DE2522106B2

DE2522106B2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen fließfähiger Stoffe und Verfahren zum Herstellen eines Mischeinsatzes

Info

Publication number: DE2522106B2
Application number: DE2522106A
Authority: DE
Inventors: Dieter 5650 Solingen Brauner; Guenter Imhaeuser; Hans Dr. Kaluza; Edgar Dipl.- Ing. Dr. 5090 Leverkusen Muschelknautz
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-05-17
Filing date: 1975-05-17
Publication date: 1978-10-26
Also published as: JPS51140265A; FR2311578A1; CA1040190A; BE841913A; CH616088A5; DK213676A; JPS5537941B2; FR2311578B1; DE2522106A1; BR7603066A; US4220416A; DK151209B; IT1061044B; AT343614B; NL7605209A; GB1538170A; NL169418C; ATA354876A; NL169418B; ES447948A1

Description

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)ie vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung η kontinuierlichen Mischen fließfähiger Stoffe, itehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Mischeinsatz, der aus in zwei sich schneidenden und zur Wandung des Gehäuses geneigten Ebenen angeordneten Stegen besteht, wobei die Ebenen keilförmig in Längsrichtung des Cehäuses liegen.

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 Mischoder 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, so daß ein sehr guter Mischeffekt bei geringstem Druckverlust erreicht wird. Von Nachteil ist bei dieser Vorrichtung die große Baulänge.

Es sind deshalb auch schon Vorrichtungen entwickelt worden, deren Baulänge etwa nur ein Fünftal 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.

Nach einem älteren Patent der Anmelderin (DE-PS 23 28 795) ist eine Vorrichtung zum Mischen von strömenden Stoffen bekannt, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse beliebigen Querschnitts mit mindestens einem Mischeinsatz aus einem Paar sich kreuzender Platten, die zueinander und zur Achse des Gehäuses geneigt angeordnet sind, wobei jede Platte in Form eines Kammes mehrere Stege aufweist, zwischen denen Schlitze vorgesehen sind, und daß die Stege einer Platte jeweils durch die Schlitze der anderen Platte hindurchgreifen.

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.

Schließlich sind auch noch Mischvorrichtungen bekannt, die eine Vielzahl von Blechen aufweisen, welche an gegenüberliegenden Gehäusewänden angeordnet sind, und unter Bildung von Durchströmkanälen in Strömungsrichtung gesehen, einander überlappen. Diese Mischeinsätze sind jedoch für Rohrleitungen kleinen Durchmessers nicht geeignet, weil gerade entlang der Rohrwandung, also im größten Querschnittsanteil, keine Strömung stattfinden kann. Auch bilden sich hinter den Blechen starke Ablagerungen, weil sich dort größere strömungstote Räume befinden.

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 Herstellbarkeit auszeichnen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Stege der beiden Ebenen sich von der Gehäusev/andung bis zur Schnittlinie der beiden Ebenen erstrecken und dort an einem gemeinsamen, senkrecht zur Längsachse der Stege und senkrecht zur Längsachse des Gehäuses verlaufenden, vergleichsweise schmalen Verbindungssteg fest angeordnet sind.

Dadurch v/ird 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 Gehäusewand 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 gleiche Breite, können aber auch unterschiedlich breit sein bzw. konisch gestaltet sein. Auch in sich verwundene Stege zeigen besondere Mischeffekte.

Bei der Anordnung mehrerer Mischeinsätze hintereinander sind die Verbindungsstege vorzugsweise gleichzeitig als Distanzstücke ausgebildet. Zu diesem iweck ist entweder der Verbindungssteg 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 Druckverlust und den Mischeffekt in Abhängigkeit von der Viskosität und der Strömungsgeschwindigkeit der zu mischenden Stoffe.

Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen 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 Ausfühmngsform 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 Durchströrnschlitzen ineinandergreifend angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Baulänge der Mischeinrichtung klein gehalten wird.

Nach einer weiteren besonderen Ausfühmngsform sieht die Erfindung vor, daß jeweils mehrere Mischeinsätze als Pakete hintereinander angeordnet sind. Entsprechend der nun beschriebenen Anordnungsrp.ögüchkeiten 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.

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 diese Pakete auf eine Drehbank und dreht sie auf den Innendurchmesser des Gehäuses in das sie eingesetzt werden sollen, ab. Auf diese Weise wird das Paket für das Überdrehen stabilisiert. Das Ausschmelzen des Hilfswerkstoffes 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 Herstellungsverfahren.

In einer Zeichnung ist die Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform des Mischeinsatzes in der Seitenansicht,

Fig. 2 den Mischeinsatz gemäß Fig. 1 in der Seitenansicht, um 90° gedreht,
so F i g. 3 den gleichen Mischeinsatz in der Draufsicht,

Fig.4 Paketweise Anordnung von Mischeinsätzen nach F i g. 1 bis 3, in einem rohrartigen Gehäuse,

F i g. 5 eine andere Anordnung der Mischeinsätze im Gehäuse,

Fig.6 eine weitere Variante der Anordnung von Mischeinsätzen im Gehäuse,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Mischeinsatzes in der Seitenansicht,

Fig. 8 den Mischeinsatz gemäß Fig. 7 in . der Seitenansicht, um 90° gedreht,

F i g. 9 den gleichen Mischeinsatz in der Draufsicht,

Fig. 10 Paketweise Anordnung von Mischeinsätzen nach F i g. 7 bis 9 in einem rohrartigen Gehäuse,

F ■ sg. 11 die Anordnung nach Fi g. 10, um 90° gedreht.

In Fig. 1 bis 3 besteht der Mischeinsatz 1 aus einem Verbindungssteg 3, an dem in zwei Ebenen 4,5 Stege 6 mit dazwischen vorgesehen Durchströmschlitzen 7 angeordnet sind. Der Mischeirisatz 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 Fig. 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.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind jeweils zwei Mischeinsätze Γ in einem Gehäuse 10' gegensinnig und mit ihren Stegen einander durchgreifend angeordnet.

Fig. 6 zeigt in einem Gehäuse 10" mehrere Mischeinsätze 1", die um 90° versetzt bzw. zueinander gegensinnig angeordnet sind.

Der Mischeinsatz 11 gemäß Fig. 7 bis 9 zeigt im Prinzip zwei gegensinnig angeordnete und durch einen gemeinsamen Verbindungssteg 12 vereinigte Mischeinsätze nach F i g. 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 F i g. 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 Fig. 10 und 11 sind Mischeinsätze 12' gemäß Fig. 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 1,2 Pas und der Dichte von 1,0 g/cm³ soll bei einem Durchsatz von 175 kg/h 3 Gew.· °/o eines niedrigviskosen Zusatzes von 0,1 Pas 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.

Es wurde folgende Mischvorrichtung entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 10und 11 ausgewählt:

Innendurchmesser des Gehäuses 30 mm; Breite der Stege und Durchströmschlitze jeweils 2 mm. Der zwischen Stegen und Gehäusewandung eingeschlossene Winkel betrug 45°.

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 110 Pas und einer Dichte von 1,05 g/cm³ bei einer Temperatur von 250° C 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 mm³ ausmacht, darf etwa 5% betragen. Wenn der Druckverlust zwischen 10 und 20 bar betragen darf, eignet sich eine Mischvorrichtung mit Mischeinsätzen gemäß Fig. 7 bis 9 mit folgenden Abmessungen:

Innendurchmesser des Gehäuses 30 mm, Breite der Stege und Durchströmschlitze jeweils 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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen fließfähiger Stoffe, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Mischeinsatz, der aus in zwei sich schneidenden und zur Wandung des Gehäuses geneigten Ebenen angeordneten Stegen besteht, wobei die Ebenen keilförmig in Längsrichtung des Gehäuses liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (6, 16) der beiden Ebenen (4,5,14,15,14', 15') sich von der Gehäusewandung bis zur Schnittlinie der beiden Ebenen erstrecken und dort an einem gemeinsamen, senkrecht zur Längsachse der Stege und senkrecht zur Längsachse des Gehäuses (10, 10', 11", 20) verlaufenden vergleichsweise schmalen Verbindungssteg (2,12) fest angeordnet sind.

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) ineinander durchgreifend angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinsätze (1, 11) zueinander winkelversetzt angeordnet sind.

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 gekenn- *o zeichnet, daß die Pakete (8, 9, 18, 19) zueinander winkelversetzt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Pakete (8, 9, 18, 19) einander entgegengerichtet angeordnet sind.

10. Verfahren zum Herstellen eines Mischeinsatzes nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blechzuschnitt für den Mischeinsatz hergestellt wird, die einzelnen Stege voneinander getrennt: und bezogen auf den Verbindungssteg, ^Μ 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.