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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Mischen zweier
oder mehrerer Fluide und insbesondere ein statisches Mischelement
und ein Verfahren zum Mischen solcher Fluide.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Mischen zweier oder mehrerer Fluide wird durch herkömmliche
dynamische Mischer mit sich bewegenden Teilen und durch herkömmliche statische
Mischer mit stationären
Teilen erreicht. Nachteile der dynamischen Mischer schließen eine erhöhte Wartung
und Reparatur ein.
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Bekannte
Verfahren zum Mischen zweier oder mehrerer Fluide schließen ein
Anordnen eines herkömmlichen
statischen Mischelements in einem Rohr und ein Einführen der
Fluide in das Rohr stromaufwärts
von dem statischen Mischelement ein. Das herkömmliche statische Mischelement
ist in dem Rohr befestigt oder ist an einem Abschnitt des Rohres
befestigt, welcher dann an Stromaufwärts- und Stromabwärtsrohrabschnitte
angefügt
wird.
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Bekannte
statische Mischelemente schließen
solche mit senkrecht miteinander verflochtenen Mischblättern mit
planaren Blattoberflächen
ein, die um 45° in
die Richtung des Fluidstroms geneigt sind. U.S.-A-5 971 603 offenbart
einen Mischer dieses Typs. Typischerweise sind die Fluide Flüssigkeiten. Die
Fluide werden vermischt, wenn sie durch die Öffnungen zwischen den Mischblättern gelangen.
Das Mischen wird durch Erhöhen
der Länge
des statischen Mischelements oder durch Zufügen zusätzlicher statischer Mischelemente
verbessert, jedoch erhöht
dies den Druckabfall. Hochviskositätsfluide sind typischerweise
schwieriger zu vermischen als Niederviskositätsfluide. Es ist ebenfalls
schwierig, ein Niederviskositätsfluid
und ein Hochviskositätsfluid
zu vermischen.
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Es
wird eine Vorrichtung und ein wirksames Verfahren zum besseren Vermischen
zweier oder mehrerer Fluide benötigt,
insbesondere wenn die Fluide stark voneinander abweichende Viskositäten aufweisen,
wie wenn ein Fluid eine niedrige Viskosität aufweist und ein anderes
Fluid ein hochviskoses Fluid ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
Erscheinung der Erfindung wird ein statisches Mischelement bereitgestellt,
welches umfasst:
- a) eine Richtströmungsachse,
welche durch den Schwerpunkt des statischen Mischelements führt und
welche in eine beabsichtigte Stromabwärtsrichtung gegenüberliegend
einer beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung
weist; und
- b) eine Vielzahl von miteinander verflochtenen statischen Mischblättern, jedes
mit einer konkaven Seite, die im allgemeinen in der beabsichtigten
Stromaufwärtsrichtung
mit einem spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung
liegt,
wobei eine Ebene senkrecht zu und sich bewegend in
die Richtung der Richtströmungsachse
zuerst und im allgemeinen gleichzeitig eine Untermenge der statischen
Mischblätter
treffen wird, wobei einige der statischen Mischblätter der
Untermenge mit einem positiven spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte
Stromaufwärtsrichtung
angeordnet sind und der Rest der statischen Mischblätter der
Untermenge mit einem negativen spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte
Stromaufwärtsrichtung
angeordnet ist.
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Die
miteinander verflochtenen statischen Mischblätter können einschließen:
eine
erste Gruppe von beabstandeten und allgemein ausgerichteten Blattschichten,
wobei jede Blattschicht der ersten Gruppe eine Vielzahl von beabstandeten
und allgemein ausgerichteten statischen Mischblättern mit jeweils einer konkaven
Seite aufweist, die im allgemeinen in der beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung
mit einem spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung liegt;
und
eine zweite Gruppe von beabstandeten und allgemein ausgerichteten
Blattschichten, wobei die Blattschichten der zweiten Gruppe im allgemeinen
senkrecht zu den Blattschichten der ersten Gruppe ausgerichtet sind,
wobei jede Blattschicht der zweite Gruppe eine Vielzahl von beabstandeten
und allgemein ausgerichteten statischen Mischblättern jeweils mit einer konkaven
Seite aufweist, die allgemein in der beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung
mit einem spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung
liegt, und wobei die statischen Mischblätter der Blattschichten der
zweiten Gruppe mit den statischen Mischblättern der Blattschichten der
ersten Gruppe miteinander verflochten und verbunden sind,
wobei
eine Ebene senkrecht zu und sich bewegend in die Richtung der Richtströmungsachse
zuerst und im allgemeinen gleichzeitig wenigstens ein statisches Mischblatt
aus jeder der wenigstens zwei Blattschichten jeder der ersten und
zweiten Gruppe treffen wird.
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Gemäß einer
anderen Erscheinung der Erfindung wird ein Verfahren zum Mischen
erster und zweiter Fluide bereitgestellt, welches die Schritte umfasst:
- a) Erhalten eines Rohres;
- b) Erhalten eines statischen Mischelements, wobei das statische
Mischelement eine Richtströmungsachse
einschließt,
die durch den Schwerpunkt des statischen Mischelements führt und welche
in eine beabsichtigte Stromabwärtsrichtung
gegenüberliegend
einer beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung
weist, und wobei das statische Mischelement eine Vielzahl von miteinander verflochtenen
statischen Mischblättern
mit jeweils einer konkaven Seite einschließt, die im allgemeinen in der
beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung mit
einem spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung
liegt;
- c) Anordnen des statischen Mischelements in dem Rohr mit der
Richtströmungsachse,
die stromabwärts
zeigt,
- d) Anordnen des ersten Fluids in dem Rohr stromaufwärts von
dem statischen Mischelement; und
- e) Anordnen des zweiten Fluids in dem Rohr stromaufwärts von
dem statischen Mischelement.
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Mehrere
Nutzen und Vorteile werden aus der Erfindung erhalten. Die Verwendung
statischer Mischblätter
mit einer konkaven, allgemein stromabwärts gerichteten Oberfläche mit
einem spitzen Winkel resultierte in einem besseren Vermischen als
es bei Verwendung der flachen Blätter
aus dem Stand der Technik erzielt wird. Bei Experimenten, die das Mischen
von Wasser und Maissirup einschließen, zeigten die gekrümmten Blätter der
Erfindung eine etwa zwölf-prozentige
Verbesserung der Vermischung gegenüber den flachen Blättern aus
dem Stand der Technik für
ein vertikales Vermischen (d. h. wenn die zwei Fluide vertikal stromaufwärts strömten) und
zeigten eine über
dreißig-prozentige
Verbesserung der Vermischung für
ein horizontales Vermischen (d. h. wenn die zwei Fluide horizontal strömten). Sogar
eine zwölf-prozentige
Verbesserung ist beträchtlich
und bedeutet, daß elf
statische Mischelemente mit den gekrümmten Blättern der Erfindung die gleiche
oder eine bessere Vermischung bereitstellen als zwölf statische
Mischelemente mit den flachen Blättern
aus dem Stand der Technik. Der Druckabfall aus den gekrümmten Blättern der
Erfindung war etwa fünf
Prozent kleiner als derjenige der flachen Blätter aus dem Stand der Technik.
Der geringere Druckabfall kann in einem erhöhten Durchsatz in solchen Anwendungen
resultieren, wo es wünschenswert
ist, den Druckabfall für
eine gegebene statische Mischelementlänge zu minimieren, und bedeutet
ein Mischelement mit einer kürzeren
Länge in solchen
Anwendungen, wo die Länge
anstelle des geringeren Druckabfalls der entscheidende Designparameter
ist. Es wird erwähnt,
daß Vergleiche
der Mischleistung von gekrümmten
und flachen Blättern für statische
Mischelemente identischer Länge
(gemessen entlang der Richtströmungsachse)
mit dem gleichen Blattschnittpunktbereich und dem gleichen Zwischenbereich
zwischen den Blättern
durchgeführt wurden.
Die Anmelder haben gefunden, daß mehr Tröpfchen eines
Niederviskositätsfluids
(des Wassers) zu den Rohrwänden
durch Querstromfluß durch
die gekrümmten
Blätter
der Erfindung als durch die flachen Blätter aus dem Stand der Technik
getrieben wurden. Die Anmelder haben ebenfalls gefunden, daß die Tröpfchen des
Niederviskositätsfluids (des
Wassers) dazu tendieren, um die flachen Blätter aus dem Stand der Technik
näher zu
dem Mittelbereich des Rohres zu migrieren, als daß sie in
Querstromfluß in
Richtung auf die Rohrwand getrieben werden. Dies hat die Anmelder
dazu geführt,
die Theorie aufzustellen, daß eine
Verbesserung des Querstromflusses in Richtung auf die Rohrwand die
Verbesserung der Vermischung der gekrümmten Blätter der Erfindung erklärt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des statischen Mischelements der
Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht, die entlang der Linie 2-2 in 1 aufgenommen
ist;
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3 ist
eine Ansicht, die entlang der Linie 3-3 in 1 aufgenommen
ist;
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4 ist
eine Aufrißansicht,
die entlang der Linie 4-4 in 1 aufgenommen
ist;
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5 ist
ein Blockdiagramm eines bevorzugten Verfahrens der Erfindung zum
Vermischen erster und zweiter Fluide; und
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6 ist
eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der statischen Mischelementanordnung der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist in 1 bis 4 gezeigt.
Eine erste Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
ein statisches Mischelement 10. Das statische Mischelement 10 weist
eine Richtströmungsachse 12 auf,
die durch den Schwerpunkt 14 des statischen Mischelements 10 führt und
die in eine beabsichtigte Stromabwärtsrichtung 16 gegenüberliegend einer
beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung 18 zeigt. Es
wird erwähnt,
daß wenn
das statische Mischelement 10 in einem Rohr (nicht gezeigt)
angeordnet ist, in welchem zwei oder mehrere Fluide (nicht gezeigt) strömen, das
statische Mischelement 10 so angeordnet ist, daß die Richtströmungsachse 12 stromabwärts zeigt,
wodurch die beabsichtigte Stromabwärtsrichtung 16 stromabwärts zeigt
und die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 stromaufwärts zeigt.
Das statische Mischelement 10 weist ebenfalls eine Vielzahl
von miteinander verflochtenen statischen Mischblättern (im allgemeinen durch
das Zeichen 20 in den Figuren identifiziert) jeweils mit
einer konkaven Seite 22 auf, die im allgemeinen in die
beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 mit
einem spitzen Winkel (d. h. einem Winkel von kleiner als 90°) in bezug
auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 zeigt.
Zur Veranschaulichung wird erwähnt,
daß die
miteinander verflochtenen statischen Mischblätter 20 den Fingern
einer Person angepasst werden können,
wenn eine Person seine oder ihre Hände zusammengreift oder faltet,
mit ineinander greifenden Fingern, jedoch die Finger gerade und
nicht gekrümmt
hält. Mit "im allgemeinen in
die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 zeigend" ist gemeint, daß Fluid,
das in der Richtung der Richtströmungsachse 12 strömt, auf
die konkave Seite 22 der Blätter 20 und nicht
die gegenüberliegende
Seite der Blätter 20 trifft. Eine
Ebene (d. h. eine geometrische Ebene) senkrecht zur und sich bewegend
in Richtung der Richtströmungsachse 12 wird
zunächst
und im allgemeinen gleichzeitig eine Untermenge (Blätter 24, 26, 28 und 30,
wie in 1 zu sehen ist) der statischen Mischblätter 20 treffen.
Einige (Blätter 24 und 28,
wie in 1 zu sehen ist) der statischen Mischblätter 20 der
Untermenge sind mit einem positiven spitzen Winkel in bezug auf
die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung
(18) positioniert (d. h. die konkave Seite 22 solcher
Blätter 24 und 28 in 1 ist
geneigt in einer Richtung im Uhrzeigersinn mit einem spitzen Winkel von
der beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung 18 gezeigt),
und der Rest (Blätter 26 und 30,
wie in 1 zu sehen ist) der statischen Mischblätter 20 der
Untermenge ist mit einem negativen spitzen Winkel in bezug auf die
beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 positioniert
(d. h. die konkave Seite 22 solcher Blätter 26 und 30 in 1 ist
in einer Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn mit einem spitzen Winkel
von der beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung 18 abgesenkt).
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Es
wird erwähnt,
daß die
Blätter 20,
einschließend
die stromaufwärtigsten
Bereiche der Blätter 26 und 28,
sich stromabwärts
bewegendes Fluid in eine Querstromrichtung in Richtung auf eine
umgebende Rohrwand (nicht gezeigt) umlenken werden, wie von dem
Fachmann erkannt werden kann. Bevorzugt sind die miteinander verflochtenen
statischen Mischblätter 20 allgemein
senkrecht miteinander verflochtene statische Mischblätter. Es
ist ebenfalls bevorzugt, daß der
Absolutwert des spitzen Winkels im allgemeinen 45° für jedes
der statischen Mischblätter 20 ist.
Bevorzugt ist der Schwerpunkt 14 des statischen Mischelements 10 der
Schwerpunkt der Gesamtheit der statischen Mischblätter 20.
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Eine
zweite Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
für ein
statisches Mischelement 10. Das statische Mischelement 10 weist
eine Richtströmungsachse 12 auf,
die durch den Schwerpunkt 14 des statischen Mischelements 10 führt und
die in eine beabsichtigte Stromabwärtsrichtung 16 gegenüberliegend
einer beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung 18 zeigt.
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Das
statische Mischelement 10 weist ebenfalls eine erste Gruppe 32 von
beabstandeten und allgemeinen ausgerichteten Blattschichten 34, 36 und 38 auf.
Jede Blattschicht 34, 36 und 38 der ersten Gruppe 32 weist
eine Vielzahl von beabstandeten und im allgemeinen ausgerichteten
statischen Mischblättern 20 jeweils
mit einer konkaven Seite 22 auf, die im allgemeinen in
die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 mit
einem spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 zeigt. Beispielsweise
enthält
Blattschicht 34 Blätter 40, 42, 44 und 46,
wie in 2 zu sehen ist.
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Das
statische Mischelement 10 weist ferner eine zweite Gruppe 48 von
beabstandeten und allgemein ausgerichteten Blattschichten 50, 52 und 54 auf.
Die Blattschichten 50, 52 und 54 der
zweiten Gruppe 48 sind allgemein senkrecht zu den Blattschichten 34, 36 und 38 der
ersten Gruppe 32 ausgerichtet. Jede Blattschicht 50, 52 und 54 der
zweiten Gruppe 48 weist eine Vielzahl von beabstandeten und
allgemein ausgerichteten statischen Mischblättern 20 jeweils mit
eine konkaven Seite 22 auf, die im allgemeinen in der beabsichtigten
Stromaufwärtsrichtung 18 mit
einem spitzen Winkel in bezug auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 liegt.
Beispielweise enthält
die Blattschicht 54 Blätter 56, 58, 60 und 62,
wie in 3 zu sehen ist. Die statischen Mischblätter 20 der
Blattschichten 50, 52 und 54 der zweiten
Gruppe 48 sind mit den statischen Mischblättern 20 der
Blattschichten 34, 36 und 38 der ersten Gruppe 32 verflochten
und verbunden. Eine Ebene (d. h. eine geometrische Ebene) senkrecht
zu und sich bewegend in die Richtung der Richtströmungsachse 12 wird
zuerst und im allgemeinen gleichzeitig wenigstens ein statisches
Mischblatt von jeder der wenigstens zwei Blattschichten jeder der
ersten und zweiten Gruppe treffen. Wie beispielsweise aus 1 bis 3 erkannt
werden kann, wird die Ebene so Blatt 24 der Schicht 36 und
Blatt 28 der Schicht 38 der ersten Gruppe 32 und
Blatt 26 der Schicht 50 und Blatt 30 der
Schicht 52 der zweiten Gruppe 48 treffen.
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Es
wird erwähnt,
daß die
Blätter 20,
einschließend
die stromaufwärtigsten
Bereiche der Blätter 26 und 28,
sich stromabwärts
bewegendes Fluid in eine Querstromrichtung in Richtung auf eine
umgebende Rohrwand (nicht gezeigt) umlenken werden, wie von dem
Fachmann erkannt werden kann. Bevorzugt ist der spitze Winkel der
statischen Mischblätter 20 jeder
Blattschicht 34, 36 und 38 der ersten
Gruppe 32 im allgemeinen plus 45°, und der spitze Winkel der statischen
Mischblätter 20 jeder
Blattschicht 50, 52 und 54 der zweiten
Gruppe 48 ist im allgemeinen minus 45°. In einer bevorzugten Konstruktion
weisen die statischen Mischblätter 20 jeder
Blattschicht der ersten und zweiten Gruppen eine konvexe Seite 64 auf,
die der konkaven Seite 22 gegenüberliegt, und weisen eine im
allgemeinen einheitliche Blattdicke zwischen den konvexen und konkaven
Seiten 64 und 22 auf. Obwohl es in den Figuren
nicht gezeigt ist, erstreckt sich bevorzugt die konkave Seite 22 weiter
in einem Bogen als die konvexe Seite 64, so daß die konkaven
und konvexen Seiten 22 und 64 jedes statischen
Mischblatts 20 durch zwei vertikale Ränder anstelle von den zwei
horizontalen Rändern,
die in 2 und 3 gezeigt sind, miteinander
verbunden sind.
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In
einem bevorzugten Design weist die erste Gruppe 32 wenigstens
drei Blattschichten 34, 36, 38 auf, einschließend zwei äußerste Blattschichten 34 und 38 und
wenigstens eine Zwischenblattschicht 36, die zwischen den
zwei äußersten
Blattschichten 34 und 38 der ersten Gruppe 32 angeordnet
ist. Ebenfalls weist die zweite Gruppe 48 wenigstens drei Blattschichten 50, 52 und 54 auf,
einschließend
zwei äußerste Blattschichten 50 und 54 und
wenigstens eine Zwischenblattschicht 52, die zwischen den
zwei äußersten
Blattschichten 50 und 54 der zweiten Gruppe 48 angeordnet
ist. Die statischen Mischblätter 20 der äußersten
Blattschichten 34 und 38 der ersten Gruppe 32 sind
der Länge
nach kürzer
als die statischen Mischblätter 20 der
wenigstens einen Zwischenblattschicht 36 der ersten Gruppe 32.
Ebenfalls sind die statischen Mischblätter 20 der äußersten Blattschichten 50 und 54 der
zweiten Gruppe 48 der Länge
nach kürzer
als die statischen Mischblätter 20 der
wenigstens einen Zwischenblattschicht 50 der zweiten Gruppe 48.
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Bevorzugt
weist die konkave Seite 22 jedes statischen Mischblatts 20 einen
im allgemeinen konstanten Krümmungsradius
auf. In einem bevorzugten Design, und wie es in 2 und 3 zu
sehen ist, ist die konkave Seite 22 wenigstens eines der
statischen Mischblätter
jeder Blattschicht jeder der ersten und zweiten Gruppen eine im
allgemeinen halbkreisförmige
konkave Seite. Bevorzugt ist eine im allgemeinen halbkreisförmige konkave
Seite eine konkave Seite, welche zwischen 130° und 180° eines Vollkreises ausmacht.
Beispielsweise weist die konkave Seite 22 des Blattes 40 der
Schicht 34 der ersten Gruppe 32 eine halbkreisförmige Form
auf, wie in 2 zu sehen ist. In einer bevorzugten
Geometrie, und wie es in 4 zu sehen ist, weisen die statischen
Mischblätter 20 der
Blattschichten der ersten und zweiten Gruppen zusammen einen im
allgemeinen kreisförmigen
Umriss auf, wenn sie entlang der Richtströmungsachse 12 betrachtet
werden (d. h. wenn auf die Vorderseite des statischen Mischelements 10 geschaut
wird, was das gleiche ist, als wenn stromabwärts am statischen Mischelement 10 geschaut
wird).
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Ein
bevorzugtes Verfahren der Erfindung ist in 5 gezeigt.
Eine erste Darstellung des bevorzugten Verfahrens der Erfindung
ist zum Vermischen erster und zweiter (oder mehrerer) Fluide und schließt Schritte
a) bis e) ein, welche in dem Blockdiagramm in 5 dargestellt
sind. Schritt a) ist in Block 66 der 5 als "Erhalten eines Rohres" gezeigt. Schritt
a) schließt
den Schritt des Erhaltens eines Rohres ein. Typischerweise weist
das Rohr einen kreisförmigen
Querschnitt auf, wenn es stromabwärts oder stromaufwärts betrachtet
wird.
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Schritt
b) ist in Block 68 der 5 als "Erhalten eines statischen
Mischelements" gezeigt.
Schritt b) schließt
den Schritt des Erhaltens eines statischen Mischelements 10 ein.
Das statische Mischelement weist eine Richtströmungsachse 12 auf,
die durch den Schwerpunkt 14 des statischen Mischelements 10 führt und
die in eine beabsichtigte Stromabwärtsrichtung 16 gegenüberliegend
einer beabsichtigten Stromaufwärtsrichtung 18 weist.
Das statische Mischelement 10 weist ebenfalls eine Vielzahl
von miteinander verflochtenen statischen Mischblättern (im allgemeinen durch
die Zahl 20 in den Figuren identifiziert) jeweils mit einer
konkaven Seite 22 auf, die im allgemeinen in der beabsichtigten
Stromaufwärtsrichtung 18 mit
einem spitzen Winkel (d. h. einem Winkel kleiner als 90°) in bezug
auf die beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 liegt.
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Schritt
c) ist in Block 70 der 5 als "Anordnen von statischem
Mischelement in Rohr" gezeigt. Schritt
c) schließt
das Anordnen des statischen Mischelements 10 in einem Rohr
mit der Richtströmungsachse 12,
die stromabwärts
zeigt, ein. Schritt d) ist in Block 72 der 5 als
ein "Anordnen eines ersten
Fluids in Rohr" gezeigt.
Schritt d) schließt
das Anordnen des ersten Fluids in dem Rohr stromaufwärts von
dem statischen Mischelement 10 ein. Schritt e) ist in Block 74 der 5 als "Anordnen eines zweiten
Fluids im Rohr" gezeigt.
Schritt e) schließt
das Anordnen des zweiten Fluids in dem Rohr stromaufwärts von
dem statischen Mischelement 10 ein.
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In
der ersten Darstellung des bevorzugten Verfahrens der Erfindung
wird eine Ebene (d. h. eine geometrische Ebene) senkrecht zu und
sich bewegend in die Richtung der Richtströmungsachse 12 zuerst
und im allgemeinen gleichzeitig eine Untermenge (Blätter 24, 26, 28 und 30,
wie in 1 zu sehen ist) der statischen Mischblätter 20 treffen.
Einige (Blätter 24 und 28 wie
in 1 zu sehen ist) der statischen Mischblätter 20 der
Untermenge sind mit einem positiven spitzen Winkel in bezug auf
beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 positioniert,
und der Rest (Blätter 26 und 30,
wie in 1 zu sehen ist) der statischen Mischblätter 20 der
Untermenge ist mit einem negativen spitzen Winkel in bezug auf die
beabsichtigte Stromaufwärtsrichtung 18 positioniert.
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Es
wird erwähnt,
daß in
der bevorzugten Anordnung, die in dem vorherigen Absatz beschrieben worden
ist, die Blätter 20,
einschließend
die stromaufwärtigsten
Bereiche der Blätter 26 und 28,
ein sich stromabwärts
bewegendes Fluid in eine Querstromrichtung in Richtung auf eine
umgebende Rohrwand (nicht gezeigt) umlenken werden, wie vom Fachmann
erkannt werden kann. Bevorzugt sind die miteinander verflochtenen
statischen Mischblätter 20 im allgemeinen
senkrecht miteinander verflochtene statische Mischblätter. Es
ist ebenfalls bevorzugt, daß der
Absolutwert des spitzen Winkels im allgemeinen 45° für jedes
der statischen Mischblätter 20 ist.
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Eine
zweite Darstellung des bevorzugten Verfahrens der Erfindung ist
zum Vermischen erster und zweiter (oder mehrerer) Fluide und schließt Schritte
a) bis e) ein, die in dem Blockdiagramm der 5 veranschaulicht
sind. Die zweite Darstellung des bevorzugten Verfahrens ist identisch
zu der zuvor beschriebenen ersten Darstellung des bevorzugten Verfahrens
außer
bezüglich
der Beschreibung des statischen Mischelements 10, das in
Schritt b) erhalten wird. In dieser zweiten Darstellung des bevorzugten
Verfahrens ist das statische Mischelement 10, das in Schritt
b) erhalten wird, identisch zu dem statischen Mischelement 10,
das zuvor in der zweiten Darstellung der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden ist. In einer bevorzugten Anwendung
des Verfahrens ist das Verhältnis
der Viskosität
des ersten Fluids zu der Viskosität des zweiten Fluids wenigstens
zehntausend zu eins. Bevorzugt weist der kreisförmige Umriß der statischen Mischblätter 20,
wenn sie entlang der Richtströmungsachse 12 betrachtet
werden, einen Durchmesser von im allgemeinen gleich dem inneren
Durchmesser des Rohres (nicht gezeigt) auf, in welchem das statische
Mischelement 10 angeordnet ist.
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Es
wird erwähnt,
daß es
innerhalb des Geschicks eines Fachmanns auf dem Gebiet ist, ein
Material (oder Materialien) für
das statische Mischelement 10 auszuwählen, welches fest genug ist,
um dem erwarteten Fluidstrom ohne Brechen standzuhalten, und welches
nicht mit irgendeinem beabsichtigten nicht vermischten Fluid oder
mit irgendwelchen resultierenden vermischten Fluiden chemisch wechselwirken
wird. Abhängig
von der Anwendung schließt
die Wahl des Materials bzw. der Materialien rostfreien Stahl und
Kunststoff ein. In einem bevorzugten Design ist die Dicke des Blattes 20 im
allgemeinen einheitlich mit einem Wert von im allgemeinen 0,75 mm
(0,03 inch) bis im allgemeinen 3,75 mm (0,15 inch). Ein bevorzugtes
statisches Mischelement 10 weist exakt zwei Gruppen (d.
h. erste und zweite Gruppen 32 und 48) und exakt
drei Blattschichten 34, 36 und 38 in
seiner ersten Gruppe 32 und exakt drei Blattschichten 50, 52 und 54 in
seiner zweiten Gruppe 48 auf, wie in 1–3 gezeigt ist.
Um in ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 50 mm (2 inch) zu
passen, weist ein bevorzugtes statisches Mischelement 10 eine
Länge (gemessen
entlang der Richtströmungsachse 12)
von im allgemeinen 50 mm (2 inch) auf. Für bestimmte Mischanwendungen
werden zwei oder mehrere statische Mischelemente 10 in
Reihe in dem Rohr angeordnet. Bevorzugt sind die zu vermischenden
Fluide Flüssigkeiten. Jedoch
können
in bestimmten Anwendungen eines oder mehrere oder alle Fluide Gase
sein.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, die in 6 gezeigt ist, ist für eine statische
Mischelementanordnung 76. Die statische Mischelementanordnung 76 schließt erste
und zweite statische Mischelemente 78 und 80 ein.
Das erste statische Mischelement 78 ist identisch zu dem
statischen Mischelement 10 der oben beschriebenen zweiten
Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das
zweite statische Mischelement 80 ist im wesentlichen identisch
zu dem ersten statischen Mischelement 78 und ist angeordnet,
um seine Richtströmungsachse
im wesentlichen übergelagert über der
Richtströmungsachse 82 des
ersten statischen Mischelements 78 aufzuweisen, und wird im
allgemeinen 90° in
bezug auf das erste statische Mischelement 78 um die Richtströmungsachse 82 des
ersten statischen Mischelements 78 gedreht und ist in der
Nähe des
ersten statischen Mischelements 78 angeordnet. Bevorzugt
stößt das zweite
statische Mischelement 80 gegen das erste statische Mischelement 78.
In einem Beispiel ist das zweite statische Mischelement 80 an
dem ersten statischen Mischelement 78 angefügt. Andere
statische Mischelemente (nicht gezeigt) können an die statische Mischelementanordnung
angefügt
werden, wobei das dritte statische Mischelement stromabwärts des
zweiten statischen Mischelements angefügt und im wesentlichen identisch
zu dem ersten statischen Mischelement ausgerichtet ist, wobei das
vierte statische Mischelement stromabwärts der dritten statischen
Mischelementanordnung angefügt
ist und im wesentlichen identisch zu dem zweiten statischen Mischelement ausgerichtet
ist, etc.
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Ein
zweites bevorzugtes Verfahren der Erfindung ist zum Vermischen erster
und zweiter Fluide und schließt
die Schritte der oben beschriebenen zweiten Darstellung eines bevorzugten
Verfahrens der Erfindung ein, wobei "erstes statisches Mischelement 78" "statisches Mischelement 10" ersetzt. Das zweite
bevorzugte Verfahren schließt
ebenfalls mehrere zusätzliche
Schritte ein. Ein erster zusätzlicher Schritt
schließt
ein Erhalten eines zweiten statischen Mischelements 80 ein,
das im wesentlichen identisch ist zu dem ersten statischen Mischelement 78.
Ein zweiter zusätzlicher
Schritt schließt
ein Positionieren des zweiten statischen Mischelements 80 in
dem Rohr stromabwärts
des ersten statischen Mischelements 78 mit der Richtströmungsachse
des zweiten statischen Mischelements 80 zeigend stromabwärts und
mit dem zweiten statischen Mischelements 80 im allgemeinen
90° in bezug
auf das erste statische Mischelement 78 um die Richtströmungsachse 82 des
ersten statischen Mischelements 78 gedreht ein. Bevorzugt
schließt
der zweite zusätzliche
Schritt ein Anordnen des zweiten statischen Mischelements 80 in
Kontakt mit dem ersten statischen Mischelement 78 ein.
Andere statische Mischelemente (nicht gezeigt) können zu dem Verfahren zugefügt werden, wobei
das dritte statische Mischelement stromabwärts dem zweiten statischen
Mischelement angefügt
und im wesentlichen identisch zu dem ersten statischen Mischelement
ausgerichtet ist, wobei das vierte statische Mischelement stromabwärts der
dritten statischen Mischelementanordnung angefügt und im wesentlichen identisch
zu dem zweiten statischen Mischelement ausgerichtet ist, etc.
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Mehrere
Nutzen und Vorteile werden aus der Erfindung erhalten. Die Verwendung
statischer Mischblätter
mit einer konkaven Oberfläche,
die im allgemeinen mit einem spitzen Winkel stromaufwärts zeigt,
resultierte in einem besseren Vermischen als bei demjenigen, das
erhalten wird bei Verwendung der flachen Blätter aus dem Stand der Technik.
In Experimenten, die das Vermischen von Wasser und Maissirup einschlossen,
zeigten die gekrümmten Blätter der
Erfindung etwa eine zwölfprozentige
Verbesserung der Vermischung gegenüber den flachen Blättern aus
dem Stand der Technik für
ein vertikales Vermischen (d. h. wenn die zwei Fluide vertikal nach oben
strömten)
und zeigten eine über
dreißigprozentige
Verbesserung der Vermischung für
ein horizontales Vermischen (d. h. wenn die zwei Fluide horizontal strömten). Sogar
eine zwölfprozentige
Verbesserung ist beträchtlich
und bedeutet, daß elf
statische Mischelemente mit den gekrümmten Blättern der Erfindung die gleiche
oder bessere Vermischung als zwölf
statische Mischelemente mit den flachen Blättern aus dem Stand der Technik
bereitstellen. Der Druckabfall aus den gekrümmten Blättern der Erfindung war etwa fünf Prozent
kleiner als derjenige der flachen Blätter aus dem Stand der Technik.
Der geringere Druckfall kann in einem erhöhten Durchsatz in solchen Anwendungen
resultieren, wo es wünschenswert
ist, einen Druckabfall für
eine gegebene statische Mischelementlänge zu minimieren, und bedeutet
ein statisches Mischelement mit einer kürzeren Länge in solchen Anwendungen,
wo die Länge
anstelle des Druckabfalls der kritische Designparameter ist. Es wird
erwähnt,
daß Vergleiche
der Mischleistung von gekrümmten
und flachen Blättern
für statische
Mischelemente identischer Länge
(gemessen entlang der Richtströmungsachse)
mit dem gleichen Blattschnittpunktbereich und dem gleichen Zwischenbereich zwischen
den Blättern
durchgeführt
wurden. Die Anmelder haben gefunden, daß mehr Tröpfchen eines Niederviskositätsfluids
(des Wassers) zu den Rohrwänden
durch Querstromfluß durch
die gekrümmten Blätter der
Erfindung als durch die flachen Blätter aus dem Stand der Technik
getrieben wurden. Die Anmelder haben ebenfalls gefunden, daß die Tröpfchen des
Niederviskositätsfluids
(des Wassers) dazu tendierten, um die flachen Blätter aus dem Stand der Technik
näher zu
dem Mittelbereich des Rohres zu migrieren, als daß sie in
Querstromfluß in
Richtung auf die Rohrwand getrieben werden. Dies hat die Anmelder
dazu geführt,
die Theorie aufzustellen, daß eine
Verbesserung im Querstromfluß in
Richtung auf die Rohrwand die Verbesserung der Vermischung der gekrümmten Blätter der
Erfindung erklärt.