EP0727249A1 - Statische Mischvorrichtung für hochviskose Medien - Google Patents

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EP0727249A1
EP0727249A1 EP95810073A EP95810073A EP0727249A1 EP 0727249 A1 EP0727249 A1 EP 0727249A1 EP 95810073 A EP95810073 A EP 95810073A EP 95810073 A EP95810073 A EP 95810073A EP 0727249 A1 EP0727249 A1 EP 0727249A1
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mixing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • B01F25/43161—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod composed of consecutive sections of flat pieces of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders

Definitions

  • the invention relates to a static mixing device for highly viscous media, in particular for plastic melts, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a mixing element of such a mixing device and to the use of this device.
  • the mixing element of this device has a structure which is composed of interlocking, intersecting webs, the webs forming two groups of structural elements aligned in parallel.
  • the mixing element 10 of FIG. 1 is composed of the crossing webs 3 and 30.
  • the reference symbol 30 is assigned to the marginal webs.
  • An adjacent mixing element 10 ' is indicated by dash-dotted lines.
  • the elliptical lines 35 and 36 indicate the edges of surfaces that are spanned by webs, not shown. The surfaces with the edges 35 and 36 cross each other.
  • the two mixing elements 10 and 10 ' are the same, but one is arranged rotated by 90 ° with respect to the other about the longitudinal axis.
  • the longitudinal axis runs in the direction of arrow 4, which represents the main direction of flow.
  • marginal webs 30 are omitted according to the invention, two open, segment-shaped marginal regions are formed which lie between the side edges of the lateral webs 31 (see FIG. 3) and the tube wall 2.
  • the medium can flow axially uninhibited through the segment-shaped edge regions. As has been shown experimentally, this measure remains with regard to the mixing quality without a significant negative effect.
  • the marginal webs 30 have been removed and replaced by ribs 5.
  • the reinforcing ribs 5 can have the length of the mixing element 1 (shown in solid lines) or they can have extensions 5a (indicated by dash-dotted lines) which protrude into the adjacent mixing elements 1 'and 1' '.
  • FIG. 4 shows the second case.
  • FIG. 4 where, in addition to the mixing element 1 of FIG. 3, two adjacent mixing elements 1 'and 1' '(with the associated reinforcing ribs 5' and 5 '') can be seen.
  • 5a and 5b the ribs 5, as provided in the mixing elements of FIGS. 3 and 4, are shown as separate parts.
  • the ribs 5 are connected at the points 51 to the side webs 31 (welded in the present example).
  • the ribs 5 can also be formed in the form of continuous bars extending over the entire length of the mixing device.
  • all the webs 3, 31 of the mixing element 1 are of the same width.
  • the distance between the lateral webs 31 and the tube wall 2 in the two segment-shaped edge regions is not greater than a web width.
  • the node lines 32a and 32b which are given by intersections of the webs 3 and 31 (cf. FIG. 1), are advantageously ground in a wedge shape (see FIG. 3). This wedge shape results in a slightly lower pressure gradient during the mixing process.
  • the webs 3 and 31 are advantageously cut to length and through to the crossing points a weld seam joined together. The reason for this measure is the same as for the omission of the marginal webs 30.
  • the modification to the lateral node lines 33 has the additional effect that the pressure gradient is further reduced. There is practically no adverse effect on the mixing quality.
  • FIG. 6 shows an example in which the rib 5 has a transverse extension 50 in its center.
  • the cross section of this extension 50 fills a sector 60 of the segment-shaped edge region between mixing element 1 and tube 2 (cf. FIG. 4).
  • the sector 60 is delimited by an arc 61 of the tube wall, by a partial section 62 of the side surface of the mixing element 1 and by two connecting sections 63 and 64.
  • the mixing element 1 shown in the drawings is provided for a tube 2 with a circular cross section.
  • the invention can of course also be correspondingly applied to mixing devices with other cross-sectional shapes.
  • the mixing element - including the reinforcing ribs - can also be provided as a casting instead of in the form of a welded construction.

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
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Abstract

Die statische Mischvorrichtung für hochviskose Medien umfasst ein Rohr (2) und mindestens ein im Rohr angeordnetes Mischelement (10). Das Rohr definiert eine Hauptfliessrichtung (4) des zu mischenden Mediums. Die Strukturelemente des Mischelements sind im wesentlichen Stege (3, 30), die jeweils mit der Hauptfliessrichtung einen Winkel einschliessen. Erfindungsgemäss ist der Rohrquerschnitt durch das Mischelement nicht vollständig abgedeckt, derart nämlich, dass zwei segmentförmige Randbereiche, die zwischen den Seitenkanten von seitlichen Stegen (3) des Mischelements und der Rohrwand liegen, keine schräg zur Hauptfliessrichtung angeordnete Stege (30) aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine statische Mischvorrichtung für hochviskose Medien, insbesondere für Kunststoffschmelzen, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Mischelement einer derartigen Mischvorrichtung und auf eine Verwendung dieser Vorrichtung.
  • Eine solche Vorrichtung ist aus den Patentschriften CH 642 564 (= P.5473) oder DE 28 08 854 (= P.5285) bekannt. Das Mischelement dieser Vorrichtung weist eine Struktur auf, die sich aus ineinandergreifenden, sich kreuzenden Stegen aufbaut, wobei die Stege zwei Gruppen von parallel ausgerichteten Strukturelementen bilden.
  • Durch die Stege, die am Rand des Mischelements angeordnet sind und dort mit ihrer Aussenkante an der Rohrwand anliegen oder zumindest in deren Nähe liegen, ergibt sich ein Problem: Im Bereich dieser Stege fliesst das zu mischende Medium wesentlich langsamer als im Innenbereich des Mischelements. In den Eckbereichen zwischen den randständigen Stegen und der Rohrwand weist daher das Medium eine relativ lange Verweilzeit auf, die - wie die Praxis gezeigt hat - zu Qualitätseinbussen bei den aus den gemischten Medien erzeugten Produkten führen kann.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, Mittel zu schaffen, mit denen die festgestellten Qualitätseinbussen beseitigt oder zumindest verringert werden können. Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 beziehen sich auf besondere Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemässen Mischvorrichtung. Eine solche Weiterbildung besteht darin, dass Verstärkungsrippen anstelle der randständigen Stege vorgesehen sind. Derartige Verstärkungen sind beim Mischen von hochviskosen Medien besonders vorteilhaft, da die Mischelemente sehr grossen Kräften aufgrund hoher axialer Druckgradienten ausgesetzt sind. Die Ansprüche 7 und 8 betreffen das Mischelement bzw. die Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung für das Mischen und Homogenisieren einer Kunststoffschmelze.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein bekanntes Mischelement in perspektivischer Darstellung,
    Fig. 2
    die Randzone des Mischelements von Fig.1 mit angedeuteten Strömungsverhältnissen,
    Fig. 3
    ein erfindungsgemässes Mischelement, das sich durch eine Änderung des Mischelements von Fig.1 ergibt,
    Fig. 4
    eine Seitenansicht auf erfindungsgemässe, in Serie angeordnete Mischelemente,
    Fig.5a,b
    zwei Verstärkungsrippen und
    Fig. 6
    eine Verstärkungsrippe mit vergrössertem Mittelteil.
  • Das Mischelement 10 der Fig.1 setzt sich aus den sich kreuzenden Stegen 3 und 30 zusammen. Das Bezugszeichen 30 ist den randständigen Stegen zugeordnet. Ein benachbartes Mischelement 10' ist strichpunktiert angedeutet. Die elliptischen Linien 35 bzw. 36 geben die Ränder von Flächen an, die durch nicht dargestellte Stege aufgespannt werden. Die Flächen mit den Rändern 35 bzw. 36 kreuzen einander. Die zwei Mischelemente 10 und 10' sind gleich, aber das eine ist um 90° gegenüber dem anderen um die Längsachse gedreht angeordnet. Die Längsachse verläuft in Richtung des Pfeils 4, der die Hauptströmungsrichtung darstellt.
  • Fig.2 zeigt die kritischen Bereiche zwischen den randständigen Stegen 30 und der Rohrwand 2. Durch die dünnen Pfeile 4b ist die schwach ausgebildete Strömung in der Randregion dargestellt, während die breiten Pfeile 4a die stärkere Strömung im Innern des Mischelements 10 angeben. In den Eckbereichen 40 zwischen Rohrwand 2 und randständigen Stegen 30, die in Fig.2 durch eine Vielzahl von Punkten markiert sind, kommt die Bewegung des zu mischenden Mediums praktisch zum Erliegen.
  • Werden die randständigen Stege 30 gemäss der Erfindung weggelassen, so entstehen zwei offene, segmentförmige Randbereiche, die zwischen den Seitenkanten der seitlichen Stege 31 (siehe Fig.3) und der Rohrwand 2 liegen. Durch die segmentförmigen Randbereiche kann das Medium axial ungehemmt durchströmen. Wie sich experimentell gezeigt hat, bleibt diese Massnahme bezüglich der Mischgüte ohne einen ins Gewicht fallenden negativen Effekt.
  • Bei dem Mischelement 1 der Fig.3 sind die randständigen Stege 30 entfernt und durch Rippen 5 ersetzt worden. Mit den Rippen 5 erhält das Mischelement 1 eine Verstärkung in axialer Richtung. Die Verstärkungsrippen 5 können gerade die Länge des Mischelements 1 haben (ausgezogen dargestellt) oder sie können Verlängerungen 5a aufweisen (strichpunktiert angedeutet), die in die benachbarten Mischelemente 1' und 1'' hineinragen. Der zweite Fall ist in Fig.4 dargestellt, wo neben dem Mischelement 1 der Fig.3 zwei benachbarte Mischelemente 1' und 1'' (mit den zugeordneten Verstärkungsrippen 5' und 5'') zu sehen sind. In den Figuren 5a und 5b sind die Rippen 5, wie sie in den Mischelementen der Figuren 3 bzw. 4 vorgesehen sind, als separate Teile abgebildet. Die Rippen 5 sind an den Stellen 51 mit den seitlichen Stegen 31 verbunden (verschweisst im vorliegenden Beispiel). Die Rippen 5 können auch in Form von durchgehenden, über die gesamte Länge der Mischvorrichtung sich erstreckende Balken gebildet sein.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle Stege 3, 31 des Mischelements 1 gleich breit. Der Abstand zwischen den seitlichen Stegen 31 und der Rohrwand 2 in den beiden segmentförmigen Randbereichen ist nicht grösser als eine Stegbreite.
  • Mit Vorteil werden die Knotenlinien 32a und 32b, die durch Kreuzungsstellen der Stege 3 und 31 gegeben sind (vgl. Fig.1), keilförmig zugeschliffen (siehe Fig.3). Dank dieser Keilform ergibt sich ein etwas geringerer Druckgradient während des Mischvorgangs. Auch an den seitlichen Knotenlinien 33 werden die Stege 3 und 31 mit Vorteil bis zu den Kreuzungsstellen abgelängt und durch eine Schweissnaht miteinander verbunden. Der Grund für diese Massnahme ist der gleiche wie für das Weglassen der randständigen Stege 30. Die Modifikation an den seitlichen Knotenlinien 33 hat den zusätzlichen Effekt, dass der Druckgradient weiter verkleinert wird. Ein nachteiliger Effekt auf die Mischgüte ist praktisch nicht vorhanden.
  • Für die Formgebung der Verstärkungsrippen 5 bestehen weitere Möglichkeiten. In Fig.6 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die Rippe 5 in ihrer Mitte eine transversale Erweiterung 50 aufweist. Der Querschnitt dieser Erweiterung 50 füllt einen Sektor 60 des segmentförmigen Randbereichs zwischen Mischelement 1 und Rohr 2 aus (vgl. Fig.4). Dabei ist der Sektor 60 durch einen Bogen 61 der Rohrwand, durch eine Teilstrecke 62 der Seitenfläche des Mischelements 1 sowie durch zwei Verbindungsstrecken 63 und 64 umgrenzt. Die Höhe des Sektors 60, gemessen senkrecht zu der durch die seitlichen Stege 31 aufgespannten Seitenfläche des Mischelements 1, ist kleiner als die Breite des Sektors (= Länge der Teilstrecke 62).
  • Das in den Zeichnungen dargestellte Mischelement 1 ist für ein Rohr 2 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen. Selbstverständlich lässt sich die Erfindung entsprechend auch auf Mischvorrichtungen mit anderen Querschnittsformen anwenden. Ebenso ist die Erfindung auf eine Vorrichtung anwendbar, die in der europäischen Patentanmeldung Nr. 93810701.8 (= P.6600) offenbart ist und bei der das Mischelement einen flanschartigen Ring aufweist. Das Mischelement - einschliesslich der Verstärkungsrippen - kann statt in Form einer Schweisskonstruktion auch als Gussstück vorgesehen sein.

Claims (8)

  1. Statische Mischvorrichtung für hochviskose Medien, welche ein Rohr (2) und mindestens ein im Rohr angeordnetes Mischelement (10) umfasst, wobei das Rohr eine Hauptfliessrichtung (4) des zu mischenden Mediums definiert, die Strukturelemente des Mischelements im wesentlichen Stege (3, 31) sind und die Stege jeweils mit der Hauptfliessrichtung einen Winkel einschliessen,
       dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrquerschnitt durch das Mischelement nicht vollständig abgedeckt ist, derart nämlich, dass zwei segmentförmige Randbereiche, die zwischen den Seitenkanten von seitlichen Stegen (31) des Mischelements und der Rohrwand liegen, keine schräg zur Hauptfliessrichtung angeordnete Stege (30) aufweisen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stege (3) im wesentlichen gleich breit sind und dass der Abstand zwischen den seitlichen Stegen und der Rohrwand in den beiden Randbereichen nicht grösser als eine Stegbreite ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden Randbereichen jeweils eine sich in der Hauptfliessrichtung (4) erstreckende Rippe (5) angeordnet ist, die am Mischelement (1) befestigt ist und dieses verstärkt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Mischelementen (1, 1', 1'') vorliegt und dass jedem Mischelement (1) Rippen (5) zugeordnet sind, die jeweils bis in den Mittenbereich der benachbarten Mischelemente (1', 1'') verlängert sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Rippe (5) in ihrer Mitte einen Querschnitt aufweist, der einen Sektor (60) des zugeordneten segmentförmigen Randbereichs im wesentlichen vollständig ausfüllt, wobei der Sektor durch einen Bogen (61) der Rohrwand, durch eine Teilstrecke (62) der Seitenfläche des Mischelements und durch zwei Verbindungsstrecken (63, 64) umgrenzt ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Sektors (60), gemessen senkrecht zur Seitenfläche (62) des Mischelements, kleiner als die Breite des Sektors ist.
  7. Mischelement zu einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Mischen und Homogenisieren einer Kunststoffschmelze.
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