DE4321873A1 - Statischer Mischer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer zum Vermi­ schen von fließfähigen Stoffen innerhalb eines rohrartigen Gehäuses, mit wenigstens zwei Einbauteilen in dem Gehäuse, von denen jedes einteilig und bandförmig ist und eine la­ mellenartige Form relativ geringer Dicke aufweist und aus einer Anzahl n von Wirkelementen geformt ist, wobei die Ein­ bauteile miteinander verflochten oder miteinander im Ein­ griff sind.

Bei statischen Mischern der einleitend gekennzeichneten Gat­ tung erreicht man beim Hindurchdrücken der Fluide durch das Gehäuse nicht nur deren Grobdurchmischung, sondern auch in­ folge der starken Schubspannungen an den Kreuzungsstellen der verschiedenen Teilströme eine intensivere örtliche Ver­ mengung.

Aus der DE-PS 2 82 855 ist ein diesbezüglicher statischer Mischer bekannt, der als Doppelwendelmischer ausgebildet ist und bei dem die Doppelwendel aus zwei miteinander verbun­ denen Materialstreifen gebildet wird, wobei die Material­ streifen jeweils Leitflächen in Form gleichschenkliger Tra­ peze aufweisen, die - alternierend und spiegelsymmetrisch um eine Hauptachse versetzt sowie an ihren Schrägen miteinander verbunden - Faltkanten ausbilden. Die längere der beiden parallel verlaufenden Trapezseiten, die gegenüber der kür­ zeren - Basis genannt - angeordnet ist, wird jeweils durch ein Ellipsensegment ergänzt. Dabei werden aus den jeweils in einer Ebene liegenden Trapezflächen und Ellipsensegmenten die Leitflächen der Mischvorrichtung gebildet. Durch alter­ nierende Änderung der Faltrichtung, die um die Faltkanten erfolgt, werden Windungswinkel erzeugt, die zu beiden Seiten der Materialstreifen liegen, aber ihren Scheitel innerhalb der Faltkanten haben. Ein Strang der Doppelwendel wird aus zwei miteinander gleichsinnig verdrehten Materialstreifen gebildet. Es entsteht ein spiralartiger Doppelwendelmischer, wobei jeweils eine Basis von Trapezflächen eines Materi­ alstreifens mit einer Faltkante des zweiten Material­ streifens - und umgekehrt - zusammenfällt. Die begrenzenden Kurven der Ellipsensegmente liegen an der Innenwand des rohrartigen Gehäuses an. Zwischen den benachbarten Leit­ flächen werden hohlkörperartige, teilweise geöffnete und sowohl in axialer als auch in radialer Richtung miteinander kommunizierende Mischräume gebildet, deren Achsen mit der Hauptachse der Vorrichtung divergieren.

Die Leitflächen lenken die Fluidströme in zur Gehäuseachse geneigten und nach kurzen Abständen wechselnden Richtungen und die dabei erzeugten Scherkräfte zerteilen die disperse Phase in kleine Blasen, falls der bekannte statische Mischer beispielsweise zur In-line-Begasung von Flüssigkeiten An­ wendung findet. Dabei findet eine laufende Erneuerung der Phasengrenzfläche durch Zusammentreffen der Blasen und deren Neubildung statt. Eine erhöhte Turbulenz in der Flüssigkeit fördert den Stoffübergang.

Durch die Form der Einbauten ergibt sich beim bekannten Dop­ pelwendelmischer eine bezogen auf das Mischervolumen relativ große spezifische Mischeroberfläche, wobei die beiden Mate­ rialstreifen an jeder Faltkante einen Linienkontakt mitein­ ander besitzen. Die beiden Streifen bilden an diesen Kanten keilförmig zulaufende Räume, wodurch die einwandfreie Rei­ nigung gerade in diesen kritischen Bereichen, insbesondere innerhalb Anlagen der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, erschwert ist. Da die begrenzenden Kurven der Ellipsenseg­ mente an der Innenwand des rohrartigen Gehäuses anliegen, ergeben sich hier weitere reinigungskritische Linien­ kontakte. Durch die vorstehend dargestellte Ausbildung der Leitflächen der Doppelwendel und deren Anordnung innerhalb des berandenden rohrartigen Gehäuses werden hohlkörper­ artige, teilweise geöffnete Mischräume gebildet, die beim Durchströmen des statischen Mischers die Ausbildung eines relativ hohen Druckverlustes begünstigen. Darüber hinaus stellt die Doppelwendel eine äußerst komplizierte Anordnung dar, wobei bereits der Zuschnitt des Materialstreifens eine sehr komplexe Kontur aufweist und somit nur mit relativ hohem Aufwand herzustellen ist.

In der US-PS 40 40 256 ist ein Kanalmischer beschrieben, bei dem die Mischelemente aus relativ einfachen, bandförmigen, einen zick-zack-förmigen Verlauf aufweisenden Einbauteilen bestehen. Dabei sind im nach oben offenen Kanal parallel zu dessen Bodenteil zwei Einbauteile in zueinander parallelen Ebenen übereinander angeordnet. Abgesehen davon, daß mit diesem bekannten Kanalmischer keine intensive Begasung von Flüssigkeiten vorgenommen werden kann, da dieses Gas auf­ grund des nach oben offenen Kanals entweichen würde, ist darüber hinaus die bekannte Anordnung äußerst reinigungs­ unfreundlich ausgebildet, da die Einbauteile in einer Ebene parallel zum Boden des Kanals teilweise mit einer Einlage "gedeckelt" sind. Dadurch ergeben sich Toträume, die bei der Reinigung nur unzureichend durchströmt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen statischen Mischer der einleitend gekennzeichneten Gattung zu schaffen, der hinsichtlich der Intensität der Durch­ mischung der kontinuierlichen Phase mit der zu dispergieren­ den Phase und des erreichbaren Stoffüberganges einem Ver­ gleich mit statischen Mischern nach dem Stand der Technik standhält, dabei aber einen geringeren Druckverlust und ei­ nen einfacheren und damit kostengünstigeren und reinigungs­ freundlicheren Aufbau aufweist.

Die Aufgabe wird durch Anwendung der Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 oder 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des statischen Mischers sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Vorteile des vorgeschlagenen statischen Mischers beste­ hen insbesondere darin, daß die Einbauten keine den Druck­ verlust ungünstig beeinflussenden Kanäle bilden, deren Um­ fangskontur mehr oder weniger in sich geschlossen ist, son­ dern daß lediglich Wirkelemente in Form von Lamellenflächen vorgesehen sind, auf die die Fluidströme teilweise aufpral­ len und an denen sie umgelenkt werden. Die Wirkung der re­ lativ einfachen Einbauteile entspricht in verblüffender Weise jener der bekannten Mischelemente, ohne daß allerdings die vorstehend angegebenen Nachteile in Kauf genommen werden müssen. So wurde beispielsweise bei der In-line-Begasung von Wasser mit Luft experimentell ermittelt, daß ein weiterer bekannter statischer Mischer (beispielsweise der Sulzer Mischer, beschrieben in vt "verfahrenstechnik" 17 (1983) Nr. 12, Seiten 698 bis 707) bei annähernd gleicher Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff (ca. 7 mg 02/Liter) einen etwa doppelt so hohen Druckverlust als der vorgeschlagene statische Mischer aufweist (1,3 gegenüber 0,7 bar).

Darüber hinaus weist der statische Mischer gemäß der Erfin­ dung folgende strömungstechnischen Eigenschaften auf:

• - homogene Verteilung der zu dispergierenden Phase im Rohrquerschnitt;
• - intensive Durchmischung in radialer Richtung und damit gleichmäßige Konzentration im gesamten Rohrquerschnitt;
• - Gas- zu Flüssigvolumenstrom in weiten Grenzen variierbar (Verhältnis Qg/Ql < (5 bis 10)).

Der vorgeschlagene statische Mischer ist nicht nur geeignet, Fluidströme miteinander zu mischen, sondern es können mit ihm im allgemeinsten Falle eine kontinuierlichen Phase, ein flüssiges oder gasförmiges Trägerfluid, mit einer dispersen Phase, die flüssig, gasförmig oder fest sein kann, vermischt werden.

Der geringe Druckverlust setzt sich im wesentlichen aus zwei Anteilen zusammen. Der kleinere Anteil resultiert aus der Tatsache, daß in einem Rohrquerschnitt jeweils nur die der Anzahl der Einbauteile entsprechenden Querschnitte der Wirk­ elemente wirksam sind, wobei bei einer bevorzugten Aus­ führungsform des statischen Mischers gemäß der Erfindung aufgrund der sehr geringen Lamellendicke s1 und s2 und auf­ grund der gegenüber dem Rohrinnendurchmesser D relativ ge­ ringen Lamellenbreite b1 und b2 ein im Verhältnis zum Rohr­ querschnitt näherungsweise vernachlässigbarer Wirkelemente- Querschnitt gegeben ist. Der größere Anteil am Druckverlust entsteht durch den Aufprall der Fluide auf die Lamellen und die anschließende Umlenkung. Der insgesamt gegenüber dem bekannten statischen Mischer unter vergleichbaren Bedin­ gungen signifikant geringere Druckverlust ergibt sich in der Hauptsache aus dem Sachverhalt, daß der vorgeschlagene statische Mischer auf eine druckverlusterhöhende Aufteilung der Rohrströmung in eine Vielzahl von Teilströme, von denen jeder für sich von einem mehr oder weniger in sich geschlossenen Kanal berandet wird, verzichtet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des statischen Mischers gemäß der Erfindung sieht vor, die Wirkelemente eines Einbauteiles eben und mit einer im wesentlichen je­ weils einheitlichen Lamellendicke und einer im wesentlichen jeweils einheitlichen Breite auszubilden, wobei jedes zweite Wirkelement eines Einbauteiles jeweils mit der Gehäuseachse den gleichen Neigungswinkel bildet. Die Wirkelemente er­ strecken sich zweckmäßigerweise nach Maßgabe ihrer gewählten Breite von der einen zur gegenüberliegenden Gehäusewand. Abstände zwischen dem Einbauteil und den benachbarten Ge­ häusewänden sind prinzipiell möglich; sie erhöhen jedoch, in rohraxialer Richtung betrachtet, die von Einbauten freien Querschnittsflächen und verringern im allgemeinen die Inten­ sität der Durchmischung. Der durch die vorgenannte Aus­ gestaltung gegebene zick-zack-förmige Verlauf der Ein­ bauteile ist denkbar einfach herzustellen. Die Ausführung vereinfacht sich noch weiter, wenn die Wirkelemente, wie dies eine andere Ausgestaltung des statischen Mischers gemäß der Erfindung vorsieht, betragsmäßig um den gleichen Nei­ gungswinkel gegen die Gehäuseachse geneigt sind. Die Ein­ bauten besitzen dann, in ihrer Erstreckungsebene betrachtet, eine kongruente Form.

Bei nicht vertikaler Anordnung der Gehäuseachse des stati­ schen Mischers kommt es beispielsweise bei der Begasung von Flüssigkeiten zu Entmischungserscheinungen infolge Gas­ blasenauftrieb. Den Auswirkungen dieses Auftriebes wird durch eine weitere Ausgestaltung des statischen Mischers wirksam begegnet, bei der die Einbauteile derart im Gehäu­ sequerschnitt angeordnet sind, daß die Vertikale, die durch das Gravitationsfeld gegebene Richtung, den Anordnungswinkel β halbiert.

Die Einbauteile können, gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung, in einem zylindrischen Rohr, in einem Rohr, des­ sen Umfangskontur aus einer Aneinanderreihung unterschied­ licher Krümmungsradien besteht, oder in einem Rohr mit regel- oder unregelmäßigem Vieleckquerschnitt angeordnet sein.

Eine hinsichtlich ihrer Einfachheit unübertroffene Ausführungsform des statischen Mischers ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem zylindrischen Rohr mit dem In­ nendurchmesser D gleichbreite Einbauteile mit gleicher La­ mellendicke vorgesehen sind, die im rechten Winkel zuein­ ander angeordnet sind (Anordnungswinkel β = 90 Grad). Dabei sind die als ebene Flächenelemente ausgebildeten, im Wechsel zwischen gegenüberliegenden Rohrwänden sich erstreckenden Wirkelemente betragsmäßig um den gleichen Neigungswinkel α gegen die Rohrachse geneigt. Diese Ausführung ergibt Einbauteile, die hinsichtlich jeder Abmessung völlig kongruent sind. Bei einem zylindrischen Rohr resultiert aus dieser Ausgestaltung eine maximale Breite der Einbauteile, bei der diese sich gerade gegenseitig berühren, aber nicht gegenseitig durchdringen und als miteinander verflochtene Einbauteile, als Paket, zwanglos in das umhüllende Rohr einzuführen sind. Bei der vorstehend angegebenen speziellen Geometrie der Einbauteile (β = 90 Grad) ergibt sich deren maximale Breite zu bmax = D/(5)**1/2. Bereits eine geringfügige Reduzierung der Breite der Einbauteile gegenüber der vorgenannten maximalen Breite stellt sicher, daß sich die Einbauteile nicht mehr gegenseitig berühren.

In dieser Tatsache ist die besonders gute Reinigungsfähig­ keit dieser Ausführungsform begründet.

Bei den vorgeschlagenen Einbauteilen gemäß der Erfindung wächst der Druckverlust im statischen Mischer quadratisch mit der Breite b, aber nur linear mit der Länge L der Ein­ bauteile. Andererseits steigt beispielsweise bei der In-line-Begasung die Anreicherung der kontinuierlichen Phase mit der zu dispergierenden Gasphase bei gleicher Einbaulänge zwar proportional zur Breite der Einbauteile, jedoch mit einem degressiven Verlauf. Die Auslegung des vorgeschlagenen statischen Mischers ist daher in jedem Einzelfall eine Opti­ mierungsaufgabe. In der Regel wird auf die Auslegung des statischen Mischers mit der maximalen Breite bmax der Ein­ bauteile verzichtet und dafür wird eine größere Länge L der Einbauteile in Kauf genommen. Eine Reduzierung der Breite auf einen Wert b < bmax erweist sich, wie vorstehend bereits erwähnt, als vorteilhaft im Hinblick auf die Reinigungs­ fähigkeit der Einbauteile innerhalb des Rohres. Sie finden dadurch eine Zuordnung zueinander, bei der sich mit Ausnahme der Verbindungsstellen am Anfang und am Ende ihrer rohraxia­ len Erstreckung keinerlei weitere Kontakt- oder Verbindungsstellen, aus denen schwer zu reinigende keilför­ mige Spalte resultieren, ergeben.

Die Einbauteile lassen sich aufgrund ihrer einfachen Geome­ trie zweckmäßigerweise durch Umformen, wie Biegen, Falten, Abkanten, Schmieden, Gesenkschmieden, Prägen oder Tiefziehen oder durch Urformen, wie Gießen, Feingießen oder Druckgießen herstellen. Beim Umformen ist in erster Linie das Biegen in Betracht zu ziehen, welches bei festen Werkstoffen, die eine bleibende (plastische) Formänderung zulassen, zu bevorzugen ist. Im Zusammenhang mit diesem Herstellverfahren sind bei­ spielsweise auch thermoplastisch verformbare Kunststoff­ bänder zu nennen.

Falls die Einbauteile aus formlosen Stoffen wie z. B. flüs­ sigen Metallen oder duro- oder thermoplastischen Kunststoff­ massen hergestellt werden sollen, so kann auch das Urformen (Gießen) zur Anwendung gelangen. Umgeformte Einbauteile lassen sich, wie dies vorgesehen ist, miteinander verflechten, oder aber es wird eine Breite der Einbauteile mit b < bmax vorgesehen, bei der sie sich gegenseitig durch­ dringen müssen. In diesem Falle sind sie in den Durchdrin­ gungsbereichen stoffschlüssig miteinander verbunden; eine derartige Ausführungsform ist wirtschaftlich nur durch Ur­ formen möglich, und sie weist, im Gegensatz zu Ausführungs­ formen mit b < bmax, reinigungstechnische Nachteile auf.

Gemäß einem weiteren Vorschlag ist vorgesehen, die Ein­ bauteile aus vorgeformtem Halbzeug, beispielsweise aus ge­ wellten oder dreieck- oder rechteckförmig umgeformten Blechen, im Zuge eines weiteren Umformvorganges herzustel­ len.

Erhält die Oberfläche der Einbauteile, gemäß einer weiteren Ausgestaltung des statischen Mischers, eine Feinstrukturie­ rung in Form von oberflächenglatten Erhebungen und Vertiefungen, beispielsweise durch Riffelung oder Noppung, die aus der laminaren Unterschicht der turbulenten Rohr­ strömung herausragen, dann läßt sich durch diese Maßnahme die wandnahe Umströmung der Lamellen im Hinblick auf einen wünschenswerten turbulenten Queraustausch und damit die Rei­ nigungswirkung des Reinigungsfluides positiv beeinflussen.

Um die reinigungskritischen Kontakt- und Verbindungsstellen der Einbauteile miteinander auf ein Mindestmaß zu reduzieren, sieht eine weitere Ausgestaltung des statischen Mischers vor, die Einbauteile am Anfang ihrer rohraxialen Erstreckung lediglich miteinander und am Ende miteinander und mit dem Gehäuse zu verbinden. Die endseitige Verbindung der Einbauteile mit dem Gehäuse ist notwendig, um die An­ ordnung axial zu fixieren. Unter dem Einfluß der Strömungs- und Druckkräfte werden die relativ duktilen Einbauteile in Richtung ihrer rohraxialen Erstreckung gegen ihre endseitige Befestigungsstelle mit dem Gehäuse gestaucht. Dabei spreizen sie sich und kommen an der Innenwandung des umhüllenden Ge­ häuses temporär zur Anlage, wodurch eine weitere Deformation verhindert wird. Durch diese Anpressung werden temporäre Berührungen der Einbauteile miteinander und Schwingungen des Mischers vermieden, und es kommt aufgrund der Wandreibung zu einer Verringerung der Axialkraft auf die Halterung der Ein­ bauteile.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des vorge­ schlagenen statischen Mischers stehen die Einbauteile mit­ einander im Eingriff, wobei wenigstens drei Einbauteile vor­ gesehen sind, deren Wirkelemente sich jeweils im Wechsel zwischen einer Gehäusewand und einem in oder im näheren Be­ reich der Gehäuseachse angeordneten Stützelement erstrecken. Dabei ist jedes Einbauteil im eingebauten Zustand jeweils in einer Ebene angeordnet, die einen Anordnungswinkel ß mit­ einander bilden. Durch diese Ausführungsform wird eine Ver­ kürzung der Wirkelemente erreicht, die sich nunmehr nur noch zwischen dem im wesentlichen zentral angeordneten Stütz­ element und der Gehäusewand erstrecken, mit dem Ergebnis einer näherungsweise Verdoppelung der Wirkelementflächen bezogen auf die Länge des statischen Mischers. Da das Stütz­ element jedes Einbauteil einerseits begrenzt, ist eine Ver­ flechtung der Einbauteile miteinander nicht mehr gegeben. Im Bereich des Stützelementes stehen die Einbauteile teilweise miteinander im Eingriff.

Bei einer geradzahligen Anzahl von Einbauteilen lassen sich diese, nach einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß der Erfindung, derart um das Stützelement herum anordnen, daß sich jeweils zwei Einbauteile in einer Ebene erstrecken, wobei die beiden einer Ebene zugeordneten Einbauteile je­ weils durch das Stützelement voneinander getrennt sind. Bei vier Einbauteilen ergibt sich durch die vorstehend darge­ stellte Anordnung ein statischer Mischer, der in seinem grundsätzlichem Aufbau jener ersten Ausführungsform ähnelt, bei der zwei Einbauteile vorgesehen sind, deren Wirkelemente sich im Wechsel zwischen gegenüberliegenden Gehäusewänden erstrecken. Der Unterschied zwischen beiden Ausführungs­ formen besteht darin, daß bei der zweiten Ausführungsform näherungsweise die doppelte Wirkelementefläche installiert ist, was nur durch die Aufteilung der Wirkelemente mittels des Stützelementes möglich wurde.

Um die in der Gehäuseachse gesehen von Einbauteilen freien Gehäuseteilquerschnitte zu reduzieren, sieht eine andere Ausgestaltung des statischen Mischers gemäß der Erfindung vor, daß in dem Gehäuse und im wesentlichen parallel zu sei­ ner Gehäuseachse eine Kombination von Einbauteilen, die mit­ einander verflochten oder miteinander im Eingriff sind, in Mehrfachanordnung vorgesehen ist. Es kann sich dabei jeweils um eine Kombination von Einbauteilen mit oder ohne Stütz­ element handeln.

Der vorgeschlagene statische Mischer wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in den nachfolgend erläuternden Figuren der Zeichnung im einzelnen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine besonders vorteilhafte und außerordentlich einfache Ausgestaltung der Einbauteile gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Ansicht der Einbauteile gemäß der Erfindung in Richtung der Rohrachse, wobei die Vertikale den An­ ordnungswinkel β halbiert;

Fig. 3, 4 und 5 die Einbauteile gemäß Fig. 1 in der Vorder-, der Drauf- und der Seitenansicht;

Fig. 6, 7 und 8 eine weitere Ausführungsform und Anordnung der Einbauteile gemäß der Erfindung in der Vorder-, der Drauf- und der Seitenansicht und

Fig. 9 ein statischer Mischer mit einer Kombination von Einbauteilen gemäß der Erfindung in Mehrfachan­ ordnung innerhalb des Gehäuses.

Die Einbauteile 1, 2 (Fig. 1) haben eine lamellenartige Form. Sie sind einteilig ausgebildet und bestehen aus einer Anzahl von ebenflächigen Wirkelementen 1.1 bis 1.n bzw. 2.1 bis 2.n, deren Erstreckungsebenen 1,11 unter einem An­ ordnungswinkel von β = 90 Grad angeordnet sind (vgl. Fig. 2). Die Einbauteile 1,2 sind miteinander verflochten. Darüber hinaus zeigt Fig. 1, daß es sich bei den Einbauteilen 1 und 2 um kongruente Ausführungsformen handelt. Diese Kongruenz ist durch die gleiche Breite, den jeweils betragsmäßig gleichen Neigungswinkel der Wirkelemente gegen die Rohrachse und durch die gleiche Lamellendicke gegeben.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Einbauteile 1, 2 zweck­ mäßigerweise im Rohr 5 bzw. 5* (Rohr 5* beispielsweise als Vierkantrohr ausgebildet) zu positionieren sind, wenn die Rohrachse A des statischen Mischers nicht vertikal ange­ ordnet ist. Man erkennt, daß die Vertikale S den An­ ordnungswinkel β halbiert. In diesem Falle leiten die eben­ flächigen Wirkelemente beider Einbauteile 1, 2 die auf sie auftreffenden Fluidströme überwiegend in Richtungen, die Komponenten in Richtung der Vertikale S haben. Dadurch wird einer auftriebsbedingten Phasentrennung entgegengewirkt. Bei horizontaler Anordnung eines der beiden Einbauteile 1 oder 2 wäre eine derartige Kompensierung durch dieses Einbauteil nicht gegeben.

In den Fig. 3 bis 5 ist die kongruente Ausgestaltung der Einbauteile 1 und 2 verdeutlicht. Sowohl aus der Vorder- als auch aus der Draufsicht ist ersichtlich, daß die Einbauteile 1 und 2 aus einer Anzahl n Wirkelementen (im vorliegenden Fall sind es die Wirkelemente 1.1 bis 1.7 bzw. 2.1 bis 2.7) geformt sind. Letztere sind als ebene Flächenelemente mit der Lamellendicke s1 bzw. s2 ausgebildet, wobei sie jeweils betragsmäßig um den gleichen Neigungswinkel β gegen die Rohr achse A geneigt sind. Die Kongruenz der Einbauteile 1 und 2 ergibt sich aus der Tatsache, daß im dargestellten Aus­ führungsbeispiel die Breiten b1 und b2 gleich sind. Wei­ terhin ist aus der Seitenansicht (Fig. 5) zu ersehen, daß die Erstreckungsebenen I und II der Einbauteile 1 bzw. 2 einen Anordnungswinkel β = 90 Grad bilden. Die Länge eines Einbauteiles 1,2 ist mit L bezeichnet, wobei diese sich zwangsläufig aus der Länge l eines Wirkelementes, gemessen in Richtung der Rohrachse A, und der Anzahl n der vorgese­ henen Wirkelemente ergibt. Weiterhin wird aus den drei Fi­ guren deutlich, daß sich die Wirkelemente bandförmig und im Wechsel zwischen gegenüberliegenden Rohrwänden (Innendurchmesser D) und rohraxial erstrecken. Im darge­ stellten speziellen Ausführungsbeispiel (gleiche Breite, gleiche Lamellendicke und gleiche Neigungswinkel α) ergibt sich die maximal mögliche Breite der Einbauteile 1,2 zu bmax = D/(5)**1/2.

Wie vorstehend bereits dargelegt, ergibt diese spezielle Ausgestaltung besonders einfache und damit kostengünstige Einbauteile 1,2. Die dieser speziellen Ausgestaltung zu­ grunde liegenden Bedingungen (gleiche Breite b, gleiche La­ mellendicke s, gleiche Neigungswinkel α) können jedoch ohne weiteres fallengelassen werden. Die Einbauteile 1 und 2 können, wie dies die Bezeichnungen in den Fig. 3 bis 5 verdeutlichen, mit unterschiedlicher Breite b1 bzw. b2 (auch veränderlichen innerhalb eines Einbauteiles), unterschied­ licher Lamellendicke s1 bzw. s2 und unterschiedlichem Neigungswinkel α1*, α1** bzw. α2*, α2** ausgebildet werden.

Es hat sich in Experimenten gezeigt, daß ein vom Neigungs­ winkel α = 45 Grad nach oben oder unten abweichender Winkel nur unwesentlich den Stoffübergang bzw. das Mischungs­ ergebnis beeinflußt. Dies legt die Schlußfolgerung nahe, daß weniger die wirkliche Länge des Wirkelementes ausschlagge­ bend ist als seine in den Rohrquerschnitt projizierte Länge. Diese ist aber bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung, falls sich die Wirkelemente von Rohrwand zu Rohrwand erstrecken, annähernd dem Innendurchmesser D des Rohres 5 gleich und damit unabhängig vom Neigungswinkel. Für die Wahl des Nei­ gungswinkels β ist weniger seine Einflußnahme auf den Stoff­ austausch bzw. das Mischungsergebnis als seine Auswirkung auf die Verflechtungsmöglichkeit bzw. das Ineinanderfügen der Einbauteile 1, 2 und den Druckverlust maßgebend. Mit einem über α = 45 Grad wesentlich hinausgehenden Winkel wird die formschlüssige Verflechtung der Einbauteile 1,2 miteinander erheblich erschwert. Ein wesentlich unter dem Neigungswinkel α = 45 Grad liegender Winkel führt zu einer Zunahme der Länge L des statischen Mischers, die in der Regel unerwünscht ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Neigungswinkel α = 45 Grad auszuführen, wie dies die Fig. 3 und 4 verdeutlichen.

Die aus den Fig. 3 bis 5 ersichtliche Breite b1= b2 = b der Einbauteile 1, 2 entspricht der maximal möglichen Breite bmax = D/(5)**1/2. Der vorgenannten mathematische Zusam­ menhang ergibt sich in naheliegender Weise aus den der An­ ordnung zugrundeliegenden Geometriebedingungen.

Falls die Breite b erheblich gegenüber der maximal möglichen Breite bmax reduziert wird, ist es beispielsweise auch möglich, drei Einbauteile unter den gemäß der Erfindung vor­ geschlagenen Bedingungen innerhalb des Rohres 5 mit dem In­ nendurchmesser D anzuordnen.

Die Einbauteile 1, 2 sind am Anfang B ihrer rohraxialen Er­ streckung (Fig. 3, Vorderansicht) und am Ende C (Fig. 4, Draufsicht) miteinander verbunden. Am Ende C ist darüber­ hinaus eine Verbindung mit dem Rohr 5 vorgesehen.

Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen den statischen Mischer mit einem zentralen Stützelement 6 und vier Einbauteilen 1 bis 4. Jedes dieser Einbauteile erstreckt sich mit seinen zugeordneten Wirkelementen 1.1 bis 1.n bzw. 2.1 bis 2.n bzw. 3.1 bis 3.n bzw. 4.1 bis 4.n im Wechsel zwischen einer In­ nenwand des Gehäuses 5 und der benachbarten Außenkontur des Stützelementes 6. Die Einbauteile sind nicht, wie jene der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 5, miteinander verflochten, sie stehen jedoch im Bereich des Stützelementes 6 teilweise miteinander im Eingriff. Hinsichtlich der Ver­ bindung der Einbauteile 1 bis 4 miteinander und mit dem Ge­ häuse 5 gilt sinngemäß das, was in diesem Zusammenhang bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 5 bereits aus­ geführt wurde. Unterhalb einer Breite, bei der sich die in Frage kommenden Einbauteile gegenseitig berühren oder gar durchdringen, ist deren Montage im Gehäuse von der jewei­ ligen Breitenwahl völlig unabhängig und ohne Schwierigkeiten möglich, da eine Verflechtung der Einbauteile im Sinne eines gegenseitigen Durchgriffes nicht mehr vorliegt. Die übrigen nicht näher erläuterten Bezugszeichen erklären sich aus der diesbezüglichen Beschreibung der Fig. 1 bis 5.

In Fig. 9 ist ein statischer Mischer dargestellt, bei dem eine Kombination von Einbauteilen 1, 2 in Mehrfachanordnung (vierfach) vorgesehen ist. Dabei halbiert die Vertikale S der Einbauteile 1, 2 den Anordnungswinkel β, so daß Paral­ lelität zwischen der Vertikalen S des Gehäusequerschnittes und den jeweiligen Vertikalen S der miteinander kombinierten Einbauteile 1, 2 gegeben ist.

Gemäß den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungs­ formen des vorgeschlagenen statischen Mischers sind die Wirkelemente eines Einbauteiles mit einer im wesentlichen jeweils einheitlichen Breite ausgebildet. Die Erfindung soll sich allerdings nicht ausschließlich auf diese geometrische Ausgestaltung beschränken. Von der Erfindung sollen auch solche Ausgestaltungen der Einbauteile erfaßt werden, bei denen die Einbauteile jeweils eine veränderliche Breite aufweisen. Die Breitenänderung kann dabei stetig oder unstetig erfolgen, wobei miteinander verflochtene oder miteinander im Eingriff befindliche Einbauteile eine gegenläufige Breitenänderung aufweisen können. Die letztgenannte Ausgestaltung ermöglicht es, in ihrer Breite veränderliche Einbauteile aus einem Materialstreifen konstanter Breite herzustellen.

Desweiteren haben sich die vorstehend beschriebenen Aus­ führungsbeispiele des statischen Mischers gemäß der Erfin­ dung auf solche Einbauteile beschränkt, bei denen die Falt­ kante benachbarter Wirkelemente rechtwinklig zur Richtung, in der sich die Einbauteile innerhalb ihrer Ebene erstrec­ ken, orientiert ist. Von der Erfindung sollen jedoch auch Faltungen erfaßt werden, die vom vorstehend erwähnten rechten Winkel abweichen. Dies ist möglich, ohne daß die Richtung der Erstreckung der Einbauteile innerhalb ihrer Ebene verlassen wird, wenn sich der vom rechten Winkel ab­ weichende Faltwinkel alternierend ändert.

Claims (14)

1. Statischer Mischer zum Vermischen von fließfähigen Stof­ fen innerhalb eines rohrartigen Gehäuses, mit wenigstens zwei Einbauteilen in dem Gehäuse, von denen jedes ein­ teilig und bandförmig ist und eine lamellenartige Form relativ geringer Dicke aufweist und aus einer Anzahl n von Wirkelementen geformt ist, wobei die Einbauteile miteinander verflochten sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß sich die Wirkelemente (1.1 bis 1.n bzw. 2.1 bis 2.n) im Wechsel zwischen gegenüberliegenden Gehäuse­ wänden erstrecken,
• - daß sich jedes Einbauteil (1, 2) im eingebauten Zu­ stand in einer Ebene (I bzw. II) erstreckt, und
• - daß die Ebenen der Einbauteile einen Anordnungswinkel β miteinander bilden.

2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkelemente eines Ein­ bauteiles (1, 2) eben und mit einer im wesentlichen je­ weils einheitlichen Lamellendicke (s1; s2) und einer im wesentlichen jeweils einheitlichen Breite (b1; b2) aus­ gebildet sind, und daß jedes zweite Wirkelement eines Einbauteiles jeweils mit der Gehäuseachse (A) den glei­ chen Neigungswinkel (α1*, α1**; α2*, α2**) bildet.

3. Statischer Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wirkelement der Einbauteile (1, 2) betragsmäßig um den gleichen Neigungswinkel (α) gegen die Gehäuseachse (A) geneigt ist.

4. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht vertikaler Anord­ nung der Gehäuseachse (A) des statischen Mischers die Einbauteile (1, 2) derart im Gehäusequerschnitt ange­ ordnet sind, daß die Vertikale (S) den Anordnungswinkel (β) halbiert.

5. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) zylindrisch, als Rohr, dessen Umfangskontur aus einer Aneinanderrei­ hung unterschiedlicher Krümmungsradien besteht, oder als Rohr mit regel- oder unregelmäßigem Vieleckquerschnitt ausgebildet ist.

6. Statischer Mischer nach Anspruch 3 oder 4 und in der Ausbildung mit einem zylindrischen Rohr mit dem Innen­ durchmesser (D), dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauteile (1,2)
mit einer Breite b1 = b2 = b < bmax = D/(5)**1/2,
die Lamellendicke mit s1 = s2 = s,
der Neigungswinkel α = 45 Grad und
der Anordnungswinkel β = 90 Grad
ausgeführt sind.

7. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauteile (1, 2) durch Umformen (wie Biegen, Falten, Abkanten, Schmieden, Gesenkschmieden, Prägen, Tiefziehen) oder Urformen (wie Gießen, Feingießen, Druckgießen) hergestellt sind.

8. Statischer Mischer mit durch Umformen hergestellten Ein­ bauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauteile (1,2) aus vorgeformtem Halbzeug in gewellter oder gezackter Aus­ gestaltung hergestellt sind.

9. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Ein­ bauteile (1, 2) eine Feinstrukturierung in Form von ober­ flächenglatten Erhebungen und Vertiefungen aufweist.

10. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauteile (1, 2) am Anfang ihrer rohraxialen Erstreckung miteinander und am Ende ihrer rohraxialen Erstreckung miteinander und mit dem Gehäuse (5) verbunden sind.

11. Statischer Mischer zum Vermischen von fließfähigen Stoffen innerhalb eines rohrartigen Gehäuses, mit mehr als zwei Einbauteilen in dem Gehäuse, von denen jedes einteilig und bandförmig ist und eine lamellenartige Form relativ geringer Dicke aufweist und aus einer Anzahl n von Wirkelementen geformt ist, wobei die Einbauteile im Eingriff miteinander sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß wenigstens drei Einbauteile (1, 2, 3) vorgesehen sind,
• - daß sich die Wirkelemente (1.1 bis 1.n; 2.1 bis 2.n; 3.1 bis 3.n) im Wechsel zwischen einer Gehäusewand und einem in oder im näheren Bereich der Gehäuseachse (A) angeordneten Stützelement (6) erstrecken,
• - daß sich jedes Einbauteil (1, 2, 3) im eingebauten Zu­ stand jeweils in einer Ebene (I bzw. II bzw. III) erstreckt, und
• - daß die Ebenen der Einbauteile einen Anordnungswinkel (β) miteinander bilden.

12. Statischer Mischer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine geradzahlige Anzahl von Einbauteilen vorge­ sehen ist, und
• - daß sich jeweils zwei Einbauteile in einer Ebene erstrecken, wobei die beiden einer Ebene zugeordneten Einbauteile jeweils durch das Stützelement (6) vonein­ ander getrennt sind.

13. Statischer Mischer nach Anspruch 11 oder 12, gekenn­ zeichnet durch die Merkmale eines Anspruchs oder mehre­ rer Ansprüche der Ansprüche 2 bis 10.

14. Statischer Mischer unter Anwendung von in den Ansprüchen 1 bis 13 gekennzeichneten Einbauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (5) und im wesentlichen parallel zu seiner Gehäuseachse (A) eine Kombination von Einbauteilen, die miteinander verflochten oder miteinander im Eingriff sind, in Mehrfachanordnung vorgesehen ist.