EP0967004A1 - Statische Mischvorrichtung - Google Patents

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EP0967004A1
EP0967004A1 EP99111307A EP99111307A EP0967004A1 EP 0967004 A1 EP0967004 A1 EP 0967004A1 EP 99111307 A EP99111307 A EP 99111307A EP 99111307 A EP99111307 A EP 99111307A EP 0967004 A1 EP0967004 A1 EP 0967004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
webs
layers
mixer
mix
inlet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99111307A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Schuchardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Publication of EP0967004A1 publication Critical patent/EP0967004A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0058—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having different orientations to each other or crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • 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
    • B01F25/4317—Profiled elements, e.g. profiled blades, bars, pillars, columns or chevrons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/93—Heating or cooling systems arranged inside the receptacle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/04—Tubular elements of cross-section which is non-circular polygonal, e.g. rectangular
    • F28F1/045—Tubular elements of cross-section which is non-circular polygonal, e.g. rectangular with assemblies of stacked elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0052—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for mixers

Definitions

  • the invention relates to a static mixing device for mixing viscous Fluids consisting of an inner housing with a mix inlet and a mix outlet is constructed, the two or more layers of mutually parallel wide or zigzag-shaped webs, which preferably at an angle ⁇ from 90 ° to each other are alternately arranged one above the other, and at their upper and lower vertices are connected.
  • the webs for the passage of a heat transfer fluid with channels, so that the mixer can also serve as a heat exchanger.
  • static mixers are often used as internals in Pipelines used.
  • a pump pushes the liquids to be mixed a pipe provided with such internals.
  • Kenics mixers cf. Mixing in the manufacture and processing of plastics ", publisher: VDI-Ges. Kunststofftechnik, VDI-Verlag Düsseldorf, 1986, pp. 238-241
  • the fluid flow is divided by a partition plate installed in the pipe. This is twisted around the pipe axis.
  • the partial flows of the liquid form a vortex-shaped flow, which leads to the redistribution of the liquid in cross-section.
  • several such mixing elements are arranged one behind the other in order to divide the liquid again and again and achieve a good mixing effect is comparatively small.
  • SMX mixers consist of two to one another vertical grids of parallel sheet metal strips, which at their crossing points are welded together.
  • the manufacturing cost of this mixer is because of the many welded connections relatively high.
  • Heat exchangers typically take place at a very low Reynolds number. If, for example, smooth pipes are used for heat exchange, one is against Zero Reynolds number the heat exchange rate low and on the part of the heat exchanger essentially only depends on the pipe length used. A a significant improvement in heat exchange is then possible through a Combination of the tube heat exchanger with a static mixing device.
  • the object of the invention is to find a static mixer that has a good the known static mixer shows comparable mixing effect, which may is coolable or heatable and which can be produced in a simple manner and therefore inexpensively is.
  • a static mixing device for mixing viscous fluids, built up at least from an inner housing with a mix inlet and a mix outlet that are two or more Encloses layers of parallel, wavy or zigzag-shaped webs, alternating at an angle ⁇ , preferably rotated from each other by 90 ° are arranged one above the other, and at their upper and lower vertices are connected to one another, and optionally an outer casing.
  • the webs are static Mixer connected by joints so that from each joint except four web elements that span a tetrahedron the joints that are on the edge of the static mixer.
  • the structure of the web insert is reminiscent of the topology of a Diamond grid. As a web insert, the entirety of the interconnected Layers of bars of the mixer understood.
  • the webs are selected Layers or all layers for the passage of a heat transfer fluid Channels.
  • the webs are e.g. executed hollow and the cavities serve then as channels for the heat transfer medium.
  • the webs are in the direction of flow of the product so wide that the heat transfer channels mentioned each along a straight line from one side of the mixer to the opposite Are guided through the webs.
  • a variant of the static mixing device that is particularly easy to produce is characterized in that the device is stacked in two or more is divided into separate segments, each containing two, three or more Layers, in particular three layers of webs are joined together.
  • the segments can be made individually by casting and then in any number and Combination can be joined together, if necessary also with different Geometry of individual segments.
  • the webs overlap directly one above the other Layers of webs at their junctions, especially through interlocking recesses at the apex of the webs.
  • Another preferred variant of the mixing device is characterized in that that the parallel webs a layer of webs to the center distance adjacent Bars of the next but one layer of bars located above or below are laterally offset.
  • the mixer is constructed in such a way that the lattice planes that form the connection points the webs form a ply so that none form an angle of 90 ° with the main flow direction through the mixer.
  • the flow into non-mixing flow cells (Partial flows) decays.
  • the mixer can be easily manufactured by master molding. Hereby the desired low manufacturing effort is achievable, reducing the cost of the mixer can be kept low.
  • the web insert of the Mixer made of wax can first be injection molded as a model. The wax model then serves as a lost model in the investment casting, e.g. from the wax model a ceramic hollow mold is produced. The one cast from metal in the hollow form The web insert can then simply be inserted into a housing and fastened.
  • the above mixer variant consisting of segments is even easier to do manufacture, since the inner housing is created together with the webs during investment casting.
  • the channels can still go into the housing wall be welded in. This can be done in the manufacture of shell and tube heat exchangers usually used welding machines become.
  • FIG side view An embodiment of the static mixer according to the invention is shown in FIG side view.
  • the mixer insert and the inner housing of the mixer are one outer housing (casing 1) surround and has an inlet 7 and one Outlet 8 for the mix
  • the mixer is also equipped with feed lines 9 and 11 for a heat carrier oil Leads 10 and 12 provided for the heat transfer oil.
  • 1b is the top view drawn on the mix inlet 7 through which the internals of the mixer can be seen are.
  • FIG. 3a To illustrate the structure of the mixer in Fig. 3a is a front view of the Mixer shown with omission of the inner housing 2 and casing 1.
  • the webs 3, 13 and 4, 14 are kept so wide in the flow direction that straight Cooling channels 6, 16 can pass through them.
  • 3b shows a schematic plan view of the web insert of the mixer according to FIG. 1a without housing 2 and casing 1 from the side of the mixture inlet 7. From this the sequence of the first four layers of webs becomes clear.
  • the top one Layer is formed by webs 3, the second layer by webs 4, the third layer through the webs 13 followed by the fourth position of the webs 14.
  • the mix flow is divided at the edges 19 and led to the valleys 20 of the webs. Deeper Layers of webs point to valleys 20 'at which the mix flows out laterally.
  • FIG Bridge 3c shows the sequence of the interconnected layers of FIG Bridges.
  • the zigzag webs 3, 13 and 4, 14 their edges, which face another layer, recesses 21, 22 (see Fig. 9) so that they engage in directly adjacent webs so that a nested composite of webs is formed, which is rigid.
  • FIG. 4 A segment 41 of a static mixer is shown in FIG. 4, which has three layers of webs 43, 44 and 47.
  • the webs 43 of a layer are arranged parallel to one another.
  • the one below the other lying rows of webs 43 and 44 are each arranged perpendicular to each other. All webs 43, 44, 47 are crossed by straight channels 45, 46, 48, through which a heat transfer fluid can flow and in the wall of an inner housing 42 flow out.
  • Several of the segments 41 may optionally not be shown Seals joined together give a pack that fits into one (not shown) coat to be fitted.
  • the segment is easy using metal casting to manufacture.
  • FIG. 3a a variant of the web insert according to FIG. 3a is shown can be manufactured using casting technology and as an insert in an inner housing 2 serves according to FIG. 2.
  • the edges of adjacent webs 53, 54 or 54, 55 meet with straight surfaces on top of each other, but have no nested recesses on
  • the heat transfer channels 56 are straight and are by means of Do not produce slides for the archetype.
  • the gaps 58 can be between the webs 57, 55 by means of slides in the manufacture of the preform produce.
  • the zigzag webs 53 and 54 are at the connection points 17 and 18 each connected to the webs 54, 55 of the underlying layer of webs.
  • the individual segments of the webs 53 and 54 or 54 and 55 tense a connecting point 17 or 18 each have a tetrahedron.
  • Flow cells may still occur in the mixer according to Example 1, that are not mixed. To avoid this, the symmetry in Broken with respect to the flow direction. This is possible in which the Lattice planes are sheared with respect to the direction of flow. The order 6 shows that this is due to uneven lateral offset the next but one Layers of webs 63, 65 and 64, 67 is possible.
  • Another way to break symmetry is to shift the lattice planes perpendicular to the direction of flow.
  • a web insert is shown in which the webs 73 a layer of webs so are arranged so that their vertices form a plane which is at an angle of about 85 ° to the main flow direction.
  • each individual web 73, 74, 75, 77 are each around seen about 5 ° rising from the heat transfer inlet side (left or rear in Fig. 7) arranged. This will also make training more preferred To prevent flow cells.
  • FIGS. 8a to 8c show a variant of the web insert with FIGS. 5a to c, whose webs (83, 84, 85, 86) have no heating channels.
  • the top layer of bars (83) and the bottom layer of bars (87) are partial interrupted.

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Abstract

Es wird eine statische Mischvorrichtung zur Mischung von viskosen Fluiden beschrieben, die aus einem inneren Gehäuse (2) mit einem Mischguteinlaß (7) und einem Mischgutauslaß (8) aufgebaut ist, das zwei oder mehr Lagen von zueinander parallelen wellen- oder zickzackförmigen Stegen (1; 2) umschließt, die unter einem Winkel α, vorzugsweise von 90° zu einander verdreht alternierend übereinander angeordnet sind, und an ihren oberen bzw. unteren Scheitelpunkten miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die Stege (3, 13; 4, 14) zur Durchleitung eines Wärmeträgerfluids mit Kanälen (6, 16; 5, 15) versehen, so daß der Mischer auch als Wärmetauscher dienen kann. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine statische Mischvorrichtung zur Mischung von viskosen Fluiden, die aus einem inneren Gehäuse mit einem Mischguteinlaß und einem Mischgutauslaß aufgebaut ist, das zwei oder mehr Lagen von zueinander parallelen weiten- oder zickzackförmigen Stegen umschließt, die unter einem Winkel α, vorzugsweise von 90° zu einander verdreht alternierend übereinander angeordnet sind, und an ihren oberen bzw. unteren Scheitelpunkten miteinander verbunden sind. Insbesondere sind die Stege zur Durchleitung eines Wärmeträgerfluids mit Kanälen versehen, so daß der Mischer auch als Wärmetauscher dienen kann.
Zum Mischen von Flüssigkeiten werden vielfach statische Mischer als Einbauten in Rohrleitungen eingesetzt. Eine Pumpe drückt die zu mischenden Flüssigkeiten durch ein mit solchen Einbauten versehenes Rohr.
Beispielhaft für statische Mischer seien die zwei folgenden Vorrichtungen genannt.
Bei den sogenannten Kenics Mischern (vgl.
Figure 00010001
Mischen beim Herstellen und Verarbeiten von Kunststoffen", Herausgeber: VDI-Ges. Kunststofftechnik, VDI-Verlag Düsseldorf, 1986, S. 238-241) wird die Fluidströmung durch ein im Rohr eingebautes Trennblech geteilt. Dieses ist um die Rohrachse tordiert. In jedem der Teilströme der Flüssigkeit entsteht eine wirbelförmige Strömung, die zur Umverteilung der Flüssigkeit im Querschnitt führt. Mehrere solcher Mischelemente sind in der Praxis hintereinander angeordnet, um die Flüssigkeit immer wieder neu zu teilen und eine gute Mischwirkung zu erreichen. Die Druckstabilität dieser Mischer gegenüber hochviskosen Fluiden ist vergleichsweise gering.
Die sogenannten SMX-Mischer (vgl. US 4 062 524) bestehen aus zwei zueinander senkrecht stehenden Gittern von parallelen Blechstreifen, die an ihren Kreuzungspunkten miteinander veschweißt sind. Der Herstellungsaufwand dieser Mischer ist wegen der vielen Schweißverbindungen relativ hoch.
Der Wärmeaustausch hochviskoser Flüssigkeiten beim Durchgang durch bekannte Wärmetauscher findet typischerweise bei einer sehr niedrigen Reynoldszahl statt. Werden zum Wärmetausch beispielsweise glatte Rohre verwendet, ist für eine gegen Null gehende Reynoldszahl die Wärmeaustauschrate gering und seitens des Wärmetauschers im wesentlichen nur noch abhängig von der eingesetzten Rohrlänge. Eine wesentliche Verbesserung des Wärmeaustausches ist dann möglich durch eine Kombination des Rohrwärmetauschers mit einer statischen Mischeinrichtung.
Diese Kombination ist in zwei Ausprägungen bekannt. Zum einen können in die Rohre eines Rohrbündelwärmetauschers statische Mischelemente eingesetzt werden. Hier werden insbesondere die oben genannten Mischerelemente von Kenics eingesetzt. Zum anderen können die Rohre als Elemente eines statischen Mischers eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise in der Deutschen Patentschrift DB 28 39 564 C2 beschrieben.
Die Verwendung eines produktdurchströmten Rohrbündelwärmetauschers scheidet aber bei vielen chemischen Prozessen aus. Wenn z.B. eine Polymerisationsreaktion gekühlt werden muß, dann wird in einem langsamer durchströmten Rohr auf Grund der höheren Verweilzeit der Reaktanden ein höherer Polymerisationsgrad erreicht. Die Flüssigkeit im Rohr wird dadurch ggf. viskoser als in Nachbarrohren. In der Folge wird die Strömungsgeschwindigkeit des Mischgut weiter verlangsamt. Bei bestimmten Prozeßparametern kann deshalb das Rohr durch Polymerisat verstopfen.
Bei solchen Prozessen ist ein aus Wärmetauscherrohren gebildeter statischer Mischer wie in DE 28 39 564 C2 vorzuziehen. Der Herstellungsaufwand dieser Mischer ist jedoch so hoch, daß diese Lösung häufig als unwirtschaftlich verworfen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es einen statischen Mischer zu finden, der eine gute mit den bekannten statischen Mischern vergleichbare Mischwirkung zeigt, der ggf kühlbar oder heizbar ist und der auf einfache Art und daher kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine statische Mischvorrichtung zur Mischung von viskosen Fluiden, aufgebaut wenigstens aus einem inneren Gehäuse mit einem Mischguteinlaß und einem Mischgutauslaß, das zwei oder mehr Lagen von zueinander parallelen, wellen- oder zickzackförmigen Stegen umschließt, die unter einem Winkel α, vorzugsweise von 90° zu einander verdreht alternierend übereinander angeordnet sind, und an ihren oberen bzw. unteren Scheitelpunkten miteinander verbunden sind, sowie gegebenenfalls einer äußeren Ummantelung.
In seiner höher symmetrischen bevorzugten Ausführung sind die Stege des statischen Mischer durch Verbindungsstellen miteinander verbunden, so daß von jeder Verbindungsstelle vier Stegelemente ausgehen, die einen Tetraeder aufspannen, ausgenommen die Verbindungstellen, die am Rand des statischen Mischers liegen. In dieser Ausführung erinnert der Aufbau des Stegeinsatzes an die Topologie eines Diamantgitters. Als Stegeinsatz wird die Gesamtheit der miteinander verbundenen Lagen von Stegen des Mischers verstanden.
In einer bevorzugten Variante der statischen Mischvorrichtung sind die Stege ausgewählter Lagen oder aller Lagen zur Durchleitung eines Wärmeträgerfluids mit Kanälen versehen. Die Stege sind z.B. hohl ausgeführt und die Hohlräume dienen dann als Kanäle für das Wärmeträgermedium.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Stege in Strömungsrichtung des Produktes so breit ausgeführt, daß die genannten Wärmeträgerkanäle jeweils entlang einer Gerade von einer Seite des Mischers zur gegenüberliegenden Seite durch die Stege geführt sind.
Dadurch wird die Herstellung einer solchen Mischvorrichtung noch weiter vereinfacht, da z.B. beim beim Spritzgießen des Mischermodells seitliche Schieber benutzt werden können, um die Kanäle in den Stegen zu formen.
Eine besonders einfach herzustellende Variante der statischen Mischvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in zwei oder mehr übereinander gestapelte getrennte Segmente aufgeteilt ist, in denen jeweils zwei, drei oder mehr Lagen, insbesondere drei Lagen von Stegen zusammengefügt sind. Die Segmente können einzeln mittels Gießen hergestellt und anschließend in beliebiger Zahl und Kombination aneinander gefügt werden, gegebenenfalls auch mit unterschiedlicher Geometrie einzelner Segmente.
In einer bevorzugten Form der Erfindung überlappen sich die Stege direkt übereinanderliegender Lagen von Stegen an ihren Verbindungsstellen, insbesondere durch ineinandergreifende Ausnehmungen an den Scheitelpunkten der Stege.
Eine weitere bevorzugte Variante der Mischvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Stege einer Lage von Stegen zu dem Mittelabstand benachbarter Stege der jeweils darüber oder darunter befindlichen übernächsten Lage von Stegen seitlich versetzt angeordnet sind.
Zur weiteren Verbesserung der Mischwirkung, insbesondere bei hochviskosen Fluiden sind die Lagen von Stegen gegenüber der Hauptströmungsrichtung des Mischgutes vom Mischguteinlaß zum Mischgutauslaß um einen Winkel β kleiner oder größer als 90° angestellt.
Insbesondere wird der Mischer so aufgebaut, daß die Gitterebenen, die die Verbindungsstellen der Stege einer Lage bilden, so gelegt sind, daß keine einen Winkel von 90° mit der Hauptströmungsrichtung durch den Mischer aufweist. Hierdurch wird vermieden, daß die Strömung in nicht miteinander mischende Strömungszellen (Teilströme) zerfällt.
Der Mischer kann auf einfache Weise durch Urformen hergestellt werden. Hierdurch ist der erwünschte geringe Herstellungsaufwand erreichbar, wodurch die Kosten für den Mischer niedrig gehalten werden können. Z.B. kann der Stegeinsatz des Mischers aus Wachs als Modell zunächst spritzgegossen werden. Das Wachsmodell dient dann als verlorenes Modell im Feinguß, indem aus dem Wachsmodell z.B. eine keramische Hohlform hergestellt wird. Der aus Metall in der Hohlform gegossene Stegeinsatz kann dann einfach in ein Gehäuse eingeschoben und befestigt werden.
Die oben genannte Mischervariante bestehend aus Segmenten ist noch einfacher zu fertigen, da das Innengehäuse beim Feinguß zusammen mit den Stegen erzeugt wird.
Bei einem Mischer mit Wärmetauscherkanälen können die Kanäle noch in die Gehäusewand eingeschweißt werden. Hierzu können die bei der Herstellung von Rohrbündelwärmetauschern üblicherweise eingesetzten Schweißautomaten genutzt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert, ohne daß dadurch die Erfindung im Einzelnen eingeschränkt wird.
Es zeigen:
Fig. 1a
die vereinfachte schematische Vorderansicht auf einen erfindungsgemäßen heiz-/kühlbaren statischen Mischer mit Außengehäuse 1, Mischguteinlaß 7 und Mischgutauslaß 8.
Fig. 1b
die Draufsicht zu dem Mischer aus Figur 1a.
Fig. 2
eine isometrische Ansicht des statischen Mischer aus Figur 1a bzw. 1b, wobei ein Teil des Außengehäuses 1 und der Produkteinlaßstutzen 7 nicht dargestellt sind.
Fig. 3a
in der Vorderansicht die obersten Lagen von Stegen 3, 13 und 4, 14 des Mischers nach Figur 1a.
Fig. 3b
die Draufsicht zu Figur 3a.
Fig. 3c
eine isometrische Ansicht zu Figur 3a
Fig. 4
ein Mischersegment 41 mit drei übereinander angeordneten Lagen von Stegen 43, 44 und 47
Fig. 5a
den Aufbau eines Stegeinsatzes für einen anderen Mischer, der durch Gießen gefertigt werden kann
Fig. 5b
die Draufsicht aufden Stegeinsatz von Figur 5a
Fig. 5c
eine isometrische Ansicht zu Figur 5a
Fig. 6
den Stegeinsatz einer Variante des Mischers nach Fig. 1a mit seitlicher Versetzung der Stege in übereinander liegenden Steglagen
Fig. 7
den Stegeinsatz einer Variante des Mischers nach Fig. 1a mit schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Stegen in übereinander liegenden Steglagen
Fig. 8a
die Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen statischen Mischer ohne Heizkanäle. Das Gehäuse ist nicht dargestellt
Fig. 8b
den Mischer aus Figur 8a in der Draufsicht
Fig. 8c
den Mischer aus Figur 8c in einer perspektivischen Ansicht
Fig. 9
den Stegeinsatz nach Fig. 3c mit getrennten Stegen.
Beispiele Beispiel 1
Eine Ausführung des erindungsgemäßen statischen Mischers zeigt Fig. 1a in einer seitlichen Ansicht. Der Stegeinsatz und das Innengehäuse des Mischers ist von einem äußeren Gehäuse (Ummantelung 1) umgeben und weist einen Einlaß 7 und einen Auslaß 8 für das Mischgut auf
Der Mischer ist ferner mit Zuleitungen 9 und 11 für ein Wärmerträgeröl sowie mit Ableitungen 10 und 12 für das Wärmeträgeröl versehen. In Fig. 1b ist die Draufsicht auf dem Mischguteinlaß 7 gezeichnet durch den die Einbauten des Mischers zu sehen sind.
In der isometrischen Ansicht nach Fig. 2 erkennt man wie das Innengehäuse 2 mit dem Steigeinsatz 3, 4 in die Ummantelung 1 eingesetzt ist.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus des Mischers ist in Fig. 3a eine Vordersicht des Mischers unter Weglassen von innerem Gehäuse 2 und Ummantelung 1 dargestellt.
Die Stege 3, 13 und 4, 14 sind in Strömungsrichtung so breit gehalten, daß gerade Kühlkanäle 6, 16 durch sie hindurchführen können.
Fig. 3b zeigt eine schematische Aufsicht auf den Stegeinsatz des Mischers nach Fig. 1a ohne Gehäuse 2 und Mantelung 1 von der Seite des Mischguteinlasses 7. Hieraus wird die Aufeinanderfolge der ersten vier Lagen von Stegen deutlich. Die oberste Lage wird durch Stege 3 gebildet, die zweite Lage durch die Stege 4, die dritte Lage durch die Stege 13 gefolgt von der vierten Lage der Stege 14. Die Mischgutströmung wird jeweils an den Kanten 19 geteilt und zu den Tälern 20 der Stege geführt. Tiefere Lagen von Stegen zeigen auf Täler 20', an denen das Mischgut jeweils seitlich abströmt.
Fig. 3c zeigt noch einmal die Abfolge der miteinander verbundenen Lagen von Stegen. In dieser Ausführung weisen die zickzackförmigen Stege 3, 13 und 4, 14 an ihren Kanten, die einer anderen Lage zugewandt sind, Ausnehmungen 21, 22 (siehe Fig. 9) auf, so daß diese bei direkt benachbarten Stegen so ineinander greifen, daß ein verschachtelter Verbund von Stegen gebildet wird, der verwindungssteif ist.
Beispiel 2
Es wird in Fig. 4 ein Segment 41 eines statischen Mischers gezeigt, das drei Lagen von Stegen 43, 44 und 47 umfaßt.
Die Stege 43 einer Lage sind parallel zueinander angeordnet. Die direkt untereinander liegenden Reihen von Stegen 43 und 44 sind jeweils senkrecht zueinander angeordnet. Alle Stege 43, 44, 47 sind von geraden Kanälen 45, 46, 48 durchzogen, durch die ein Wärmeträgerfluid fließen kann und die in der Wand eines inneren Gehäuses 42 münden. Mehrere der Segmente 41 können gegebenenfalls mit nicht gezeichneten Dichtungen miteinander verbunden eine Packung ergeben, die in einen (nicht gezeichneten) Mantel eingepaßt werden. Das Segment ist leicht mittels Metallgießen herzustellen.
Beispiel 3
In den Fig. 5a bis 5c ist eine Variante des Stegeinsatzes nach Fig. 3a gezeigt, die mittels Gießtechnik gefertigt werden kann und als Einsatz in einem inneren Gehäuse 2 entsprechend Fig. 2 dient.
Im Unterschied zu Fig. 3a stoßen die Kanten benachbarter Stege 53, 54 oder 54, 55 mit geraden Flächen aufeinander, weisen aber keine ineinander verschachtelten Ausnehmungen auf Die Wärmeträgerkanäle 56 sind gerade gestaltet und sind mittels Schiebern für die Urform nicht zu produzieren. Auch die Zwischenräume 58 zwischen den Stegen 57, 55 lassen sich durch Schieber bei der Herstellung der Vorform erzeugen.
Die zickzackförmigen Stege 53 bzw. 54 sind an den Verbindungsstellen 17 bzw. 18 jeweils mit den Stegen 54, 55 der jeweils darunter befindlichen Lage von Stegen verbunden. Die einzelnen Segmente der Stege 53 und 54 bzw. 54 und 55 spannen an einer Verbindungsstelle 17 bzw. 18 jeweils einen Tetraeder auf.
Beispiel 4
In dem Mischer nach Beispiel 1 können gegebenenfalls noch Strömungszellen auftreten, die nicht gemischt werden. Um diese zu vermeiden, muß die Symmetrie in Bezug auf die Strömungsrichtung gebrochen werden. Dies ist möglich, in dem die Gitterebenen in bezüglich der Strömungsrichtung geschert werden. Die Anordnung nach Fig. 6 zeigt, daß dies durch ungleichmäßigen seitlichen Versatz jeweils übernächster Lagen von Stegen 63, 65 bzw. 64, 67 möglich ist.
Beispiel 5
Eine andere Möglichkeit die Symmetrie zu brechen ist ein Versetzen der Gitterebenen senkrecht zur Strömungsrichtung.
In Fig. 7 ist ein Stegeinsatz gezeigt, bei dem die Stege 73 einer Lage von Stegen so angeordnet sind, daß ihre Scheitelpunkte eine Ebene bilden, die in einem Winkel von ca. 85° zur Hauptströmungsrichtung steht.
Die oberen Scheitelpunkte jedes einzelnen Steges 73, 74, 75, 77 sind jeweils um ca. 5° steigend von der Wärmeträgereinlaßseite (links bzw. hinten in Fig. 7) gesehen angeordnet. Hiermit wird es ebenfalls möglich, die Ausbildung bevorzugter Strömungszellen zu verhindern.
Beispiel 6
In den Figuren 8a bis 8c ist eine Variante des Stegeinsatzes mit Figuren 5a bis c gezeichnet, deren Stege (83, 84, 85, 86) keine Heizkanäle aufweisen.
Die oberste Lage von Stegen (83) und unterste Lage von Stegen (87) ist teilweise unterbrochen.

Claims (7)

  1. Statische Mischvorrichtung zur Mischung von viskosen Fluiden, aufgebaut wenigstens aus einem inneren Gehäuse (2) mit einem Mischguteinlaß (7) und einem Mischgutauslaß (8), das zwei oder mehr Lagen von zueinander parallelen, wellen- oder zickzackförmigen Stegen (3, 4, 13, 14) umschließt, die unter einem Winkel α, vorzugsweise von 90° zueinander verdreht alternierend übereinander angeordnet sind, und an ihren oberen bzw. unteren Scheitelpunkten (17; 18) miteinander verbunden sind, sowie gegebenenfalls einer äußeren Ummantelung (1).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3, 13) bzw. (4, 14) ausgewählter Lagen oder aller Lagen zur Durchleitung eines Wärmeträgerfluids mit Kanälen (6, 16; 5 15) versehen sind.
  3. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in zwei oder mehr übereinander gestapelte getrennte Segmente (41) aufgeteilt ist, in denen jeweils zwei, drei oder mehr Lagen von Stegen (43, 44) zusammengefügt sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente drei Lagen von Stegen (43, 44, 47) aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stege (3, 13; 4, 14; 43, 44, 47) direkt übereinanderliegender Lagen von Stegen an ihren Verbindungsstellen überlappen, insbesondere durch ineinandergreifende Ausnehmungen (21; 22) an ihren Scheitelpunkten.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Stege (3; 4) einer Lage von Stegen zu dem Mittelabstand benachbarter Stege (13; 14) der jeweils darüber oder darunter befindlichen übernächsten Lage von Stegen seitlich versetzt angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen von Stegen (3, 13; 4, 14; 43, 44) gegenüber der Hauptströmungsrichtung des Mischgutes vom Mischguteinlaß (7) zum Mischgutauslaß (8) um einen Winkel β kleiner oder größer als 90° angestellt sind.
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