DE19700462C2 - Statischer Mischer - Google Patents

Description

Statischer Mischer

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Mischer geht aus der CH 581 493 hervor. Dort zeigt Fig. 4 einen statischen Mischer mit einem Rohr, dessen Strömungsquerschnitt in einem bestimmten Bereich in Strömungsrichtung vom vollen Querschnitt ausgehend sich verengt und sich danach wieder auf den vollen Querschnitt erweitert. In diesem Bereich ist auch eine Knickstelle vorgesehen, die als Abrißkante zur Entstehung turbulenter Strömungswirbel dient. Die Verengung erfolgt bei dieser Vorrichtung nicht allmählich, sondern im Anfangsbereich sprunghaft, so daß die Gefahr besteht, daß sich insbesondere faseriges Material im Anfangsbereich absetzen kann. Ferner ist dort auch die Knickstelle in einer Ebene senkrecht zur Achse des Strömungskanals angeordnet.

Die weiteren bekannten Statikmischer, wie beispielsweise in den Patentschriften EP 00 71 454 A1, EP 02 26 879 A1, DE 26 15 472 A1, DE 30 43 239 A1 oder DE 81 11 444 U1 beschrieben, sind so gestaltet, daß in einem Mantelrohr Stege, Bleche, Platten oder andere Einbauten befestigt sind, die durch Umlenkungen im strömenden Medium den Mischeffekt bewirken. Mischvorrichtungen mit zur Strömungsachse symmetrischen Einbauten beschreibt die US 55 18 311, die DE 80 18 472 U1, und mit variierbarer Blendenöffnung die DE 40 25 181 C2 und die WO 96/27 431 A1. Außerdem hat die Vorrichtung nach der DE 80 18 472 U1 in ihrem Inneren noch eine poröse Füllung.

In der Wasser- und Abwasserbehandlung, in der Lebensmittelindustrie und bei chemisch­ technischen Industrieanwendungen gibt es allerdings Probleme, wenn es beispielsweise beim Betrieb mit Fasern enthaltenden Medien (Klärschlamm, Zellstoff, ...) im Mischer zu Verstopfungen kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Anwendungen der beschriebenen Art eine Mischzone zu schaffen, die möglichst wenig Druckverlust aufweist und ohne den zusätzlichen Einbau von Umlenkblechen oder ähnlichen Einbauten auskommt, indem der Mischeffekt durch geeignete Formgebung des Strömungskanals herbeigeführt wird. Die glatte Innenfläche des Strömungskanals soll erhalten bleiben und es soll keine gegen die Strömungsrichtung weisenden Kanten geben, an denen Fasern anhaften und so zur Verstopfung führen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Patentanspruch 1 beschreibt einen statischen Mischer. Der Strömungsquerschnitt des Rohres, des Rechteckkanals, der Rinne oder dergleichen wird allmählich verengt und an einer als Abrißkante zur Ablösung turbulenter Strömungswirbel geeigneten Knickstelle wieder auf den vollen Querschnitt erweitert. Im Gegensatz zu den bekannten statischen Mischern wird dabei im Bereich der Deformationsstelle gezielt ein zur Hauptströmungsachse unsymmetrischer Strömungsquerschnitt erzeugt. Die besagte Verengung und Erweiterung des Strömungsquerschnitts erfolgt allmählich, und zwar so, daß bei einer waagrechten Anordnung des Strömungskanals und einer im wesentlichen waagrecht verlaufenden Knickstelle eine lotrechte Ebene, welche die Knickstelle enthält, mit einer Ebene senkrecht zur Achse des Strömungskanals einen Winkel von mindestens 7° und nicht mehr als 45° bildet. Dies bewirkt neben der Ablösung von Turbulenzwirbeln auch ein Hinterströmen der Abrißkante und somit zusätzliche Quervermischung.

Eine besonders günstige Ausführungsfarm wird erreicht, wenn die Knickstelle durch Deformation der Wandung des Strömungskanals erzeugt wird. Deformationen dieser Art lassen sich bei thermoplastischen Kunststoffen sehr einfach herbeiführen, sind aber auch bei metallischen Werkstoffen herstellbar. Eine Verengung der in Anspruch 1 beschriebenen Art läßt sich aber auch durch ein Einbauteil in das Rohr erzeugen. Durch Hintereinanderschaltung mehrerer solcher Deformationen, die am Umfang verteilt angeordnet sind, wird die durch Kombination von Wirbelbildung und Hinterströmen der Abrißkante bewirkte Durchmischung der Medien verstärkt.

Für Anwendungen unter erhöhtem Druck, für den die mechanische Festigkeit in den durch die Deformation geschwächten Wandbereichen nicht ausreicht, kann die Mischvorrichtung auch in einer drucktragenden Umhüllung angeordnet sein, wobei entweder entsprechend Anspruch 6 der Zwischenraum mit Stützmaterial gefüllt ist, oder gemäß Anspruch 5 in der Wandung des statischen Mischers Öffnungen angebracht sind, die Druckunterschiede zwischen Strömungsraum und Zwischenraum ausgleichen.

Der statische Mischer läßt sich besonders vorteilhaft auch nach einer Impfstelle anordnen, das heißt nach einer Stelle, bei der ein Additiv einem Hauptstrom zugegeben wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen statischen Mischer mit einer Knickstelle.

Fig. 2 zeigt einen statischen Mischer mit mehreren Knickstellen.

Fig. 3 beschreibt einen statischen Mischer in einer drucktragenden Umhüllung.

Die Verengung des Strömungskanals ist bei Fig. 1 durch Deformation der Wandung erhalten worden. Wie an der Figur erkennbar, vollzieht sich die Verengung vor der Knickstelle 1 allmählich. Nach der Knickstelle vollzieht sich die Erweiterung ebenfalls allmählich, weil die Knickstelle den senkrecht zur Achse angeordneten Strömungsquerschnitt durchläuft. Links in Fig. 1 ist ein runder und rechts ein rechteckiger Strömungsquerschnitt dargestellt.

Die Knickstellen in Fig. 2 sind am Umfang verteilt und hintereinander angeordnet.

Wie Fig. 3 zeigt, ist der statische Mischer 31 mit einer drucktragenden Umhüllung 33 umgeben. Die Deformation bewirkt, daß die Wandung 32 nach der Knickstelle dünner ist, als die Rohrwandung. Bei hohem Innendruck kann das Rohr an dieser Stelle möglicherweise dem Druck nicht mehr standhalten. Deshalb ist eine drucktragende Umhüllung vorzusehen. Ersatzweise können an dieser Stelle 32 aber auch Verstärkungen vorgesehen werden.

Claims (7)

1. Statischer Mischer zum Vermischen fluider Medien mit einem geschlossenen oder oben offenen Strömungskanal, dessen Strömungsquerschnitt in einem bestimmten Bereich in Strömungsrichtung vom vollen Querschnitt ausgehend sich verengt und sich wieder auf den vollen Querschnitt erweitert, und mit einer Knickstelle in diesem Bereich, wobei die Knickstelle als Abrißkante zur Entstehung turbulenter Strömungswirbel dient, dadurch gekennzeichnet, daß sich in diesem bestimmten Bereich die Verengung und Erweiterung des Strömungsquerschnitts allmählich vollzieht, und daß bei einer waagrechten Anordnung des Strömungskanals und einer im wesentlichen waagrecht verlaufenden Knickstelle eine lotrechte Ebene, welche die Knickstelle enthält, mit einer Ebene senkrecht zur Achse des Strömungskanals einen Winkel von mindestens 7° und nicht mehr als 45° bildet.

2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickstelle durch Deformation der Wandung des Strömungskanals erzeugt wird.

3. Statischer Mischer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Knickstellen hintereinander und am Umfang verteilt angeordnet sind.

4. Statischer Mischer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal in einer drucktragenden Umhüllung angeordnet ist.

5. Statischer Mischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter der Knickstelle in dem sich erweiternden Bereich der Wandung mindestens eine Druckentlastungsöffnung vorgesehen ist.

6. Statischer Mischer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der durch plastische Deformation bedingten Verschwächung besagter Wandung (32) der freie Raum zwischen Wandung und Umhüllung mit Stützstoffen (z. B. Hartschaum) gefüllt ist.

7. Statischer Mischer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch plastische Deformation bedingte Verschwächung der Wandstärke durch eine von außen aufgesetzte Verstärkung kompensiert wird.