DE2328795A1 - Vorrichtung zum statischen mischen von stroemenden medien - Google Patents

Vorrichtung zum statischen mischen von stroemenden medien

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • B01F25/43161—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod composed of consecutive sections of flat pieces of material

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Description

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Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen
509 Leverkusen, Bayerwerk Mr/Gr
Vorrichtung zum statischen Mischen von strömenden Medien
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum statischen Mischen von strömenden Medien^ bestehend aus einem Rohr beliebigen, vorzugsweise runden Querschnitts mit Mischeinsätzen.
Neben den in vielerlei Varianten bekannten RUhrwerksmisehern setzen sich in letzter Zeit die sog. statischen Mischer immer mehr durch. Ihr Vorteil ist, daß sie keine beweglichen Teile besitzen und deshalb keine Antriebselemente benötigen. Sie eignen sich insbesondere für kontinuierlich arbeitende Anlagen^ in denen sie als Durchlaufmischer fungieren. Ein bekannter Mischer dieser Art besteht aus einem Rohr, in dem blattartig gekrümmte Elemente angeordnet sind, die das strömende Medium abwechselnd nach rechts und links umlenken. Die blattartigen Elemente sind dabei zueinander winkelversetzt angeordnet. Dadurch wird ein sehr guter Mischeffekt bei geringstem Druckverlust erreicht. Von Nachteil ist bei diesem Mischer allerdings die große Baulänge. Aus diesem Grunde ist der Mischer nicht überall einsetzbar.
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Eine andere Mischvorrichtung besteht aus einander sich berührenden,Strömungskanäle bildenden Lagen paralleler, schräg gezahnter Bleche, wobei die Längsachsen der Strömungskanäle von benachbarten Lagen gegeneinander geneigt sind. Diese Mischvorrichtung hat zwar eine kleine Baulänge, aber einen hohen Druckverlust.
Schließlich ist noch eine Mischvorrichtung bekannt, die aus mehreren, konzentrisch um einen Kern angeordnete Etagen besteht, wobei jede Etage zueinander parallele, wendelförmig verlaufende Stege aufweist, und die Stege der aneinander anliegenden Etagen kreuzweise zueinander verlaufen, so daß die gebildeten Kanäle an den Kreuzungsstellen zueinander offen sind. An diesen Kreuzungsstellen findet ein teilweiser Übergang des Materials von einem Kanal in den anderen statt. Dadurch wird ein guter Mischeffekt erreicht. Der Druckverlust dieser Vorrichtung ist relativ hoch. Zum anderen ist der Mischkörper um die Achse des Gehäuses drehbar gelagert.
Es sind also auf der einen Seite statische Mischer bekannt, die einen geringen Druckverlust, aber eine große Baulänge aufweisen; bei den anderen Ausführungsformen ist zwar die Baulänge gering, aber der Druckverlust unerwünscht hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum statischen Mischen von strömenden Medien, wie Gasen oder Flüssigkeiten oder höherviskosen Stoffen, zu schaffen, die bei geringer Baulänge einen nicht zu hohen Druckverlust aufweisen und trotzdem eine gute Homogenisierung gewährleisten. Außerdem soll die Vorrichtung
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bzw. die Mischelemente einfach herstellbar sein. In an sich bekannter Weise soll die Vorrichtung auch zur Durchführung chemischer oder physikalischer Reaktionen verwendbar sein, bei denen ein Mischeffekt Voraussetzung ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Rohr mindestens ein Mischeinsatz in Form eines Stege und Schlitze aufweisenden Plattenpaares angeordnet ist; in dem jeweils die Stege der einen Platte durch die Schlitze der anderen Platte kreuzend hindurchreichen; und daß die Platten zueinander und zur Achse des Rohres geneigt angeordnet sind.
Der ankommende Gubstrom wird durch die Stege infolge der Schrägstellung der Platten zeitlich und örtlich versetzt in Teilströme aufgespalten, die Kreuzungslinie der Platten unterteilt nochmals die Teilströme. An der Rückseite der Stege existiert ein Strömungsgradient in Querrichtung, der einen guten Austausch der Teilströme bewirkt. Da die Aufteilung der Teilströme zeitlich und örtlich versetzt erfolgt, entsteht auch eine Homogenisierung in Strömungsrichtung, die gleichzeitig von radialen Strömungskomponenten überlagert ist. Jenseits der Kreuzungslinie der Plattenpaare erfolgt eine erneute Aufteilung in Teilströme, diesmal in umgekehrter Reihenfolge zeitlich lamd örtlich versetzt. Die erzielbare Quervermischung ermöglicht eine gute Annäherung an das Profil der sog. Pfropfenströmung, so daß ein für
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viele Reaktionen günstiges enges "Verweilzeitspektrum erreicht werden kann. Die Neigung der Platten zur Anströmrichtung bzw. zur Rohrwandung kann auch mehr dimensional sein. Dadurch werden weitere Mischeffekte bewirkt .
Nach einer besonderen Ausführungsform weist der Mischeinsatz mehrere Plattenpaare auf, wobei die Platten jeweils in zwei Reihen angeordnet sind, indem die Stege mindestens zweier Platten der einen Reihe jeweils durch die Schlitze mindestens einer Platte der anderen Reihe reichen.
Auf diese Weise werden mehrere Kreuzungslinien erzeugt, an denen eine weitere Aufteilung der Teilströme erfolgt.
Vorzugsweise sind die Platten jeder Reihe parallel zueinander angeordnet. Diese Maßnahme verschlechtert den den Mischeffekt nicht, ermöglicht aber eine rationelle Herstellung der Platten.
Nach einer besonders günstigen Ausführungsform sind mehrere Mischeinsätze vorgesehen und die Stege der Plattenpaare der Mischeinsätze sind zueinander winkelversetzt. Die Winkelversetzung beträgt beispielsweise 90° . Wählt man eJLne WinkelverSetzung von 90°, so ergibt sich eine besonders kurze Baulänge, weil dann die Platten der Plattenpaare bzw. die Platten der äußeren Plattenpaare benachbarter Mischeinsätze ziemlich weit in die Lücken zwischen den Plattenpaaren des benachbarten Einsatzes hineingeschoben werden können, Die Winkelversetzung der aneinander gereihten Misch-
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einsätze führt zur räumlichen Aufteilung der durch die •Stege verursachten Teilströme, Bei dieser Ausführungsform ergeben sich schon beim Hintereinanderschal ten von nur wenigen Mischeinsätzen hohe Mischeffekte .ifech weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungs- ^emäßen Vorrichtung verjüngen sich die Stege der Platten konisch oder absatzweise. Entsprechend ändert sich die Breite der Schlitze, wodurch eine Steigerung der Längsvermischung hervorgerufen werden kann. Insbesondere in Verbindung mit winkelversetzten Mischeinsätzen entstehen hierbei radiale Strömungskomponenten, die weitere Mischeffekte versuchen.
Vorzugsweise sind die Platten kammartig gestaltet und weisen eüLiptische Umfangsformen auf. Diese Gestaltung ermöglicht ein rationelles Herstellungsverfahren, indem insbesondere für Mischeinsätze für Rohre kleineren Durchmessers die Schlitze in ein Rundprofil eingefräst werden können und dann die Platten von diesem mit Schlitzen versehenem iRundprofil schräg abgesägt werden . Bs entstehen dabei die erwünschten Platten von elliptischer Umfangsform» Vorzugsweise ist dabei der Schneidwinkel so zu wählen, daß .er mit dem Ifinkel übereinstimmt, den die in das Rohr eingebaute Platte mit der Wandung des Rohres einschließt. In diesem Falle liegt nämlich die Umfangsfläche der Platte voll an der Rohrwandung an, wenn der Außendurchmesser des gewählten Rundprofils mit dem Innendurchmesser des Rohres übereinstimmt. Möchte man besonders dünne Platten herstellen, so lassen sich diese in vorteilhafter Weise aus Blechen ausstanzen. Es versteht sich, daß sich auch andere Herstellungsverfahren zur Herstellung der Mischeinsätze eignen,
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wie beispielsweise geschweißte Konstruktionen für Mischeinsätze größerer Abmessungen. Die Platten können beispielsweise auch derart aufgebaut sein, daß die Stege an einem geschlossenen Ring befestigt sind. Die Stege und Schlitze sind vorzugsweise parallel zur Hauptachse der Platten ausgerichtet. Dies bedeutet einen weiteren Vorteil hinsichtlich der Herstellung. ;
Zur Erhöhung des Mischeffektes ist es jedoch gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Vorteil, daß die Stege und Schlitze geneigt zur Hauptachse der Platte ausgerichtet sind. Dadurch werden weitere Mischeffekte erzielt.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann es auch von Vorteil sein, daß die S-^ege und Schlitze der Platte auf einen Fluchtpunkt ausgerichtet sind. Insbesondere bei der Verwendung von mehreren zueinander winkelversetzten Mischeinsätzen ergeben sich hier weitere Mischeffekte, weil die Teilströme andere Formen aufweisen als bei parallelen Stegen und Schlitzen. Um die Stege der einen Platte in die Schlitze der anderen schieben zu können, bedarf es hierbei jedoch einer gewissen Elarstizität der Stege. Auch die Verwendung von gekrümmten Platten verursacht weitere Mischwirkungen.
Nach einer besonderen Ausführungsform weisen die Stege ein besonderes Querschnitssprofil, beispielsweise Dreiecksform, Tropfenform, Ellipsenform, auf. Wenn z. B. eine Kante bei Dreiecksprofil unter einem Winkel, entgegen oder auch in Strömungsrichtung weist, treten besondere ütrömungseffekte auf, die insbesondere eine gute Quervermischung verursachen.
Möchte man die Strömungsgescnwindigkeit des strömenden Mediums von der Rohrmitte zur Wand hin variieren, so ist es vorteilhaft, wenn die Stege oder die Schlitze der Platten unterschiedliche Breite aufweisen. Je nach
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dem, ob innen oder außen die Schlitze breiter oder enger sind, wird die Strömung zur Mitte oder nach außen hin verlagert.
Die verschiedenen möglichen Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung bieten dem Konstrukteur einen weiten Spielraum, die Vorrichtung dem jeweiligen Zweck entsprechend zu optimieren. Insbesondere lassen sich die Mischeinsätze aus verschieden gestalteten Platten aufbauen oder verschieden gestaltete Mischeinsätze mit gleichartigen Platten lassen sich hintereinander in entsprechend günstiger Reihenfolge anordnen. Auf diese Waise ist es möglich, die Mischeinsätze bzw. die Platten speziell auf die Strömungsgeschwindigkeit, die Viskosität, bei Reaktionen auf die Verweilzeit in entsprechenden Abschnitten usw. abzustimmen. Das Rohr und gegebenenfalls auch die Mischeinsätze können beheizbar oder kühlbar sein.
In einer Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
in der Seitenansicht mit geschnittenem Rohr und einem Mischeinsatz,
Figur 2 das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1
mit geschnittenem Rohr in der Draufsicht,
Figuren 3 bis 13 verschiedene Ausführungsbeispiele der
Platten für die Mischeinsätze,
Figuren 14 bis 18 verschiedenene Ausführungsbeispiele der
Vorrichtung mit unterschiedlichen Anordnungsbeispielsi der Mischeinsätze bzw. Platten und
Figur 19 das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 14
jedoch als Rohrkrümmer.
In allen Figuren sind für gleiche Teile die gleichen Einerzahlen verwendet worden, denen die Figurenzahl vorangesetzt ist. Lediglich in Figur 2 sind die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 benutzt worden.
In Figur 1 und 2 besteht die Vorrichtung aus einem Rohr 11, in dem ein Mischeinsatz 12 eingebaut ist. Dieser besteht aus zwei Platten 13 und 13'. Sie sind kammartige ausgebildet und weisen Stege 14, 14' und Schlitze 15,. 15' auf. Die beiden Platten 13 und 13' sind derart ineinander gesteckt, daß die Schlitze 14 der Platte 13 durch die Schlitze 15' der Platte 13' hindurchreichen. Auf diese Weise schließen die Platten 13 und 13' einen Winkel miteinander ein und sind auch beide schräg zur Anströmrichtung angestellt. Sie haben elliptische Umfangsformen und liegen deshalb mit ihrem Rand überall innen an dem Rohr 11 an.
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In Figur 3 haben die Platten 33 und 33' parallel zu den Hauptachsen angeordnete Stege 34, 34,'. Die Schlitze 35, 35 · sind in gleicher Weise parallel zu den Hauptachsen angeordnet. Ihre Breite stimmt mit der Breite der Stege 34, 34' überein.
In Figur 4 weisen die Platten 43, 43' parallele, jedoch schräg zu den Hauptachsen angeordnete Stege 44, 44' und Schlitze 45, 45 · auf.
Die Platten 53, 53 ' gemäß Figur 5 sind mit konischen Stegen 54, 54' und entsprechend umgekehrt konischen Schlitzen 55, 55' versehen»
Figur 6 zeigt Platten 63» 63% bei denen sich die Stege 64, 64 ! absatzweise verjüngen. Umgekehrt hierzu sind die Schlitze 65, 65' entsprechend absatzweise enger.
In Figur 7 sind die Platten 73, 73' mit Stegen 74, 74* und Schlitzen 75, 75 'versehen, die für jede Platte 73, 73' zu einem gemeinsamen Fluchtpunkt F gerichtet sind.
Figur 8 zeigt flächenartig gekrümmte Platten 83, 83' in der Seitenansicht. Sie können selbstverständlich auch räumlich gekrümmt sein.
Figur 9 zeigt doppelt gekrümmte Platten 93, 93 ! in der Seitenansicht.
Die Figuren 10 und 11 zeigen zwei Plattenpaare 103, 1031 bzw. 113, 113 ' in Stirnansicht senkrecht auf die Spitzen der Stege 104, 104 ' bzw. 114, 114 '. Die Stege 104, 104'
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114, 114' weisen einen dreieckigen Querschnitt auf. Die Figuren 10 und 11 zeigen nur einige unterschiedliche Ausführungsmöglichkeiten der Stege.
In Figur 12 zeigen die Platten 123, 123' in der Plattenmitte breite Stege 124, 124' und ebenfalls breite Schlitze 125, 125', während die äußeren Stege 124, 124' und die äußeren Schlitze 125, 125' schmäler sind.
Bei den Platten 133, 133 ' gemäß Figur 13 sind die Stege 134, 134' breiter als die Schlitze 135, 135'. Deshalb weisen die Stege 134 der Platte 133 Nuten 136 auf, in die die Stege 134 ' der Platte 133 mit ihren Rändern einschiebbar sind. Die Nuten 136 sind unter dem Winkel geführt, den die beiden Platten 133, 133' miteinander einschließen sollen.
In Figur 14 sind im Rohr 141 mehrere Mischeinsätze 142 jeweils um 90° versetzt hintereinander angeordnet. Die Ausführungsform der einzelnen Mischeinsätze entspricht derjenigen gemäß Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2.
In Figur 15 sind im Rohr 151 Mischeinsätze 152 angeordnet. Jeder Mischeinsatz besteht aus fünf Paar Platten 153, 153'. Die Mischeinsätze 152 sind um 90° winkelversetzt. Die Platten 153, 153 ' besitzen die Ausführungsform nach Figur 3.
Die im Rohr 161 gemäß Figur 16 angeordneten Mischeinsätz:e 162 sind in der gleichen Weise aufgebaut, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 15; jedoch haben hier Platten 163, 163 ' gemäß Ausführung nach Figur 4
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Anwendung gefunden.
Figur 17 zeigt ein Rohr 171 mit Mischeinsätzen 172, die ineinander übergehen, indem die Platten 173S 1731 jeweils durch mehrere kreuzende Platten hindurchreichen. Es sind jeweils zwei Platten 173, 173' in engem Abstand parallel angeordnet', während die nächst folgenden beiden Platten in etwa doppeltem Abstand angeordnet sind.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 18 sind im Rohr 181 Mischeinsätze 182 vorgesehen, deren Platten 183, 1831 ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 17 auch die Platten der benachbarten Mischeinsätze 182 durchkreuzen, so daß der einzelne Mischeinsatz nicht exakt definierbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist darauf Wert gelegt, daß die Kreuzungslinien außerhalb der Mittelachse des Rohres 181 liegen.
Figur 19 zeigt ein Rohr 191 mit einem Krümmer I96'. Die Anordnung und der Aufbau der Mischeinsätze 192 entspricht der Ausführungsform gemäß Figur 14.
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Claims (15)

  1. Patentansprüche; .,
    ^
    π J Vorrichtung zum statischen Mischen von strömenden Medien, bestehend aus einem Rohr beliebigen, vorzugsweise runden Querschnitts mit Mischeinsätzen, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (1) mindestens ein Mischeinsatz (2) in Form eines Stege (4) und Schlitze (5) aufweisenden Plattenpaares (3, 3!) angeordnet ist; indem jeweils die Stege (4) der einen Platte (3) durch die Schlitze (5')der anderen Platte (31) kreuzend hindurchreichen; und daß· die Platten (3, 3 ') zueinander und zur Achse des Rohres ( 1 ) geneigt angeordnet sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischeinsatz (2) mehrere Plattenpaare (3, 31) aufweist, wobei die Platten (3,3*) jeweils in zwei Reihen angeordnet sind, indem die Stege (4, 4') zweier Platten (3) der einen Reihe jeweils durch die Schlitze (5 ') mindestens einer Platte (3 ') der anderen Reihe reichen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3 bzw. 3 ') jeder Reihe parallel zueinander angeordnet sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischeinsätze (2) vorgesehen sind und die Stege (4, 4 ') der Plattenpaare (3, 3 ') der Mischeinsätze (2) zueinander winkelversetzt sind.
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  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stege(54, 54') der Platten (53, 53') konisch verjüngen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4S dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stege (64, 64') der Platten (63, 63 ') absatzweise verjüngen.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3, 3 ') kammartig gestaltet sind und eine elliptische Umfangsform aufweisen.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7S dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (34, 34f) und Schlitze (35, 35!) parallel zur Hauptachse der Platten (33, 33') ausgerichtet sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7S dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (44, 44») und Schlitze (45, 45') geneigt zur Hauptachse der Platte (43, 43 ·) ausgerichtet sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (74S 74") und Schlitze (75, 75') der Platte (73, 73') auf einen Fluchtpunkt ausgerichtet sind.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (83, 83', 93, 93') gekrümmt sind.
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  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (104, 104', 114, 114') dreieckiges, elliptisches oder tropfenförmiges Querschnittsprofil aufweisen.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (124, 124 ') der Platten (123, 123 ') unterschiedliche Breite aufweisen.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (125, 125') der Platten (123, 123') unterschiedliche Breite aufweisen.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (134, 134 ') der Platten (133, 133') breiter sind als die Schlitze (135, 135').
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