DE3226420C2 - Statische Mischvorrichtung zum Mischen von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in ein- oder mehrphasigen Systemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Haupt- und Leit-Teilungsflügel, die mischgehäuseseitig angebracht und zur Systemlängsachse angestellt sind, die Anzahl der Teilungsflügel und deren Anstellwinkel sind grundsätzlich frei wählbar, die Summe der Breiten von Haupt- und Leitflügel ist kleiner als 1 D, im Bereich der Mischelement-Mittelachse besteht daher ein außermittiger, freier Querschnitt, der sich von der Eintrittseite zur Mischelement-Mitte verengt, zur Austrittseite wieder erweitert und in sein Spiegelbild wechselt, für Medien mit faserigen Beimengungen sind die Teilungsflügel an der Einströmseite gerundet. In den Vorrichtungen sind die Mischelemente vorzugsweise gegeneinander verdreht eingesetzt, in Apparaten und Kolonnen geordnet oder ungeordnet eingebracht. Die Vorrichtungen und Mischelemente sind bei allen einschlägigen Industrien für Misch-, Reaktions- und thermische Prozesse in Rohrleitungssystemen und Apparaten einsatzfähig.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine statische Mischvorrichtung zum Mischen von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in ein- oder mehrphasigen Systemen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Technik sind Vorrichtungen analog der Erfindung bekannt als »Statische Mischer«. Die Wirkung dieser Mischer beruht in der Regel auf Strömungsteilung der zu mischenden Phasen, derart, daß ein Hauptstrom in mehrere Teilströme getrennt wird, die gegeneinander versetzt wieder zusammengeführt werden oder auf gleichbleibender oder wechselnder Rotation der zu mischenden Ströme mit Änderungen der Fließgeschwindigkeiten der Teilströme.

Die in der Literatur beschriebenen statischen Mischer haben unter anderem folgende Ausführungen:

Mischelemente gleicher Raumform sind in einem zylindrischen Rohr aneinandergereiht. Jedes von ihnen besteht aus einer inneren und äußeren Leitfläche. Die äußere Leitfläche liegt dabei mit ihrer Kante an der Rohrinnenseite weitgehend an und ist mit einer zentralen Durchtrittsöffnung versehen. In dieser Durchtrittsöffnung ist die innere Leitfläche so angeordnet, daß die gemeinsame Querachse beider Leitflächen senkrecht zur Rohrachse liegt, wobei beide Leitflächen einen Winkel bilden. Bei einer Variante der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Mischelemente jeweils paarweise mit den Leitflächen einander zugewandt und um die Rohrachse um 180° zueinander versetzt angeordnet. Dabei steht eine äußere Leitfläche einer inneren gegenüber.

Weiterhin sind statische Mischer bekannt, die aus räumlich versetzt und schräg angeordneten Teilungsrohrstücken innerhalb eines Hüllrohres bestehen.

Andere Bauformen von Mischelementen sind plattenförmige Einbauten mit rechteckigen Nuten und konisehen Bohrungen. Bekannt sind ferner Mischer mit abwechselnd links- und rechtsgängigen Wendeln mit einem Verdrillungswinkel von 180°.

Außerdem werden Mischer benutzt, die aufeinandergeschichtete Lamellen mit offenen, sich kreuzenden Kanälen aufweisen.

Eine andere Ausführungsform dieser Mischer besteht aus einem Gerüst gegeneinander geneigter Leitflächen (Stege), deren Hauptachse einmal senkrecht, zum anderen unter einem Winkel zur Rohrachse stehen.
Alle vorgenannt beschriebenen Mischer besitzen als gemeinsames Merkmal Einbauteile, die eine Teilung der zu mischenden Ströme bewirken, wobei die Teilungselemente (Wellplatten, Rohrstücke, Wendel, Kreuzsiege, Leitflächen u. ä.) in allen Fällen die Hauptachse des cinhüllenden Rohres kreuzen, bzw. um diese gruppiert sind.

Die sich aus diesem Systemaufbau ergebenden Nachteile sind hoher Druckverlust über das Rohrsystem mit dem damit verbundenen hohen Energieaufwand und Verstopfungsgefahr bei der Behandlung korn- und faserhaltiger Mediin.

In der US-PS 37 33 057 ist ein statischer Mischer (InLine Fluid Mixer) beschrieben, dessen Mischorgane aus um ihre Längsachse verdrillten Leitblechen bestehen. Diese Leitbleche sind an der Innenwand eines der Länge dieser Leitbleche entsprechenden Rohrstückes befestigt, jeweils paarweise mit gegenläufiger Driilung .sich gegenüberliegend angeordnet und auf der Seite des Strömungseintrittes abgeschrägt Die Innenkanten dieser Leitbleche haben alle den gleichen Abstand von der Mittelachse ihres Rohrabschnittes und bilden so einen mittigen freien Durchgang.

Die Rohrabschnitte mit den darin befestigten verdrillten Leitblechen werden miteinander z. B. durch Schweißen zu einem statischen Mischer verbunden. Diese Fcrtigungsweise erfordert großen Aufwand an mechanischer und Schweiß-Arbeit. Bedingt durch die Form und die Anordnung der verdrillten Teilungsblechc ist eins Mindestlänge des, statischen Mischers für jeweils verlangte Mischqualitäten erforderlich. Der Mischprozeß findet hauptsächlich im freien Raum in der Mischcrmilie statt. Die Möglichkeit, die Längen der Mischer an gegebene räumliche Verhältnisse anzupassen ist somit nicht gegeben, ohne die Mischqualität zu beeinflussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe /ugründe, bei kurzer und variabler Baulänge die verlangte Homogenität der zu mischenden Medien durch Querströme innerhalb der Medienströme über den gesamten Querschnitt der Mischelemente zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 erzielt.

Die Erfindung soll anhand folgender Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung eines Hauptflügels und zweier Leitflügel,
b5 F i g. 2 3-f!ügelige und ein 6-flügeliges Mischclement, F i g. 3 Abwicklungen 3-flügeliger Mischclcmcnle,

F i g. 4 die 3-flügeligen Mischelemente nach F i g. 3 im Schnitt,

F i g. 5 cine weitere Ausführungsform fur ein 3-flügeliges Mischelement,

F i g. 6 Mischelement im Querschnitt Innerhalb eines Gehäuses beliebigen Querschnittes sind die Tcilungsflügel gehäuseseitig befestigt und in einem geeigneten Winkel zu einer senkrecht zur Gehäuscachsc liegenden Ebene angestellt (F i g. 1 und 3).

In ihren Breiten sind sie so aufeinander abgestimmt, daß ein außermittig liegender, freier Durchgang in Strömungsrichtung besteht (F i g. 1,2,4).

Die Summe der Breiten von je zwei Flügeln, wobei der Hauptflügel die größte Breite hat, ist immer kleiner als der Innendurchmesser des Mischergehäuses. Die Breiten und Längen, die Anzahl und der Anstellwinkel der Teilungsflügel und damit die Form und Größe des außermittigen freien Durchgangs können den jeweiligen Betriebsbedingungen entsprechend gewählt werden (F ig. 2,3,4).

Die Form der ebenen Teilungsflügel ist vorzugsweise viereckig. Für die Behandlung von faserhaltigen Medien sind die Teilungsflügel auf der Einströmseite cn der inneren Ecke abgerundet, so daß Verstopfungen weitestgehend ausgeschlossen sind.

Die Teilungsflügel sind zu einem Mischelement zusammengefügt, das der Innenform des Mischergehäuses entspricht. Die angestellten Teilungsflügel bilden im Winkel zur Mischgehäuseachss verlaufende Strömungskanäle (F i g. 3,4).

Bedingt durch die angestellten Teilungsflügel verengt sich der außermittige freie Durchgang vom Eingang bis zur Mitte des Mischelements und erweitert sich wieder bis zu dessen Ausgang.

Die Querschnittsformen der Strömungskanäle und des außermittigen freien Durchganges wechseln auf dieser Strecke jeweils in ihr Spiegelbild (Fig.5: Beispiel eines 3-fIügeligen Mischelementes).

Die zu mischenden Medienströme beliebiger Anzahl werden in den Mischelementen entsprechend der Anzahl derTeili'ngsflügel in Teilströme zerlegt.

Bedingt durch die Anstellung der Teilungsflügel bildct sich in der Mischeinheit zusätzlich zu den Teilungen eine rotierende Strömung aus, die den Drehsinn der Anstellung hat.

In den durch die Teilungsflügel gebildeten Kanälen mit sich von der Eintritts- zur Austrii'sseite der Mischelemente zum Spiegelbild ändernden Querschnitten, dem sich verengenden und erweiternden, außermittigen, freien Durchgang (Fig.5 und 6) werden Querströme erzeugt, die in Verbindung mit dem Teilungseffekt und der Rotation eine intensive Mischung der Einzelströme bewirken. Die Ausbildung des Strömungsverlaufes innerhalb eines dreiflügeligen Mischelementes ist aus der Darstellung in F i g. 1 zu ersehen.

Die Mischelemente sind zu Mischeinheiten zusammengebaut. Dabei sind sie jeweils gleichlaufend rechts bzw. links angestellt und um einen der Mischaufgabe angepaßten Winkel gegeneinander verdreht angeordnei (Fig.3: Abwicklung von 3-flügIigen Mischelemenlcn).

Die außermittigen freien Durchgänge der Misehelemcnte bilden dadurch eine mit der Anstellung laufende Wendel mit im Wechsel kleiner und größer werdenden Querschnitten (F i g. 5 und 6).

Die Mischeinheit ist in das Mischergehäuse eingesetzt und dort gegen axiale und radiale Verschiebungen gesifhert.

Durch die erfindungsgemäße, einfache Gestaltung der Mischelemenle ist der Energieaufwand (= Druckverlust) gering. Die vielseitigen Möglichkeiten der zu Mischeinh2iten zusammengebauten Mischelemente an Mischprozesse anzupassen bringen weitere technische und wirtschaftliche Vorteile.

Die Mischelemente können in ihrer Form (Länge und Durchmesser) so gestaltet werden, daß sie in Wärmetauschern zur Verbesserung des Wärmeüberganges einzusetzen sind. Für Vorgänge innerhalb von Reaktionssystemen, Destillations- und Rektifikations-Kolonnen, Absorber- und Desorber-Systemen und dergleichen einzusetzen können einzelne Elemente in beliebiger Anzahl auf eigenen Stützkonstruktionen geordnet oder ungeordnet in beliebigen Stufen angebracht werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Statische Mischvorrichtung zum Mischen von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in ein- oder mehrphasigen Systemen mit einem rohrförmigen Gehäuse, mit mindestens einem Mischelement in dem Gehäuse, wobei das Mischelement aus viereckigen Teilungsflügeln besteht, deren Mittellinien radial in einer Ebene verlaufen, wobei im Falle mehrerer Mischelemente diese hintereinander im Gehäuse angeordnet sind und die Teilungsflügel an ihrem Umfang gehäuseseitig befestigt sind und jedes Mischelement über seine gesamte Länge im Bereich der Gehäuseachse zur Bildung eines freien Durchganges von den Teilungsflügeln freigehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsflügel eben ausgebildet sind und zu einer senkrecht zur Gehäuseachse liegenden Ebene in einem Winkel angestellt s;nd, daß die Teilungsflügel eines Mischelementes aus einem Hauptflügel und mindestens einem Leitflügel bestehen, daß der Hauptflügel im Bereich seiner radial verlaufenden Mittellinie mindestens bis zur Gehäuseachse reicht und daß der Leitflügel im Bereich seiner radial verlaufenden Mittellinie nicht bis zur Gehäuseachse reicht, so daß der freie Durchgang außermittig liegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Teilungsflügel den Betriebsbedingungen angepaßt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die incsre Ec* -■ der Teilungsflügel an der Einströmseite abgerundet ist.

4. Mischelemente nach Af -.prüchen 1 und 2 im Gehäuse hintereinander eingebaut, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptteiiungsfiügei der nachfolgenden Mischelemente jeweils um einen wählbaren Winkel verdreht sind.