw. nach der Fritte das Einfließen in den Frittenkörper bzw. das Abfließen aus dem Frittenkörper möglichst laminar und wirbelfrei erfolgt. Dies gilt insbesondere auch bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten. Dadurch wird die Mischeffizienz deutlich verbessert.
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Die verbesserte Mischeffizienz zeigt sich auch dadurch, dass bei einer Sprunganregung des Mischers die gewünschte Zielkonzentration deutlich früher erreicht wird, wobei gleichzeitig durch einen gleichmäßigeren Anstieg der Konzentration bis zur Zielkonzentration die longitudinale Mischwirkung gesteigert wurde.
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Der Strömungswiderstand des porösen Materials bzw. des damit gefüllten vorderen oder hinteren Kammerbereichs ist erfindungsgemäß groß gegen den Strömungswiderstand des betreffenden (vorderen oder hinteren oder vorderen und hinteren) Kammerbereichs ohne das poröse Material und klein gegen den Strömungswiderstand der Fritte.
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Das poröse Material kann einen anisotropen Strömungswiderstand aufweisen, wobei der spezifische Strömungswiderstand in radialer Richtung, bezogen auf die Strömungsrichtung der in den vorderen Kammerbereich einströmenden Flüssigkeit oder bezogen auf die aus dem hinteren Kammerbereich ausströmenden Flüssigkeit, kleiner ist als in axialer Richtung. Unter dem spezifischen Strömungswiderstand wird dabei der Strömungswiderstand in einem würfelförmigen Volumen bestimmter Kantenlänge in den drei Symmetrieachse durch die Mittelpunkte der Begrenzungsflächen verstanden. Dabei ist es grundsätzlich nicht erforderlich, dass der spezifische Strömungswiderstand in radialer oder axialer Richtung konstant ist. Hierdurch kann eine möglichst gute radiale Verteilung des Flusses erreicht und die Ausbildung von Ringwirbeln vermieden werden.
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Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das poröse Material einen isotropen Strömungswiderstand auf. Hierdurch wird die Dimensionierung bzw. das Design einer derartigen Mischvorrichtung, insbesondere das Design der Form und des Volumens der Kammerbereiche vor und nach der Fritte vereinfacht.
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Das poröse Material kann aus einem gestrickten oder gewirkten oder geknüllten Fasermaterial bestehen oder ein poröses Festkörpermaterial, beispielsweise ein Festkörperschaum sein.
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Der vorstehend erwähnte anisotrope spezifische Flusswiderstand kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zunächst ein Körper aus einem faserförmigen Festkörpermaterial hergestellt wird der anschließend in einer oder mehreren vorgegebenen Richtungen gepresst wird. Hierdurch wird eine gewisse Ausrichtung der Fasern, d. h. eine gewisse Vorzugsrichtung erzeugt, wodurch z. B. in der Pressrichtung ein anderer (größerer) spezifischer Flusswiderstand entsteht als in der Richtung senkrecht hierzu.
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Es ist jedoch beispielsweise auch denkbar, das poröse Material aus einer Vielzahl von geschichteten Lochplatten herzustellen, die an mindestens einer Oberfläche Noppen aufweisen, die in Relation zu den Löchern in den Platten so angeordnet und geformt sind, dass sich in radialer Richtung ein geringerer spezifischer Flusswiderstand ergibt als in axialer Richtung.
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Als Materialien kommen Metalle, beispielsweise Edelstahl oder Titan, oder Kunststoffe oder auch mineralische Materialien in Frage, unabhängig davon, ob das Material faserartig oder als poröser Festkörper eingesetzt wird.
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Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mischkammer rotationssymmetrisch ausgebildet und weist vorzugsweise eine in der Achse liegende, fluidisch mit dem Eingangsport verbundene Zuführöffnung und eine in der Achse liegende, fluidisch mit dem Ausgangsport verbundene Abführöffnung auf. Hierdurch wird insbesondere in Verbindung mit einem isotropen und (makroskopisch betrachtet) homogenen porösen Material die Dimensionierung, das Design und die Herstellung der Mischvorrichtung vereinfacht.
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Dabei können der vordere und hintere Kammerbereich von der Zuführöffnung bzw. Abführöffnung in Richtung auf die Fritte radial erweiternd ausgebildet und in an sich bekannter Weise kegelartig oder kegelstumpfartig ausgebildet sein. Vorzugsweise können die Kammerbereiche jedoch auch jeweils eine paraboloidartige Form aufweisen. Hierdurch wird das Einströmverhalten bzw. Ausströmverhalten in der Umgebung der Zuführöffnung bzw. Abführöffnung verbessert.
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Die (maximale) Höhe des vorderen und/oder hinteren Kammerbereichs, in dem das poröse Material vorgesehen ist, d. h. der maximale Abstand der Frittenoberfläche von der Wandung des Kammerbereichs senkrecht zur Frittenoberfläche, sollte vorzugsweise groß gegen die mittlere Porengröße des porösen Materials sein. Hierdurch kann die gewünschte Laminarisierung des Flusses gewährleistet werden. Die Poren des porösen Materials sollten groß gegen die Poren der Fritte sein, um zu gewährleisten, dass auf der Frittenoberfläche die gewünschte konstante Druckverteilung gegeben ist.
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Erfindungsgemäß sollte das den vorderen bzw. hinteren Kammerbereich ausfüllende poröse Material eine hohe Porosität aufweisen, um in den Kammerbereichen einen möglichst großen Anteil des Delayvolumen zu erreichen. Denn das Volumen in den Poren der Fritte kann nicht zum Mischvorgang beitragen. Für die Porosität, die als Eins minus dem Quotient aus der Rohdichte des Materials (einschließlich der Poren) und der Reindichte des Materials (ohne Poren) definiert ist, wird vorzugsweise ein Bereich größer als 0,60, höchst vorzugsweise ein Bereich größer als 0,75 vorgesehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Mischvorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt;
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2 eine schematische Darstellung der Mischvorrichtung in 1 ohne das erfindungsgemäß vorzusehende poröse Material im vorderen und hinteren Kammerbereich und
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3 ein Diagramm mit jeweils einer Sprungantwort einer Mischvorrichtung mit und ohne poröses Material
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Die in 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Mischvorrichtung 10 weist eine Mischkammer 14 auf, die über einen Eingangsport 11 mit einer die longitudinal zu mischende Flüssigkeit zuführende Fördervorrichtung, beispielsweise eine Pumpe, verbindbar ist. Die zugeführte Flüssigkeit wird über den Eingangsport 11 und die Zuführöffnung 19 in die Mischkammer 14 geleitet. Die Mischkammer 14 weist in der dargestellten Ausführungsform eine paraboloidartige, sich ausgehend von der Zuführöffnung 19 radial erweiternde Form auf und geht anschließend in einen Bereich konstanten Durchmessers über, in welchem eine Fritte 13 vorgesehen ist. Als Fritte kann beispielsweise ein in der Flüssigkeitschromatographie übliches Filter in Form einer Fritte verwendet werden, die, wie aus 1 ersichtlich, eine konstante Dicke aufweist und eben ausgebildet ist. Die Fritte kann aus einem porösen Material bestehen, welches eine vergleichsweise kleine Porengröße aufweist.
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In Strömungsrichtung gesehen nach der Fritte ist die Mischkammer wiederum paraboloidartig ausgebildet und verjüngt sich radial bis zu einer Abführöffnung 16, über die die Flüssigkeit einem Ausgangsport 15 zugeführt wird.
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Wie in 1 dargestellt, ist der fordere Kammerbereich 12 der Mischkammer 14 mit einem porösen Material 17 ausfüllt. In gleicher Weise ist der hintere Kammerbereich 18 der Mischkammer 14 mit einem porösen Material 17 gefüllt.
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Das poröse Material 17 weist vorzugsweise isotrope Durchströmungseigenschaften auf. Hierdurch wird das Design einer derartigen Mischvorrichtung im Hinblick auf vorbestimmte, gewünschte Mischeigenschaften erleichtert.
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Das poröse Material kann beispielsweise als Fasermaterial ausgebildet sein, beispielsweise als Gestrick, Gewirk, oder einfach unregelmäßig geknülltes Fasermaterial. In gleicher Weise kann es sich bei dem porösen Material um ein poröses Festkörpermaterial handeln, beispielsweise um ein schaumartiges Material. Als Stoffe für das poröse Material, unabhängig, ob es sich um ein faserartiges oder poröses Feststoffmaterial handelt, eignen sich beispielsweise inerte Metalle, wie beispielsweise Edelstahl oder Titan. Darüber hinaus sind auch nichtmetallische Stoffe, wie mineralische Stoffe oder Kunststoffe verwendbar. Die Materialfüllung aus porösem Material 17 für den vorderen bzw. hinteren Kammerbereich 12 bzw. 18 kann beispielsweise aus einem Metallschaum bestehen, der nach seiner Herstellung in eine entsprechende Form gebracht wird. Selbstverständlich ist ebenfalls denkbar, entsprechende Kammerbereiche mit einem geeigneten Material auszuschäumen. Wird ein faserartiges Ausgangsmaterial verwendet, so kann dieses beispielsweise strumpfartig gestrickt und nachträglich in eine entsprechende Form gepresst werden.
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Der Strömungswiderstand des porösen Materials sollte auf jedem möglichen Strömungspfad zwischen der Zuführöffnung 19 und der ihr zugewandten Oberfläche der Fritte 13 klein sein gegenüber dem jeweiligen weiteren Strömungspfad durch die Fritte 13. Hierdurch wird erreicht, dass sich auf der gesamten Oberfläche der Fritte 13 ein im Wesentlichen konstanter Druck einstellt.
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Das im hinteren Kammerbereich 18 enthaltene poröse Material kann in gleicher Weise mit identischen Eigenschaften ausgebildet sein. Damit stellen sich auch auf der stromabwärts gerichteten Oberfläche der Fritte 13 konstante Druckverhältnisse ein. Damit ergibt sich über den gesamten Querschnitt der Fritte 13 eine im Wesentlichen konstante Druckdifferenz, so dass sich dementsprechend (ein konstanter Strömungswiderstand über den gesamten Querschnitt vorausgesetzt) eine konstante Flussdichte, über die Querschnittsfläche der Fritte 13 gesehen, ergibt.
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Wie bereits vorstehend erläutert, wird durch die unterschiedlich langen Strömungspfade, die in 1 schematisch gestrichelt eingezeichnet und mit 20 bezeichnet sind, die erwünschte longitudinale Mischung der über den Eingangsport 11 zugeführten Flüssigkeit erreicht, die gemischt über den Ausgangsport 15 abgeführt wird.
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Durch das im vorderen und hinteren Kammerbereich 12 bzw. 18 enthaltene poröse Material 17 wird eine laminare Strömung der Flüssigkeit in diesen Kammerbereichen gewährleistet.
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Um die Wirkung des porösen Materials 17 zu verdeutlichen, ist in 2 die Mischvorrichtung 10 gemäß 1 ohne poröses Material 17 zusammen mit den sich hierbei ergebenden Strömungsverhältnissen dargestellt. Aus 2 ist dabei ersichtlich, dass sich insbesondere im vorderen Kammerbereich 12 Teilbereiche ausbilden, in denen sich beim Durchströmen Verwirbelungen ausbilden. Um derartige Verwirbelungen zu vermeiden und eine laminare Strömung ohne Wirbel zu erzeugen, muss der Strömungswiderstand des porösen Materials 17 deutlich größer sein als der Strömungswiderstand des betreffenden Kammerbereichs 12, 18 ohne das poröse Material 17.
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2 macht des Weiteren deutlich, dass sich insbesondere durch das Vorsehen von porösem Material 17 im vorderen Kammerbereich 12 der gewünschte Vorteil ergibt, da das Auftreten von Verwirbelungen im hinteren Kammerbereich 18 in geringerem Maß vorkommt. Aus diesem Grunde wird man insbesondere den vorderen Kammerbereich 12 mit geeignetem porösen Material 17 füllen. Eine Verbesserung der Wirkung ergibt sich jedoch auch durch das zusätzliche Füllen des hinteren Kammerbereichs 18 mit porösem Material 17. Eine geringere, jedoch durchaus auch spürbare Verbesserung des Mischverhaltens ergibt sich für den Fall, wenn nur der hintere Kammerbereich 18 mit porösem Material 17 gefüllt wird.
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Durch das Einbringen des porösen Materials 17 in die Kammerbereiche 12, 18 ergibt sich somit eine sehr viel definiertere Strömung, die auch weitaus unabhängiger von der betreffenden Flussrate und Viskosität der zu mischenden Flüssigkeit (bzw. der Flüssigkeitskomponenten) ist. In 3 ist die Verbesserung der Mischvorrichtung 10 nach 1 gegenüber der selben Mischvorrichtung, jedoch ohne poröses Material 17 gemäß 2 dargestellt. Die in 3 dargestellten Kurven sind Messergebnisse des folgenden Experiments:
Der betreffenden Mischvorrichtung 10 mit bzw. ohne poröses Material wird bis zum Zeitpunkt t0 = 5 min. als Flüssigkeit reines Wasser zugeführt. Zum Zeitpunkt t0 = 5 min. wird umgeschaltet auf eine Flüssigkeit, die zu 0,7% aus Aceton und im Übrigen aus Wasser besteht. Am Ausgangsport 15 wird mittels einer optischen Messeinrichtung die Absorption der aus der Mischvorrichtung 10 austretenden, longitudinal gemischten Flüssigkeit gemessen. Mit anderen Worten, in 3 stellen die Kurven a bzw. b die Sprungantworten dar, die sich bei Verwendung einer Mischvorrichtung 10 ohne poröses Material 17 (Kurve a) bzw. mit porösem Material (Kurve b) ergeben.
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Kurve a weist einen weniger gleichmäßigen Anstieg als die Kurve b auf und erreicht erst sehr viel später (bei ca. 12 min.) als die Kurve b den stationären Zustand. Damit kommt die Kurve b der Sprungantwort eines idealen Mischers, die aus einer zum Zeitpunkt t0 beginnenden und bis zum Erreichen des Sättigungswerts reichenden Gerade mit einer dem Delayvolumen entsprechenden Steigung besteht, sehr viel näher als die Kurve a der Mischvorrichtung 10 ohne das poröse Material in den Kammerbereichen 12, 18. Erläuterung:
Der lange Anstieg der Sprungantwort a ist durch die schlecht gespülten Totwasserbereiche, in denen auch Verwirbelungen auftreten, verursacht. Die voreilende Stufe der Sprungantwort a ist durch den Strömungsabriss an der Mündung im Einlauf verursacht. Beides wird durch das poröse Material 17 in den domartigen Kammerbereichen 12 und 18 verhindert.
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Ein zusätzlicher Vorteil wird gegenüber rein kegelartigen oder kegelstumpfartigen Kammerbereichen 12 bzw. 18 durch die paraboloidartige Form der Außenwandung in diesen Bereichen erreicht. Auch diese Form trägt zu einem möglichst linearen Anstieg der Sprungantwort über einen weiten Bereich bei, der sich vorteilhaft auf den Mischvorgang auswirkt.
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Generell sollte die Höhe dieser domartigen Kammerbereiche (unabhängig von der konkreten Form) vorzugsweise klein gegenüber dem maximalen Durchmesser (im Bereich der Oberflächen der Fritte 13) sein. Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser liegt vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,30, wobei im Bereich von 0,05 bis 0,15 besonders vorteilhafte Mischergebnisse erzielt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, ein poröses Material vorzusehen, ist die longitudinale Mischwirkung auch weitgehend unabhängig von den Betriebsbedingungen wie Flussrate des Laufmittels, Temperatur, Viskosität der Laufmittelkomponenten.
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Im erfindungsgemäßen Mischer bewirken die unterschiedlichen Pfadlängen in den domartigen Zu- und Abströmbereichen vor und hinter der Fritte die longitudinale Mischwirkung. Die Fritte bestimmt im Wesentlichen den Strömungswiderstand des Mischers. Da dieser Widerstand über die Oberfläche der Fritte gleich verteilt ist, ist auch die Flussdichte über der Fritte relativ gleich verteilt.
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Durch die geometrische Form der domartigen Zu- und Abströmbereiche kann die Mischverzögerung und damit die Mischfunktion variiert werden. Vorteilhaft ist hier eine paraboloidartige Form.
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Das Strömungsprofil in den ungefüllten Zu- und Abströmbereichen in 1a ist von den Betriebsbedingungen, wie Flussrate und Viskosität des Laufmittels abhängig. Wird in diesen Bereichen ein Gestrick eingebracht, wird die Strömung sehr viel definierter und unabhängig von Flussrate und Viskosität.
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Die erfindungsgemäß wesentliche Funktion des Gestrickeinsatzes ist die Laminarisierung der Strömung in den Volumenbereichen oberhalb bzw. unterhalb der Fritte, die letztendlich die Mischverzögerung bewirken.
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Das Gestrick besteht vorteilhafterweise aus Drahtmaterial, das beispielsweise strumpfartig gestrickt wurde und nachträglich in Form gepresst wurde. Der Strömungswiderstand des Gestricks ist isotrop, so dass die Rotationssymmetrie des Aufbaus nicht gestört wird.
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Als Materialien für das Gestrick kommen im Wesentlichen inerte Metalle in Frage wie z. B. Edelstahl oder Titan. Es sind allerdings auch Gestricke aus nichtmetallischem Fasermaterial, Mineralfaser oder Kunststofffaser einsetzbar.
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Es ist auch möglich, einen Einsatz aus einem ungestrickten Fasermaterial oder auch aus einem allgemein porösen Gewöll oder einem porösen Festkörpermaterial wie zum Beispiel Metallschaum zu verwenden. Erfindungsgemäß sollte der Einsatz so beschaffen sein, dass er einen geringeren Strömungswiderstand wie das verwendete Frittenmaterial darstellt, und dass der Strömungswiderstand vorzugsweise homogen und isotrop ist.
