DE2320741A1 - STATIC MIXING DEVICE - Google Patents
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Description
P. 4691P. 4691
Gebrüder Sulzer, AktiengesellschaftjWinterthur/SchweizSulzer Brothers, AktiengesellschaftjWinterthur / Switzerland
Statische MischeinrichtungStatic mixing device
Die Erfindung betrifft eine statische'Mischeinrichtung für fliessende Medien, mit mindestens einem von einem Mantelrohr umgebenen Einbauelement, das aus mehreren einander sich berührenden Lagen besteht, die je mehrere Strömungskangle aufweisen, die innerhalb einer jeden Lage mindestens gruppenweise im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und von Lage zu Lage gegeneinander geneigt sind, wobei die Strömungskanäle von benachbarten Lagen mindestens teilweise- gegeneinander geöffnet sind.The invention relates to a static mixer for flowing media, with at least one of a jacket pipe surrounding built-in element, which consists of several layers in contact with one another, each of which has several flow channels that are at least in groups within each layer extend essentially parallel to one another and are inclined to one another from position to position, the flow channels of adjacent layers are at least partially open to one another.
Unter fliessenden Medien sollen Flüssigkeiten, Gase bzw. Gasgemische, niedrig- oder hoohvisknee Medien sovie fliesefähige Festkörperteilchen verstanden werden. Die Einrichtung kann z.B. von im Gleichstrom laufenden zwei oder mehr Flüssigkeiten, von Gasen bzw. Gasgemischen, von einer Flüssigkeit und einem Gas oder einer Flüssigkeit und einem pulverisierten Feststoff durchsetzt werden. · 'Liquids, gases or gas mixtures, low- or hoohvisknee media as well as flowable Solid particles are understood. The device can, for example, from two or more liquids running in cocurrent, from Gases or gas mixtures, interspersed with a liquid and a gas or a liquid and a pulverized solid will. · '
Sine vorteilhafte Ausführungsform einer Mischeinrichtung kann darin bestehen, dass die Lagen des Einbauelementes aus geriffelten Lamellen bestehen, welche sich gegenseitig berührenAn advantageous embodiment of a mixing device can consist in that the layers of the built-in element consist of corrugated lamellas that touch each other
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und dass die Riffelungen von aufeinander folgenden und mindestens die Riffelung einer von aufeinander folgenden geriffelten Lamellen . im Winkel zur Längsachse der Mischeinrichtung - in Strömungsrichtung der Messenden Medien gesehen -.liegt. and that the corrugations of successive and at least the corrugation of one of successive corrugated lamellas . is at an angle to the longitudinal axis of the mixing device - viewed in the direction of flow of the measuring media.
Eine andere ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform kann derart ausgebildet sein, dass die einzelnen Lagen eines Einbaueleraentes aus ebenen Flächenelementen gebildet sind, mit "welchen unter einem Winkel geneigte flächenartige Leitelemente verbunden sind, so dass die einzelnen Strömungskanäle einerseits von den ebenen Flächenelementen und andererseits von je zwei parallelen benachbarten Leitelementen begrenzt"sind. Beispielsweise können die Leitelemente auf einer Lage fischgratartig verlaufen. . ;Another likewise advantageous embodiment can be designed in such a way that the individual layers of a built-in element are formed from flat surface elements, with "which under a Angle inclined planar guide elements are connected, so that the individual flow channels on the one hand from the flat Surface elements and on the other hand are bounded by two parallel adjacent guide elements ". For example, the Guide elements run like a herringbone on a layer. . ;
Bei relativ grossen Durchmessern der Mantelrohre von beispielsweise 1 m und mehr, wobei die Mantelrohre sowohl kreiszylindrisch als auch prismenartig, z.B. mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein können, nimmt die Anzahl der Berührungsstellen bzw. Kreuzungsstellen der Strömungskanäle von benachbarten Laeen erheb! i cJn 7.11. ι in ten* ft&r Voraussetzung 5 dass die einzelnen Lagen Strömungskanäle aufweisen, deren Abmessungen identisch mit denjenigen für Mischeinrichtungen von kleineren Durchmessern sind.With relatively large diameters of the casing pipes of, for example, 1 m and more, the casing pipes being both circular-cylindrical and prism-like, for example with a square or rectangular cross-section, the number of points of contact or crossing points of the flow channels of neighboring Laeen increases! i cJn 7.11. ι in ten * ft & r requirement 5 that the individual layers have flow channels whose dimensions are identical to those for mixing devices of smaller diameters.
Nun ist es aber aus fabrikatorischen und damit wirtschaftlichen Ueberlegungen heraus erxiriinscht, für Mischeinrichtungen von verschiedenen Durchmessern jeweils identisch ausgebildete Lagen beispielsweise hinsichtlich Riffelhöhe und ^iffelbreite zu verwenden.But now it is from a manufacturing and therefore economic point of view Considerations out, for mixing devices of different To use diameters of identical layers, for example with regard to the corrugation height and width of the corrugation.
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Da üblicherweise das eine fliessende Medium, beispielsweise Abwasser den gesamten, leeren Rohrquerschnitt vor seinem Eintritt in das Einbauelement ausfüllt, während z.B. bei einer ph-Regelung eine Säure oder eine Lauge im Zentrum des Rohres auf das Einbauelement dosiert aufgegeben wird, entstehen in den Rahdzonen der Mischeinrichtung insbesondere bei einem grossen Rohrdurchmesser an dem.einen Medium stark verarmte Kanäle. D.h. aufgrund der sich an den Kreuzungsstellen von benachbarten Strömungskanälen aufteilenden Medienströme tritt von den Randzonen zur Mittelzone der Mischeinrichtung hin zwischen den beiden Medien ein unter Umständen erhebliches Konzentrationsgefälle auf. Die Randzonen der Mischeinrichtung wurden im angegebenen Anwendungsfall praktisch nur Abwasser führen, so dass diese Randzonen am Mischvorgang nicht teilnehmen. Since usually the one flowing medium, for example Wastewater fills the entire empty pipe cross-section before it enters the built-in element, while e.g. in the case of a pH control an acid or a lye in the center of the pipe is dosed on the built-in element, arise in the Rahdzones of the mixing device in particular in a large pipe diameter on which a medium was severely depleted Channels. I.e. due to the crossing points of neighboring Media flows dividing flow channels emerges from the edge zones to the middle zone of the mixing device There may be a considerable concentration difference between the two media. The edge zones of the mixing device were practically only wastewater in the specified application lead so that these edge zones do not participate in the mixing process.
Ein anderer Anwendungsfall kann darin bestehen, dass auf dem Gebiet der Klimatechnik warme und kalte Luft in einer von einem Mantelrohr gebildeten Kammer gemischt werden soll. In diesem Fall LreLen die zu mischenden Luftströme nämlich üblicherweise in zwei Schichten in. das Einbauelement ein, und es entstehen die gleichen Probleme wie bei dem erstgenannten Anwendungsfall.'Another application can be that in the field of air conditioning, warm and cold air in one of one Jacketed tube formed chamber is to be mixed. In this case, the air flows to be mixed are usually LreLen into the built-in element in two layers, and the same problems arise as in the case of the first-mentioned application.
Die Erfindung hat sich die Anwendung von identisch ausgebildeten Lagen bezüglich der Abmessungen der Strömungskanäle unabhängig vom Durchmesser des Mantelrohres und zwar insbesondere für. grosse Mantelrohrdurchmesser von etwa 1 m und mehr zum Ziel gesetzt, um eine gleichmässige Verteilung der fliessenden MedienThe invention has independent of the use of identically designed layers with regard to the dimensions of the flow channels on the diameter of the jacket pipe and in particular for. large jacket pipe diameters of about 1 m and more to the target set to ensure an even distribution of the flowing media
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an der Austrittsseite einer dar der Grobve^iaischung dienenden Mischeinrichtung zu erreichen.on the outlet side of a mixing device which is used for coarse mixing to reach.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass vor der Eintrittsseite der fliessenden Medien in die Strömungskanäle eine der Grobvermischung der Medien dienende Mischeinrichtung angeordnet ist, bei welcher Lagen angeordnet sind, die geneigte und mindestens teilweise sich gegeneinander öffnende Strömungskanäle aufweisen, wobei Randzonen benachbarter Lagen in Bezug auf die Innenwand des Mantelrohres mindestens teilweise gegeneinander geöffnet sind, während in der Mittelzone die Strömungskanale benachbarter Lagen gegeneinander verschlossen sind. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass jeweils ein plattenartiges Zwischenelement zwischen zwei benachbarten Lagen angeordnet ist, welches die gegenseitige Verbindung von Strömungskanälen benachbarter Lagen in der Mittelzone sperrtThis object is achieved according to the invention in that before the Entry side of the flowing media in the flow channels one of the Mixing device serving coarse mixing of the media is arranged, in which layers are arranged which have inclined and at least partially mutually opening flow channels, wherein Edge zones of adjacent layers with respect to the inner wall of the jacket tube are at least partially open to one another, while in the middle zone, the flow channels of adjacent layers against each other are locked. There is an advantageous embodiment of the invention in that in each case a plate-like intermediate element is arranged between two adjacent layers, which is the mutual connection blocks of flow channels of adjacent layers in the central zone
Vorteilhaft können die Zwischenelemente aus Rechtecken von der gleichen Breite wie diejenige der. jeweils zugeordneten benachbarten Lage sein und polygonzugartige Aussparungen an der dem Mantelrohr zugewendeten Seite aufweisen, wobei an gegenüberliegenden Seiten der Randzonen jeweils das Zwischenelement an mindestens zwei Ecken innerhalb des Mantelrohres sich zentriert. Die Zwischenelemente können beispielsweise in den Randzonen dreieckige Aussparungen aufweisen und z.B. aus Blech oder Kunststoff bestehen.Advantageously, the intermediate elements can consist of rectangles of the same Width like that of the. be respectively associated adjacent layer and polygonal cutouts on the one facing the jacket tube Have side, on opposite sides of the edge zones in each case the intermediate element at at least two corners within the Jacket pipe centered. The intermediate elements can, for example have triangular recesses in the edge zones and are made of sheet metal or plastic, for example.
Es ist auch möglich, die Zwischenelemente als Rechtecke auszubilden mit einer geringeren Breite als diejenige der zugeordneten benachbarten Lage, wobei sich die Zwischenelemente im Mantelrohr beispielsweise mit Hilfe von Stegen zentrieren.It is also possible to design the intermediate elements as rectangles with a width smaller than that of the associated neighboring ones Location, with the intermediate elements in the jacket tube, for example center with the help of bars.
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Die der Grobvermischung dienende Mischeinrichtung kann als separates Einbauelement ausgebildet sein. Im Falle eine weitere Feinvermischung erwünscht ist, kann sich direkt an die erstgenannte Mischeinrichtung eine weitere Mischeinrichtung anschliessen, bei welcher die Lagen durchweg gegeneinander mindestens teilweise geöffnet sind. Hierbei kann das anschliessende obere Einbauelement gegenüber der Einrichtung für die Grobvermischung zweckmässig um einen Winkel von 90° versetzt angeordnet sein.The mixing device used for coarse mixing can be designed as a separate built-in element. In the case of another Fine mixing is desired, a further mixing device can be connected directly to the first-mentioned mixing device, in which the layers are consistently at least partially open to one another. Here the subsequent Upper built-in element opposite the device for the coarse mixing expediently arranged offset by an angle of 90 ° be.
Es ist jedoch auch möglich, dass die obere Mischeinrichtung und die der Grobvermischung dienende Einrichtung als ein einheitliches Bauelement ausgebildet ist, derart, dass die sich berührenden Lagen als durchgehende Flächenelemente ausgeführt sind, und nur in ihrem unteren Teil jeweils zwischen zwei sich berührenden Lagen ein Zwischenelement angeordnet ist.However, it is also possible that the upper mixing device and the device serving the coarse mixing as a single unit Component is designed such that the touching layers are designed as continuous surface elements, and only an intermediate element is arranged in its lower part between two contacting layers.
Durch die Erfindung wird ein für die Mischung ungünstiges Konzentrationsgefälle der fliessenden Medien von den Randzonen zur Mittelzone hin auch bei grossen Mantelrohrdurchmessern vermieden und erreicht, dass die aus der für die Grobvermischung dienende Einrichtung austretenden Medien in die der Feinverteilung dienende Mischeinrichtung in einer gleichmässigen Verteilung über den Rohrquerschnitt einströmen. Die Feinverteilung der Medien kann in besonders günstigen Fällen im an das Einbauelement anschliessenden leeren Rohr aufgrund von TurbulenzenThe invention creates a concentration gradient of the flowing media from the edge zones that is unfavorable for the mixture towards the middle zone, even with large jacket pipe diameters, and achieves that from the for coarse mixing Media exiting from the device serving in the mixing device serving for fine distribution in an even distribution Flow in through the pipe cross-section. The fine distribution the media can in particularly favorable cases in the empty pipe adjoining the built-in element due to turbulence
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und Diffusion erfolgen.and diffusion take place.
Die1 Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsberiqpieles näher erläutert.The 1 invention is explained below on the basis of a Ausführungsberiqpieles detail.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Teil einer Mischkammer 1 für Warm- und Kaltluft mit einem Einbauelement 2 für die Grobvermischung der Warm- und Kaltluft und ein an dieses Einbauelement anschiiessendes gegenüber dem letzteren um 90° versetztes Einbauelement 3 für die Feinvermischung der beiden Warm- und Kaltluft ströme. ■Fig. 1 shows a schematic representation of part of a mixing chamber 1 for warm and cold air with an installation element 2 for the coarse mixing of the warm and cold air and one adjoining this built-in element compared to the latter Installation element 3 offset by 90 ° for fine mixing of the two hot and cold air flows. ■
Bei der dargestellten Mischeinrichtung sind beide Einbauelemente ■ aus einer Mehrzahl von geriffelten Lagen 2a, 2b usw. bzw. 3a, 3b usw.gebildet. Die Riffelberge sind mit 2f,2!1 usw. bzw. 3*,3'· usw. bezeichnet.In the mixing device shown, both built-in elements ■ are formed from a plurality of corrugated layers 2a, 2b etc. or 3a, 3b etc., respectively. The ridges are marked with 2 f , 2 ! 1 etc. or 3 *, 3 '· etc.
Im Einbauelement 2 ist jeweils zwischen zwei benachbarten Lagen ein plattenförmiges, ungefiffeltes Zwischenelement 4 eingeschoben, welches in den Handzonen dreieckförmige Aussparungen 4a und 4b aufweist,' wobei die gegenüberliegenden Ecken der Dreiecke in nicht im Detail dargestellter Weise, in der Kammer 1 zentriert sind. Die Aussparungen 4a und 4b sind so ausgebildet, dass sämtliche am Mantelrohr 1 endenden Strömungskanäle gegeneinander geöffnet sind. Somit wird die Bildung von sogenannten "Totkanälen" in Bezug auf den Durchfluss vermieden.In the installation element 2, a plate-shaped, non-fluted intermediate element 4 is inserted between two adjacent layers, which has triangular recesses 4a and 4b in the hand zones, ' the opposite corners of the triangles being centered in the chamber 1 in a manner not shown in detail. The recesses 4a and 4b are designed in such a way that all of the flow channels ending at the jacket tube 1 are open to one another. Thus, the formation of so-called "dead channels" with respect to avoided the flow.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Strömungskanäle benachbarter" Lagen durch das Zwischenelement 4 in der Mittel- ' zone gegeneinander geschlossen und nur in den dreieckförmigen Aussparungen gegeneinander geöffnet.As can be seen from the drawing, the flow channels are adjacent "layers are closed against each other by the intermediate element 4 in the central zone and only in the triangular Openings against each other.
Hierdurch wird eine Grobvermischung der in das Einbauelement 2 eingeleiteten Kaltluftschicht L^ "und der Warmluftschicht L·^ erreicht, so dass die Warm- und Kaltluft in das der Feinveraiischung dienende Einbauelement 3 in einer relativ gleichmässigen Verteilung über den gesamten Querschnitt der Kammer 1 eintritt. Im Einbauelement 3 werden weitere Konzentrationsunterschiede ausgeglichen, und es findet eine ausgezeichnete Vermischung über den gesamten Querschnitt der Kammer statt, so dass die in einen zu klimatisierenden, nicht dargestellten Raum einströmende Luft L, eine einheitliche Temperatur aufweist.This results in a coarse mixing of the in the built-in element 2 introduced cold air layer L ^ "and the warm air layer L · ^ reached, so that the warm and cold air in that of the fine mixture Serving installation element 3 occurs in a relatively even distribution over the entire cross section of the chamber 1. Further differences in concentration are compensated for in the built-in element 3, and there is excellent mixing the entire cross-section of the chamber instead, so that the air L flowing into a room to be air-conditioned, not shown, has a uniform temperature.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem der Grobvermischung dienenden Einbauelement 2 in persp ektifischer Ansicht. Die übereinstimmenden Elemente sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Fig. 2 shows a section from one of the coarse mixing serving installation element 2 in perspective view. The corresponding elements are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1.
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