DE2522106A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen mischen fliessfaehiger stoffe und verfahren zum herstellen dieser vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen mischen fliessfaehiger stoffe und verfahren zum herstellen dieser vorrichtung

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    • 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
    • B01F25/4315—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being deformed flat pieces of material
    • B01F25/43151—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being deformed flat pieces of material composed of consecutive sections of deformed flat pieces of material

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Description

Bayer Aktiengesellschaft Neue Beschreibung 2522106
und Lizenzen
509 Leverkusen. Bayerwerk
Kr/Au
Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen fließfähiger Stoffe und Verfahren zum_Herstellen dieser Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen fließfähiger Stoffe, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Mischeinsatz der aus in zwei sich schneidenden, schräg zur Gehäusewandung ausgerichteten Ebenen angeordneten Stegen besteht, wobei sich jeweils zwischen zwei Stegen ein Durchströmschlitz befindet.
Vorrichtungen zum statischen Mischen, z.B. zum Zwecke des Homogenisierens, des Wärmeaustausches oder zum Einleiten von Reaktionen, finden immer mehr Anwendung, insbesondere wenn es gilt, in kontinuierlichen Verfahrensabläufen an bestimmten Stellen Misch- oder Reaktionsstufen einzuschalten. Ein besonderer Vorteil ist, daß statische Mischeinrichtungen keine drehenden Teile besitzen und demzufolge keine Schwierigkeiten bezüglich der Abdichtungen von Lagern und Wellen vorhanden sind.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art besteht beispielsweise aus einem rohrartigen Gehäuse in dem blattartige gekrümmte Einsätze angeordnet sind, die das strömende Produkt abwechselnd nach rechts und links umlenken. Die blattartigen Einsätze sind dabei zueinander winkelversetzt angeordnet. Dadurch wird das ankommende Produkt durch jeden Einsatz in neue Teilströme aufgeteilt, sodaß ein sehr guter Mischeffekt bei geringstem Druckverlust erreicht wird. Von Nachteil ist bei dieser Vorrichtung die große Baulänge.
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Es sind deshalb auch schon Vorrichtungen entwickelt worden, deren Baulänge etwa nur ein Fünftel bis ein Zehntel der vorstehend erwähnten Vorrichtung beträgt. Diese kompakten Vorrichtungen haben Jedoch einen recht hohen Druckverlust. Ihrer Verwendung sind keine bautechnischen Grenzen gesetzt, so daß sie gern verwendet werden, um zu einer kompakteren Bauweise von Anlagen zu gelangen. Bezogen auf die Baulänge, haben diese kurz bauenden Mischvorrichtungen einen vielfach höheren Mischeffekt als die lang bauenden.
Eine solche kompakte Mischvorrichtung besteht z.B. aus einander durchgreifenden kammartigen Plattenpaaren, so daß im Rohr ein schräg zur Strömungsrichtung angeordnetes System sich kreuzender Stege gebildet ist. Diese Ausführungsform gewährleistet bei geringer Baulänge und nicht zu hohem Druckverlust eine gute Homogenisierung. Bei manchen Mischproblemen, insbesondere wenn es sich um reaktive Komponenten handelt oder wenn die Möglichkeit einer Ablagerung besteht, können die an der Rohrwandung anliegenden Stegverbindungen störend wirken. Die einzelnen Mischeinsätze sind dabei aus zwei Einzelstücken in Form von kammartigen Platten zusammengesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen von kurzer Baulänge und geringem Druckverlust zu schaffen, die einen guten Homogenisierungseffekt auch in den Randzonen,d.h. an der Rohrwandung gewährleistet, Außerdem soll sich die Vorrichtung durch leichte Herstellbarke it auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stege der beiden Ebenen an einem gemeinsamen, senkrecht zur Längsachse der Stege verlaufenden sich quer durch das Gehäuse erstreckenden Verbindungssteg angeordnet sind, mit dem sie ein einziges Stück bilden, und daß die Durchströmschlitze bis an die Gehäusewandung reichen.
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Dadurch wird erreicht, daß die Enden der einzelnen Stege im Bereich der Gehäusewandung von Querverbindungen frei sind, so daß auch in diesem Bereich eine ungestörte Strömung erzielt wird und sich keine Ablagerungen bilden können.
Die einzelnen Mischeinsätze lassen sich sehr vorteilhaft im Spritzgießverfahren oder im Stanzverfahren herstellen. Bei Vorrichtungen mit großem Gehäusedurchmesser kann auch die Vorfertigung der Stege und deren Verschweißen mit dem Verbindungssteg rentabel sein. Die Fertigung durch Stanzen ist besonders günstig, da aus einem vorgeformten Blech lediglich die Stege voneinander getrennt und abwechselnd nach rechts und links abgewinkelt zu werden brauchen. Dabei ergeben sich automatisch und ohne Materialverlust die Durchströmschlitze. Die Befestigung eines solchen Mischeinsatzes im Gehäuse erfolgt durch Einschrumpfen ,Einklemmen, vorzugsweise jedoch durch Anschweißen bzw. Anlöten. Auch eine Verschraubung oder Vernietung mit der die Gehäusewandung ist möglich.
Die beiden Ebenen, in denen die Stege angeordnet sind» schließen
vorzugsweise einen Winkel von 90° ein und bilden somit Winkel
von 45 mit der Gehäusewandung. Durch Wahl anderer Winkelgrößen beispielsweise zwischen 30° und 60° zur Gehäusewandung, lassen sich strömungstechnische Nuancen bewirken. Der Verbindungssteg verläuft vorzugsweise senkrecht durch die Mittelachse des Gehäuses. Aber auch eine exzentrische Anordnung ist möglich, um beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit über den Gehäusequerschnitt zu beeinflussen. Die Stege selbst haben vorzugsweise gleicheBreite, können aber auch unterschiedlich breit sein bzw. konisch gestaltet sein. Auch in sich verwundene Stege zeigen besondere Misöheffekte.
Bei der Anordnung mehrerer Mischeinsätze hintereinander sind die Verbindungsstege vorzugsweise gleichzeitig als Distanzstücke ausgebildet. Zu diesem Zweck 'ist entweder der Ver-
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bindungssteg entsprechend breit oder er besitzt Zapfen, die an dem Verbindungssteg des davor angeordneten Mischeinsatzes in eventuell vorhandene Klemmnuten oder Klemmlöcher eingreifen. Die Wahl einer bestimmten Distanz zweier Mischeinsätze kann von Einfluß sein auf den Druckverluet und den Mischeffekt in Abhängigkeit von der Viskosität und der Strömungsgeschwindigkeit der zu mischenden Stoffe.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgsmäßen Vorrichtung sind zwei Mischeinsätze spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, wobei die Verbindungsstege zueinander weisen. Vorzugsweise bilden dabei die beiden Mischeinsätze mittels eines einzigen gemeinsamen VerbindungsSteges ein einziges Stück. Diese in ihrer Gestalt"spanischen Reitern" ähnelnde Ausführungsform hat insbesondere bei gemeinsamen Verbindungsstegen den Vorteil geringeren Fertigungsaufwandes und größerer Stabilität.
Wie auch bei den bekannten statischen Mischeinrichtungen sind vorzugsweise mehrere Mischeinsätze hintereinander angeordnet, so daß der Mischeffekt verstärkt wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform sind mehrere Mischeinsätze mit ihren Stegen und Durchströmschlitzen ineinandergreifend angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Baulänge der Mischeinrichtung klein gehalten wird.
Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß jeweils mehrere Mischeinsätze als Pakete hintereinander angeordnet sind. Entsprechend der nun beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten einzelner Mischeinsätze lassen sich auch die Pakete zueinander winkelversetzt und/oder einander entgegengerichtet anordnen. Überhaupt besteht für den Konstrukteur eine Vielzahl von Möglichkeiten der Anordnung von Mischeinsätzen und/oder daraus gebildeten Paketen. Die Möglichkeiten sind umso größer, je mehr Mischeinsätze und/oder Pakete verwendet werden.
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Während das Herstellen von Paketen von Mischeinsätzen größeren Durchmessers keine Schwierigkeiten bereitet, verteuert sich relativ gesehen die Herstellung von Paketen kleineren Durchmessers, etwa unterhalb 100 mm, insbesondere unterhalb 20 mm Durchmesser, wegen der einzuhaltenden Toleranzen erheblich.
Um rationell zu fertigen, stellt man deshalb im Rahmen der vorliegenden Erfindung die einzelnen Mischeinsätze mit grobem Übermaß her, setzt sie zu Paketen zusammen, verbindet vorzugsweise die einzelnen Mischeinsätze miteinander, gießt diese Pakete mit einem Hilfswerkstoff, z.B. einem niedrig schmelzenden Metall oder Kunststoff oder löslichen Kunststoff aus,, spannt die^e Pakete auf eine Drehbank und dreht sie auf den Innendurchmesser des Gehäuses in das sie eingesetzt werden sollen, ab. Auf iiese Weise wird das Paket für das Überdrehen stabilisiert, Das Ausschmelzen des Hilfswerksstoffes kann vor oder nach dem Einsetzen des Paketes in das Gehäuse erfolgen. Bei geringen Durchmessern ließen sich die einzelnen Mischeinsätze nur mit großen Aufwand so genau fertigen, wie mit dem erfindungsgemäßen He rs tellungsverfahreη.
In einer Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform des Mischeinsatzes in der Seitenansicht,
Figur 2 den Mischeinsatz gemäß Figur 1 in der Seitenansicht, um 90° gedreht,
Figur 3 den gleichen Mischeinsatz in der Draufsicht,
Figur 4 Paketweise Anordnung von Mischeinsätzen nach Figur 1 bis 3, in einem rohrartigen Gehäuse,
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Figur 5 eine andere Anordnung der Mischeinsätze im Gehäuse,
Figur 6 eine weitere Variante der Anordnung von Mischeinsätzen im Gehäuse,
Figur 7 eine weitere Ausführungsform des Mischeinsatzes in der Seitenansicht,
Figur 8 den Mischeinsatz gemäß Figur 7 in der Seitenansicht, um 90° gedreht,
Figur 9 den gleichen Mischeinsatz in der Draufsicht,
Figur 10 Paketweise Anordnung von Mischeinsätzen nach Figur , 7 bis 9 in einem rohrartigen Gehäuse,
Figur 11 die Anordnung nach Figur 10, um 90 gedreht.
In Figur 1 bis 3 besteht der Mischeinsatz 1 aus einem Verbindungssteg 2 mit Distanzstücken 3, an dem in zwei Ebenen 4,5 Stege 6 mit dazwischen vorgesehenen Durchströmschlitzen 7 angeordnet sind. Der Mischeinsatz 1 ist hergestellt aus einem halbelliptisch zugeschnittenen Stück Blech, das unter eine Stanze gelegt wurde, um die einzelnen Stege durch Längsschnitte voneinander zu trennen. Bezogen auf den verbleibenden 'Verbindungssteg wurden dabei gleichzeitig oder anschließend die benachbarten Stege jeweils nach rechts oder links unter 45 abgewinkelt, so daß sie in zwei Ebenen zu liegen kamen, die miteinander einen Winkel von 90° einschließen.
Gemäß Figur 4 sind mehrere solcher Mischeinsätze 1 als Pakete 8,9 in einem rohrartigen Gehäuse 10 kreisförmigen Querschnitts angeordnet, wobei das Paket 9 um 90° zu dem Paket 8 versetzt angeordnet und gleichzeitig gegensinnig in der Strömungsrichtung liegt.
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Bei der Ausführungsform nach Figur 5 sind jeweils zwei Mischeinsätze 1' in einem Gehäuse 10' gegensinnig und mit ihren Stegen einander durchgreifend angeordnet.
Figur 6 zeigt in einem Gehäuse 10'' mehrere Mischeinsätze 1", die um 90° versetzt bzw. zueinander gegensinnig angeordnet sind.
Der Mischeinsatz 11 gemäß Figur 7 bis 9 zeigt im Prinzip zwei gegensinnig angeordnete und durch einen gemeinsamen
Verbindungssteg 12 vereinigte Mischeinsätze nach Figur 1 bis 3. Am Verbindungssteg 12 sind in vier Ebenen 14, 14·, 15, 15' die Stege 16 angeordnet, zwischen denen sich jeweils Durchströmschlitze 17 befinden. Die Herstellung erfolgt aus einem elliptischen Blechzuschnitt in der zu Figur 1 bis 3 beschriebenen Weise. Die Ebenen 14, 14' bzw. 15, 15' sind parallel versetzt, da sie jeweils von der Vorder- bzw. Hinterkante des Verbindungssteges 12 in entgegengesetzter Richtung verlaufen.
In Figur 10 und 11 sind Mischeinsätze 12 gemäB Figur 7 bis 9 als Pakete 18, 19 in einem Gehäuse 20 angeordnet, wobei die einzelnen Mischeinsätze 12 jedes Paketes 18,19 mit ihren Stegen 16 und Durchströmschlitzen 17 einander durchgreifen.
Beispiel 1
Einem Produktstrom der Zähigkeit von 12 Poise und der Dichte von 1,0 g/cm soll bei einem Durchsatz von 175 kg/h 3 Gew. % eines niedrigviskosen Zusatzes von 0,1 Poise beigemischt werden. Es wird gefordert, daß die Standardabweichung der Meßproben, deren Volumen jeweils 2,0 mm3 beträgt und die hinter dem Mischer entnommen werden, 1 % nicht überschreitet, Als maximal zulässiger Druckverlust sind 3 bar veranschlagt.
Bs wurde folgende Mischvorrichtung entsprechend der Ausführungsform nach Figur 10 und 11 ausgewählt:
Innendurchmesser des Gehäuses 30 mm; Breite der Stege und Durchströmschlitze jeweils 2 mm. Der zwischen Stegen und Gehäusewandung eingeschlossene Winkel betrug 45 .
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Es wurden 9 Pakete mit je 7 Mischeinsätzen verwendet; die Pakete waren jeweils um 90° zueinander versetzt. Die Länge der Mischvorrichtung betrug 540 mm. Es wurde ein Druckverlust von ca. 1,3 bar gemessen.
Beispiel 2:
Die Baulänge der Mischvorrichtung läßt sich noch verkürzen, wenn keine ausgesprochene Mischaufgabe vorliegt·. Will man beispielsweise eine Kunststoffschmelze der Viskosität von 1100 Poise und einer Dichte von 1,05g/cm bei einer Temperatur von 2500C und einem Durchsatz von 48 kg/h bezüglich Verweilzeit und Temperaturverteilung vergleichmäßigen, so entspricht dies der Zumischung von etwa 10 Gew. % einer annähernd gleichviskosen Komponente.
Die Standardabweichung der Meßproben, deren Volumen jeweils 2,0 mm ausmacht, darf etwa 5 % betragen. Wenn der Druckverlust zwischen 10 und 20 bar betragen darf, eignet sich eine Mischvorrichtung mit Mischeinsätzen gemäß Figur 7 bis 9 mit folgenden Abmessungen:
Innendurchmesser des Gehäuses 30 mm, Breite der Stege Durchströmschlitze geweils 2 mm. Der zwischen Gehäusewandung und Stegen eingeschlossene Winkel beträgt 45°. Es wurden 8 Pakete mit je 4 Mischeinsätzen verwendet. Die Mischerlänge beträgt 240 mm. Es wurde ein Druckverlust von etwa 15 bar gemessen.
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Claims (11)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen fließfähiger Stoffe, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Mischeinsatz der aus in zwei sich schneidenden,schräg zur Gehäusewandung ausgerichteten Ebenen angeordneten Stegen besteht, wobei sich jeweils zwischen zwei-Stegen ein Durchströmschlitz befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege ( 6,16 ) der beiden Ebenen (4, 5, 14, 15) an einem gemeinsamen, senkrecht zur Längsachse der Stege (6,16) verlaufenden sich quer durch das Gehäuse (1,10) erstreckenden Verbindungssteg (2,12) angeordnet sind, mit dem sie ein einziges Stück bilden und daß die Durchströmschlitze (7,17) bis an die Wandung des Gehäuses (1,10) reichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Mischeinsätze (1)spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Verbindungsstege (6) zueinander weisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mischeinsätze (1) mittels eines einzigen gemeinsamen Verbindungssteges (12) ein einziges Stück (11) bilden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischeinsätze (1,11) hintereinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischeinsätze (1,11) mit ihren Stegen (6,, 16) und Durchströmschlitzen (7,17) einander durchgreifend angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinsätze (1,11) zueinander winkelversetzt angeordnet sind.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere.Mischeinsätze (1,11) als Pakete (8, 9, 18, 19) hintereinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pakete ( 8,9,18,19) zueinander winkelversetzt angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzelehnet, daß benachbarte Pakete (8,9,18,19) einander entgegengerichtet angeordnet sind.
10. Vorrichtung zur Herstellung der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blechzuschnitt für den Mischeinsatz hergestellt wird, die einzelnen Stege voneinander getrennt und bezogen auf den Verbindungssteg, unter einem vorbestimmten Winkel abwechselnd nach der einen und der anderen Seite abgebogen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit Übermaß gefertigte Mischeinsätze zu einem Paket zusammengesetzt werden und das gebildete Paket mit einem niedrigschmelzenden oder löslichen Hilfswerkstoff ausgegossen, anschließend auf das gewünschte Außenmaß bearbeitet und in einem Gehäuse fixiert wird, und daß der Hilfswerkstoff entfernt wird.
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