EP1384502A1 - Mischer/Wärmeaustauscher - Google Patents

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EP1384502A1
EP1384502A1 EP03015959A EP03015959A EP1384502A1 EP 1384502 A1 EP1384502 A1 EP 1384502A1 EP 03015959 A EP03015959 A EP 03015959A EP 03015959 A EP03015959 A EP 03015959A EP 1384502 A1 EP1384502 A1 EP 1384502A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
mixer
webs
tubes
exchanger according
Prior art date
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Application number
EP03015959A
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English (en)
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EP1384502B1 (de
Inventor
Klemens Dr. Kohlgrüber
Peter Jähn
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
Bayer Technology Services GmbH
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Publication date
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Publication of EP1384502B1 publication Critical patent/EP1384502B1/de
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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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/47—Mixing liquids with liquids; Emulsifying involving high-viscosity liquids, e.g. asphalt
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0422—Numerical values of angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0486—Material property information
    • B01F2215/0495—Numerical values of viscosity of substances

Definitions

  • the invention relates to a combination of static mixer and heat exchanger for process engineering treatment of thermally sensitive viscous Media consisting of several in parallel next to, on top of each other or offset from one another arranged pipes, which are at an angle, preferably of 90 °, to Product flow direction stand in a housing and the flow is flowing.
  • the Tubes have radially arranged webs on the outer diameter or curved, which are arranged axially offset to the tube axis and on the Pipe axis are offset from each other.
  • the raised contours are arranged that especially in the case of viscous and highly viscous substances and mixtures good mixing effect occurs and at the same time due to the significantly enlarged pipe outer surface rapid, gentle temperature control is only possible.
  • soldered static mixers which are in somewhat better temperature control properties Housing or pipes are soldered. Soldering requires a precisely prepared one Housing or tube and a machined on its outer diameter Static mixer, so that a good and complete solder connection is achieved can. The mechanical preparations for the parts to be soldered are complex and expensive. Soldered static mixers show a good contact surface when soldered well to the inner tempered housing wall. Because of the geometric structure however, the static mixer is the contact surface to the heated housing surface small, so that only a slightly higher temperature control output to the product flow is possible. The enlargement of the tempered area compared to the rolled area Static mixers are not significantly higher, so mixing sticks with soldered Static mixers, can not be shortened significantly. The soldering process is because of the limited size of the soldering furnace and because of the distortion of the tubes when Soldering only possible with a small tube length (generally ⁇ 2 m).
  • the temperature-controlled static mixer reactor (DE 2 839 564 A1) is also known. This reactor mixes the product flowing through, the mixing internals consist of meandering tubes. This device exists from a temperature-controlled housing in which the mixing internals by a special shaped meander - tube bundles are replaced.
  • the pipeline bundle consists of several curved bends running in parallel thin tubes.
  • the ends of the tubes are welded to a flange from which from which the heating or cooling medium for temperature control of the product stream is fed.
  • the parallel, curved pipes are temperature-controlled internals inserted into the housing parallel to the direction of flow of the product.
  • the meandering pipes are at an alternating angle in the Product flow direction and run across the hydraulic diameter of the housing.
  • the parallel tubes in the bundle cross each other in the axial direction of the housing, according to the known principle of the static mixer.
  • the mixing pipes show a round to in this construction elliptical flow cross-section, the pipes are under a product flow Angle inclined so that only a small distributing deflection or mixing of the product flow to be tempered. There flow round profiles one have a low mixing effect, is a homogeneous temperature distribution in a highly viscous Short flow of product is not sufficient.
  • the length of the insertable meander tube bundle is always a multiple of the hydraulic housing diameter.
  • the meandering tubes have a large heat transfer surface due to their elongated length.
  • the liquid heat carrier is supplied and removed through the connecting flange, which releases its energy through the tube bundle around which the product flows.
  • the large heating surface cannot be used effectively because the internals do not have a good mixing effect.
  • the bent, insertable tube bundles are susceptible to large pressure gradients.
  • Products experience high pressure gradients, so that the meandering curve Heating / cooling pipes in the product flow direction are subjected to tensile or pressure loads and stretched become.
  • the internal heat-transmitting internals of the apparatus tend to do so for deformation and a further tempering of the product by the then missing redirection of the product is no longer possible.
  • the unwanted stretching of the tube bundle is irreparable and can lead to plant downtime with high failure costs to lead.
  • the temperature-controlled meandering tube bundle shows due to the ideally stretched Length of the single pipe and the small flow cross-section a high pressure loss and a long dwell time on the tempering side.
  • Both pressure loss and Dwell time e.g. of the temperature control medium in the meander lines leads to high Differences between inlet and outlet temperatures and reduces those for heat transfer important mean temperature difference is crucial. Because of that the performance of such meandering tube bundles is low. In practice several tube bundles are often connected in series, which in turn increases the investment costs, the pressure loss, the dwell time of the temperature to be controlled Fabric and increases the assembly effort.
  • a uniform and gentle tempering of highly viscous, single-phase or multiphase product streams with a short dwell time can be used with the known systems, e.g. Static mixers with heated housings or temperature-controlled meandering tube bundles do not take place.
  • the New temperature-controlled static mixers are said to have a low pressure drop on the Have heat transfer side, so that with large temperature differences to the temperature Product flow can be expected. Furthermore, the new apparatus concept be applicable to large hydraulic housing diameters. Additional Improvement in terms of high robustness against mechanical influences, against high pressure gradients and the possibility of various heat-conducting and use corrosion-resistant materials to meet different product requirements would be beneficial.
  • the invention is intended for the use of viscous to highly viscous substances (viscosity 0.001 to 20,000 Pa.s) significant advantages demonstrate.
  • the new device is said to be a compact heat exchanger with a low Installation wall and low manufacturing costs installed in production facilities can be.
  • the object of the invention is a static mixer / heat exchanger provide the disadvantages of the known constructions of the prior art technology avoids a significantly improved temperature control with less Apparatus volume enables, reduces the manufacturing costs of the apparatus and greater robustness, operational reliability and service life than known heat exchangers having.
  • the invention relates to a static mixer / heat exchanger for the Treatment of viscous and highly viscous products, at least comprehensively an optionally temperature-controlled housing for the passage of the product in which in particular at least two at right angles to the main flow direction of the product, preferably tempered tubes arranged one behind the other, in particular temperable are arranged by passing a heat transfer medium, whereby on attached to the circumference of the pipes a variety of heat exchanger webs are characterized in that the heat exchanger webs along each Tube are aligned in at least two parallel layers and the webs of the different positions at an angle ⁇ of 45 ° to 135 °, preferably from 70 ° to 100 °, particularly preferably from 85 ° to 95 ° to one another about the axis of the tube are arranged twisted and that the webs of the different layers to the main flow direction of the product through the housing at an angle ⁇ of ⁇ 10 ° stand up to ⁇ 80 °.
  • the webs of the different layers are available in a preferred embodiment Main flow direction of the product through the housing at an angle ⁇ from ⁇ 30 ° to ⁇ 60 ° and particularly preferably at an angle ⁇ of ⁇ 40 ° to ⁇ 50 °.
  • a mixer / heat exchanger is preferred, characterized in that each web of a layer has a web opposite this web on the tube is arranged. In the simplest case, both webs are then exactly on the tube at an angle of 180 ° opposite.
  • a mixer / heat exchanger is also preferred, characterized in that the Bars of the different layers of bars alternating over the length of the tube are arranged. This further improves the mixing effect.
  • the webs are designed such that the webs of the various web layers along the tubes to each other on a gap are.
  • the distances between the webs of the different layers along of the pipe so chosen that the gap between the pipe-axial neighboring Webs is larger than the respective web width.
  • the gaps enlarge the product flow cross section and reduce it Pressure loss. If the gaps are smaller than the respective axial web width, this increases the pressure loss and at the same time the heat transfer surface of the pipes.
  • the web width / gap ratio is between two webs two adjacent web layers less than 1, preferably less than 0.7 and particularly preferably less than 0.5 in order to reduce the pressure loss.
  • a mixer / heat exchanger is also preferred, characterized in that that several tubes with webs in the housing transverse to the main flow direction are attached side by side.
  • the tubes have Temperature control channels for the passage of a liquid heat transfer medium, in which Outflow area of each channel a nozzle with a smaller than the channel hydraulic diameter, to limit the flow rate of the temperature control medium, is appropriate.
  • the diameter of the nozzle is preferably only half as large as the hydraulic one Channel diameter of the respective pipe.
  • the preferred integrated nozzle at the end of the temperature control channel, in the outflow area of the pipes, reduces the flow rate of the liquid temperature control medium when completely flooded channel. This increases the even flow many parallel tubes of the mixer / heat exchanger.
  • this Housing of the mixer / heat exchanger one separate supply and one separate dissipative housing area for the heat transfer medium to the To supply inflow and outflow areas of the temperature control channels. This is done forced flow through the web tubes.
  • the temperature-controlled mixer / heat exchanger can be a circular (hydraulic) or show a rectangular cross-section so that the cross-sectional shape of the module can be adapted to the procedural need.
  • the Mixer has a height from length to diameter L / D ⁇ 10, preferably at larger diameters the L / D ratio is ⁇ 5 and this is particularly preferred L / D ratio ⁇ 1.
  • a preferred variant of the mixer / heat exchanger is characterized in that that in the housing in several levels one behind the other (in the main flow direction) tubes provided with webs, in particular with different web shapes pipes or versions provided are attached.
  • This multi-stage On the one hand, execution enables the mixed material to be mixed more locally on the other hand, due to the different heating surface in the Product flow direction, a temperature gradient along the pipes Mixing section enables.
  • the outer webs form gaps defined to each other.
  • the vertical Pipe distances "h” can form gaps between the individual mixing levels, so that there is a reduction in pressure loss and a good welding connection of the mixing elements formed in segments with the housing is.
  • a preferred one is to intensify the mixing effect and tempering further Mixer / heat exchanger constructed so that the radial expansion of the arranged adjacent tubes, each adjacent heat exchanger webs overlaps.
  • the variation of the pipe distances across the product flow direction or the variation of the distances in the product flow direction enables an improvement of the Mixing and temperature control processes with simultaneously lower apparatus volume (hold-up).
  • Hold-up When flowing through the mixer / heat exchanger takes place in a close arrangement an interlocking of the temperature control bars, side by side or one behind the other arranged pipes. That increases the flow rate and in follow the tempering and mixing performance.
  • a mixer / heat exchanger is also preferred, characterized in that that the radial extension of the webs is at least 0.5 times to 30 times, preferably at least 5 times to 15 times the inner diameter of the connected pipe is.
  • a mixer / heat exchanger is also preferred, characterized in that that the radial webs on the tubes are hollow and the web cavity is a direct one Has connection to the pipe interior.
  • the guide surfaces of the webs are raised, so that the heat-exchanging area is increased further and additional mixing or flow effects especially when passing through low-viscosity substances occur.
  • the radial expansion of the webs and the resulting effective heat exchange area while reducing the local pressure drop at the same time due to the thermal conductivity properties of the pipe material used and the substance-specific heat transfer coefficient of the product to be tempered cannot be chosen arbitrarily large.
  • a large radial expansion of the webs can take place when the webs are hollow and the web cavity is a direct one Has connection to the channel of the pipe. Is a high dispersion performance on the process side
  • the radial expansion of the webs can be chosen to be large, so that intersect the webs in different levels or webs of neighboring pipes mesh.
  • the tubes with hollow webs can be cast in one piece getting produced. Due to modern welding processes (laser welding) even a welded construction is economical.
  • a variant of the mixer / heat exchanger is also preferred characterized in that the inner wall of the pipes is contoured for enlargement has its surface, in particular in the form of longitudinal ribs.
  • the interior of the temperature control tube is preferably the outer surfaces of the temperature control tubes and in particular contour the webs to the product side Enlarge heat transfer area.
  • the mixer / heat exchanger is preferably designed so that the pipes are provided with an electrical resistance heater.
  • the mixer / heat exchanger comes as a heater with the pipes inserted electric heating cartridges are used, the separately designed supply lines are not required and dissipative lines for temperature control, so that the pipes with the enclosing housing are directly connected, one-sided with the heating cartridges can be equipped.
  • the temperature range of the Mixer / heat exchanger from -50 ° C to + 300 ° C. Above 300 ° C the Mixer / heat exchanger operated with electric heating cartridges up to 500 ° C become.
  • Another preferred design for the implementation of catalyzed processes is the Mixer / heat exchanger is advantageous, which is characterized in that the Pipes and / or the webs on their surface in contact with the mix with a catalyst are coated.
  • the web tubes of the mixer / heat exchanger are preferably formed in one piece, e.g. in that the pipes with webs in the casting process or as a forging are made.
  • the production of the tubes with webs or the web tubes by casting or forming technology has cost advantages.
  • the homogeneous material structure good heat conduction from the flowing tempering agent to the product contact External surface secured and cold bridges avoided.
  • metallic, alloyed CrNi materials, Cu connections, aluminum, titanium, Highly alloyed nickel steels or precious metals are preferred as materials.
  • the mixing effect and heat exchanger function are particularly effective in one preferred mixer / heat exchanger, in which the web tubes in the transverse direction to Main flow direction of the product at an angle ⁇ of at most +/- 15 Degrees are arranged in the housing.
  • a preferred mixer / heat exchanger is advantageous, in which one behind the other in the housing in several levels in the flow direction webs are attached, and the tubes of the levels differently dimensioned webs compared to the webs of the pipes of neighboring Have levels.
  • a mixer / heat exchanger is preferred, characterized in that at least two parallel groups of tubes with webs arranged one behind the other have different web shapes.
  • a mixer / heat exchanger is particularly preferably constructed, characterized in that that at least one tube with webs in one plane with one Pipe extension through the supply or discharge temperature range is guided outside the housing and the channel of the bridge tube on one side is closed and at least two radial openings connect the channel of the bridge tube to the flowed through product space of the mixer / heat exchanger forms an additional liquid or gaseous component in the main stream to direct the mix and mix it immediately.
  • a dye or an additive or an entrainer can be added are e.g. dyeing viscous products, realizing admixtures or Add detergent for a subsequent cleaning step.
  • Another procedural use becomes possible if e.g. a reaction component over the flow cross section of the mixer / heat exchanger in the Main flow metered in and thereby initiated or started a chemical reaction becomes. Any heat of reaction that arises from the start of an exothermic Reaction, can be removed immediately to keep the process isothermal.
  • plug-in temperature control units Another preferred embodiment of the invention with plug-in temperature control units is possible if the housing of the product-side flow channel in Flow direction has lateral openings through which the temperature control unit transversely to Flow direction can be used, so that the product-side flow cross-section is completely filled with the temperature-controlled static mixer unit.
  • plug-in temperature control units can then, each in the main flow direction offset by 90 degrees, inserted into the product-carrying channel of the housing become. This disassembles and assembles the device for cleaning purposes due to e.g. of a product change considerably simplified.
  • adjustable temperature control units are equipped with heating medium on one side supplied, so that via an extended capillary extending into the temperature control channel the tempering leveled the flow conditions of the heat exchanger and another. No narrowing of the temperature control channel.
  • pipes are also used outer webs or baffles arranged one above the other in a U-shaped housing and welded both U-shaped housing shells to a tight housing, see above that there is a right-angled flow cross-section for the product to be tempered forms (Figure 2, 2a).
  • Another user-friendly version of the mixer / heat exchanger consists of, if temperature-regulating tube ends each in separate heating pockets, for the supply and discharge of the temperature control medium, used, welded and be provided with a flange on one side in order to be plugged in as temperature control units an adapted housing to be used.
  • the stacked tubes with the one-sided distribution pockets can be pushed into temperature-controlled housings as plug-in units.
  • Arrangement is particularly small heating area in a small space, so that product-friendly temperature control takes place with a short dwell time.
  • a special The advantage for the user is the possibility of cleaning the temperature-controlled ones Mixer unit.
  • a plurality of mixers / heat exchangers can preferably be arranged one behind the other are, optionally in combination with known static mixers.
  • the Mixer / heat exchanger can be set at an angle ⁇ of 45 to 135 °, e.g. of 90 °, rotated relative to one another about the central axis of the housing.
  • the mixer / heat exchanger is a powerful temperature control unit that itself a high heat transfer capacity at laminar flow rate allows. For this reason, the mixer / heat exchanger according to the invention preferred for the construction of low backmixing flow reactors, suitable for carrying out exothermic and endothermic processes. ever According to the task, process-intensive reactor areas in which a Reaction is started, rapid heat exchange is desired and according to dwell time ranges which are less temperature regulating and only mix is differentiated. Dwell time ranges of flow reactors can e.g. Tempered tubes with known static mixers used.
  • the main application of the invention is in the field of gentle quick Temperature control of viscous to highly viscous material systems.
  • in addition to an effective temperature control is always a good and effective mixing required to maintain a constant temperature across the flow cross-section to achieve.
  • additives or Dyes are mixed in so that in a process plant additional mixing sections can be omitted.
  • additional mixing sections can be metered in, at the same time takes place through the effective temperature control a gentle short-term heating of the polymer to a higher temperature level, without initiating thermal product damage, so that a downstream Evaporation step as a cleaning step, e.g. an easier boiling unwanted component can be performed.
  • small, compact high-performance heat exchangers can be Form for low-viscosity and high-viscosity, liquid and gaseous substances.
  • the devices show a very stable design, can because of the stable Execution used with high pressure gradients have a large heat transfer Area and work with low backmixing.
  • the advantages of material systems are particularly noticeable due to their short residence times.
  • the invention can even be used at a fully tempered temperature Housing are dispensed with, which u. a. Investment costs can be further reduced.
  • the device always works with small temperature differences between input and Escaping the heat transfer medium or the coolant, so that a high power transfer when tempering and a very good use of the secondary energies is possible.
  • the invention enables compact, pressure-resistant and inexpensive heat transfer apparatus or low backmixing tubular reactors.
  • the form of insertable Mixer / heat exchanger units in appropriate tempered housing results particularly user-friendly apparatus that allow easy cleaning.
  • Mixing bars 2a, 2a 'in a front, shown in section and a rear Has web area with two further webs 2b, 2b '.
  • the width of the land area is chosen here so that alternating two web layers, each with two webs 2a, 2a 'and 2b, 2b 'are arranged radially offset from one another in the housing 6 along the tube axis and they connect seamlessly in their axial extent (see figure 1a).
  • the shape or design of the webs and the web surface quality can be different.
  • the surface of the webs and the tube can e.g. structured be by raised pimples, warts or grooves or grooves to the heat transfer Enlarge area and produce additional flow effects. in the It essentially depends on the process engineering task or requirement. Examples of this are shown in FIGS. 3 to 9.
  • the bridges can on the outer circumference of the tube 1 radially symmetrical (as in Fig. 3-5) or also be arranged asymmetrically (Fig. 7-9) and different from each other Show angles, with different web shapes combined can and correspond to Fig. 7-9.
  • the web shape can be from the radial simple form differ in that they also have a curved Show shape as a guide vane, which is particularly advantageous if the intersect concentric areas and forced secondary flows become.
  • 3a show a cross section or longitudinal section through a tube 1 similar to FIG. 1 with two webs 32a, 32a 'which have a constant diameter and one Have flat 31 transversely to the main flow direction 21 at its ends.
  • the webs 42a, 42a ' are tapered at the end in cross section educated.
  • the webs 52a, 52a 'according to the variant according to FIGS. 5, 5a are similar 4, but with a widened foot corresponding to the diameter of the tube 1 executed.
  • Fig. 6 shows a variant of a web tube 1 similar to that of FIG. 5, but with only a web 62 'in a web position.
  • 7 combines web shapes 4 and FIG. 5 here with different radial expansion of the webs 72, 72 '. 8, which is similar to FIG. 7, both webs 82, 82 ' in cross-section and at an angle of 170 ° C around the pipe axis rotated to each other arranged.
  • the angular offset is 90 ° C. between the webs 92 and 92 'compared to the arrangement of FIG. 7.
  • the heat transfer surface can the side in contact with the product and also the flow around the pipe and thus also the important mixing process are favored.
  • temperature control processes of highly viscous media with a viscosity greater than 1 Pa.s is a defined one Arrangement of the webs on the outer circumference of the tube makes sense to next to the Heat transfer can also achieve an effective mixing effect.
  • To increase the Heating power can be the inner contour of the web tubes 1, which is in contact with the Temperature control is also available with ribs. This will make the Heating surface on the heat or coolant side increased significantly.
  • the tube shape with any number or specifically arranged web areas on the outer tube diameter can be economical in the casting process or in a Forging processes are manufactured, this always ensures that a complete metallic contact between tube and raised outer contour consists .
  • the radial webs can be hollow, so that the web cavity has a direct connection to the temperature control room and everywhere constant wall thicknesses are present. Mechanical strength requirements and the required compressive strength is made by choosing the appropriate wall thickness.
  • the tubes can be made of different materials, so that one sufficiently high corrosion resistance is guaranteed.
  • the casting process allows economical production of only one particular one Pipe length too. Larger pipe lengths have to be connected by connecting several pipe units be produced using a suitable welding process.
  • FIG. 2 Another mixer / heat exchanger is shown in Figure 2 in longitudinal section.
  • Six tubes 1 have two parallel layers of webs 2a and 2b with each on the outer circumference of the tubes two radially offset webs 2a, 2a '.
  • the pipes 1 protrude at one end into a heat transfer medium supply chamber 4 and end in one Heat transfer chamber 5 ( Figure 2a).
  • the tubes 1 are with the feed 4 and the Discharge chamber 5 welded.
  • the tubes 1 are at an angle ⁇ of approximately 5 degrees transverse to the main flow direction 21 of the product.
  • the tubes 1 with the webs are positioned so that the webs are at an angle ⁇ of 45 degrees to the product flow 21 are positioned.
  • the webs 2a are in relation to the offset webs 2b in an angle ⁇ of 90 degrees.
  • the supply chamber 4 and discharge chamber 5 of the temperature control consist of a on the housing 6 welded pocket or a half tube (not shown).
  • FIG. 10 shows a mixer / heat exchanger unit with a rectangular housing 6 and three web tubes 1, 1 ', 1 ".
  • the webs 12a, 12b correspond in their construction the types shown in Fig. 3 and are over the length of the Pipes 1, 1 ', 1 "arranged in an alternating position.
  • the mixer / heat exchanger (compare sectional view in Fig. 12) has one through the housing 6 formed rectangular product flow area. The further that Housing 6 surrounding housing 15, which is divided with separators, forms the Chambers 4, 5 for the heat transfer medium 18. Several shaped according to FIG. 10 Mixer / heat exchanger units are one behind the other in the direction of flow arranged and connected flush to a product line. The product flows through 10 from above (flow direction 21).
  • Another option for supplying and discharging the bath liquid is in that around the heat exchanger housing with internal web tubes Ring or jacket tube, which in turn has two dividers to separate between supply and return of the heat transfer medium (see figure 14), put up and welded.
  • Ring or jacket tube which in turn has two dividers to separate between supply and return of the heat transfer medium (see figure 14), put up and welded.
  • With a round heat transfer chamber and Housing are the temperature-controlled tubes 1 with their webs in the inflow plane of the Product of different lengths.
  • the shape and direction of the web can interact with the horizontal Pipe distances "a” or the vertical pipe distances "h” among each other an optimal Form temperature-controlled mixer / heat exchanger geometry with large Heat transfer surface and high mixing effect.
  • the pipes with the outer Crosspieces can show different pipe spacings, they can be chosen so closely that the concentric land areas overlap and the outer Crossbars cross each other (see Figure 13). This allows the heat transfer Area varies per unit volume and the residence time of the product be made smaller.
  • the tubes in one level can have different web shapes show and arrangements.
  • FIG. 13 shows a mixer heat exchanger arrangement similar to that shown in FIG. 10 Shape however with two further rows of bridge tubes 131, 132, which in Product flow direction 21 are arranged one behind the other.
  • the first row of web tubes 1, 1 ', 1 "with webs 12 a, 12b corresponds to that in FIG Fig. 10 shape shown.
  • the tubes 131, 132 with the outer webs are arranged in such a way that the respective end webs to the housing 6 have a defined gap show in order to flow around the web tubes as completely as possible, in particular for To enable housing wall 6 ( Figure 13, level 2 and 3).
  • This gap prevents the Formation of dead spaces in the flow direction in which products are deposited can be used to reduce the quality of the products due to long temperature exposure leads.
  • additional temperature control takes place through the targeted Guiding the product to the temperature-controlled housing.
  • the temperature-controlled mixer / heat exchanger can according to the variant Fig. 14 can be used to evenly mix in a component Distribute product.
  • Fig. 14 can be used to evenly mix in a component Distribute product.
  • in the middle tube 13 in Area of the webs 2a, 2b introduced small inlet openings 14, which make it possible a component to be mixed in via a pipe extension (13) through the To supply heating medium room and through the openings 14 through the Enter the entire product flow cross-section evenly ( Figure 14, 14a).
  • a combination of several mixer / heat exchangers 9, 9a, 9b, 9c into one Flow reactor is shown schematically in section in FIG. 15.
  • the unit 9a has here an L / D ratio of 1.5 while the remaining units of the reactor L / D ratio of 0.75.
  • the units are offset from each other by 90 degrees arranged.
  • the incoming heat transfer chambers 4 and dissipative heat transfer chambers 5 of the mixer / heat exchanger units are all in parallel with the Heat transfer supply connected.
  • the temperature control tubes 1 with webs are in the Units 9, 9b by broken lines and in units 9a, 9c by the Crossing points of the broken lines are indicated.
  • the Units in the horizontal and vertical planes or in the main flow direction Have 21 different number of web tubes for temperature control in order to Module to achieve a differentiated temperature control and dispersion performance.
  • the middle tube is only open on one side (similar to the version in FIG. 14 a) and through a capillary 13 on one side through the temperature control chamber 4 extended to outside the mixer / heat exchanger unit 9.
  • Outside the Unit 9 can now connect a metering pump, which is not shown in FIG. 15 to e.g. another substance (additive, entrainer, reactants) over the entire flow cross-section of the module or unit dose and distribute. Bores or nozzles 14 along the tube in the product stream ensure an even distribution over the flow cross-section the unit.
  • the heat transfer medium e.g. hot water, oil, cooling brine
  • the simplest version is the inside diameter 3 of the pipe in the outlet area to the dissipating heat transfer chamber reduced in size over a short distance, e.g. on the inside diameter 3 ', similar to in Figure 11 is shown. If steam is used as an energy source, this narrowing is of the inner diameter 3 of the tube 1 is not required.
  • Compact heat exchangers have the task of flowing through in a short time Medium as high as possible, i.e. heat as close as possible to the heating medium temperature, so that due to a short-term temperature load no thermal Damage to the product occurs.
  • Compact heat exchangers are designed to have smaller apparatus dimensions have, as known heat exchangers with the same performance, thus only a small space requirement in a process engineering plant and this results in low installation and investment costs.
  • An essential feature to compare different types of heat exchanger is the heat transfer performance, the required heat exchange surface and the product side Apparatus volume.
  • the mixer / heat exchanger according to the invention was also used a device from the prior art (published patent application DE-2 839 564 A1) compared.
  • the investigated mixer / heat exchanger according to the invention corresponded basically the embodiment shown in FIGS. 2 and 2a, but with four instead of two pipes arranged next to each other across the product flow direction and overall Nine instead of three arranged one behind the other in the direction of flow 21 Pipe bundles (see Figure 2a).
  • a highly viscous substance (silicone oil) with a viscosity of 10 Pa.s was selected and pumped through the heat exchanger with a gear pump, so that the mass flow could be determined gravimetrically in the outlet area of the respective apparatus.
  • the heat exchangers were connected to an electrically heated and controlled thermostat (heating output 3 kW). Water was selected as the heat transfer medium so that the thermostat controller for the flow temperature at the thermostat was set to 90 ° C.
  • the inlet and outlet temperatures of the heat transfer medium and the product side were measured using a Pt-100 thermocouple and registered and saved on a data acquisition system.
  • the apparatus data show design-related deviations. From table 1 is It can be seen that the mixer / heat exchanger has a shorter design and therefore has a lower volume on the product side (hold-up). In addition, the Mixer / heat exchanger an effective heat transfer area smaller by 0.01 qm. Due to the design, there is always a section in the mixer / heat exchanger of the housing tempered. The effective total temperature control area is for the test evaluation been used. From the tests carried out, the measured Temperatures and pressures, the characteristic data were calculated and compared in Table 2 for both heat exchangers. It the transferred heat output, the average heat transfer coefficient and the pressure loss was calculated from the recorded measured values.
  • Table 2 shows the calculated performance data of the heat exchangers for a constant volume flow (silicone oil) of approx. 30 l / h. Stand d. technology Mixer / heat exchanger Heat transfer performance 400 W. 520 W. Product inlet temperature 22.6 ° C 22.5 ° C Product exit temperature 55.2 ° C 67.3 ° C Average heat transfer coefficient 98 W / qm / K 160 W / qm / K Pressure drop (product page) 1.5 bar 1 bar
  • test result confirms a significant improvement in heat transfer performance with a shorter residence time through the mixer / heat exchanger according to the invention.

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Abstract

Es wird eine Kombination von statischem Mischer und Wärmetauscher zur verfahrenstechnischen Behandlung empfindlicher viskoser Medien beschrieben. Der Mischer weist Wärmetauscherrohre (1) auf, die auf ihrem Umfang mit Stegen (2a, 2b) versehen sind, die eine statische Mischwirkung ausüben. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombination von statischem Mischer und Wärmeaustauscher zur verfahrenstechnischen Behandlung thermisch empfindlicher viskoser Medien, bestehend aus mehreren parallel neben-, übereinander oder versetzt zueinander angeordneten Rohren, die quer in einem Winkel, vorzugsweise von 90°, zur Produktströmungsrichtung in einem Gehäuse stehen und angeströmt werden. Die Rohre besitzen auf dem äußeren Durchmesser erhabene radial angeordnete Stege oder auch gekrümmte, die axial zur Rohrachse versetzt angeordnet sind und auf der Rohrachse zueinander versetzt sind. Die erhabenen Konturen sind so angeordnet, dass insbesondere bei viskosen und hochviskosen Stoffen und Stoffgemischen eine gute Mischwirkung eintritt und gleichzeitig durch die wesentlich vergrößerte Rohraußenfläche eine schnelle produktschonende Temperierung erst ermöglicht wird.
Das schnelle gleichmäßige und schonende Temperieren von viskosen und hochviskosen Produkten, z.B. Polymerschmelzen, erfolgt nur ungenügend mit den bekannten unten beschriebenen Statikmischersystemen. Als direkte Heizfläche für derartige Aufgabenstellungen steht nur die äußere temperierte Gehäuse- oder Rohrwand zur Verfügung. Zur Temperierung eines Produktes, wird dieses mehrfach durch die bekannten Statikmischer von der Gehäuse- bzw. Rohrmitte zur temperierten Gehäusewand geleitet, so dass mit zunehmender Länge der Heizstrecke die gewünschte Produkttemperatur erreicht wird. Solche Temperieraufgaben erfordern aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der meisten organischen Stoffe lange temperierte Mischstrecken, die zu einer hohen Verweilzeit und hohem Druckverlust führen und dadurch viskose Stoffe (> 1 mPa.s) bei laminarer Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere solche mit temperaturempfindlichem Charakter, schädigen. Ein zusätzlicher Nachteil der langen Mischstrecken sind die hohen Bauart-bedingten Investitionskosten solcher Systeme. Nachteile, wie die geringe mechanische Stabilität und hohe Druckverluste bekannter Statikmischer führen zu großen Strömungsquerschnitten, die wiederum eine Temperierung erschweren.
Eine geringfügige Verbesserung bei Temperieraufgaben wird erreicht, wenn bekannte Statikmischer in Rohrleitungen oder in Gehäuse eingepresst bzw. eingewalzt werden. Dadurch wird ein begrenzter metallischer Kontakt zwischen der beheizten inneren Gehäusewand und den kleinen äußeren Querschnittsflächen der metallischen Statikmischer gebildet. Der eingezogene oder eingewalzte Statikmischer kann jedoch nur eine unzureichende Kontaktfläche mit der temperierten Gehäusewand bilden. Die Kontaktflächen sind erfahrungsgemäss nicht vollständig ausgebildet, so dass immer Spalte zur inneren Gehäusewand entstehen. Durch diese engen Spalte wird geringfügig, durch höhere Wärmeleiteigenschaften der metallischen Mischstege, Wärme radial in den Strömungsbereich des Statikmischers geleitet. Diese Methode ermöglicht nur bei sehr kleinen Gehäuse- bzw. Rohrdurchmessern eine geringe Verbesserung, da die Wärmeleitung zur Mitte des Statikmischers bzw. des Gehäuses durch die kleinen nicht vollständig ausgebildeten Kontaktflächen begrenzt ist. Weiterhin sind diese Spalte "Totstellen", die zur Stippenbildung, z.B. in Polymerschmelzen beitragen. Die Stippen (Verunreinigungen) mindern die Qualität der Verkaufsprodukte (z.B. Thermoplaste).
Etwas bessere Temperiereigenschaften besitzen bekannte Statikmischer, die in Gehäuse oder Rohrleitungen eingelötet sind. Das Einlöten erfordert ein präzises vorbereitetes Gehäuse bzw. Rohr und einen an seinem Außendurchmesser bearbeiteten Statikmischer, damit eine gute und vollständige Lötverbindung zustande kommen kann. Die mechanischen Vorbereitungen der einzulötenden Teile sind aufwendig und kostenintensiv. Eingelötete Statikmischer zeigen bei guter Verlötung eine gute Kontaktfläche zur inneren temperierten Gehäusewand. Aufgrund des geometrischen Aufbaus der Statikmischer ist die Kontaktfläche zur beheizten Gehäusefläche jedoch sehr klein, so dass nur eine geringfügig höhere Temperierleistung zum Produktstrom möglich ist. Die Vergrößerung der temperierten Fläche im Vergleich zu den eingewalzten Statikmischern ist nicht wesentlich höher, so dass Mischstecken mit gelöteten Statikmischern, nicht entscheidend verkürzt werden können. Das Lötverfahren ist wegen der begrenzten Lötofenbaugröße und wegen des Verzuges der Rohre beim Verlöten nur mit geringer Rohrlänge (i.a. < 2 m) möglich.
Durch das eingesetzte Lot, treten zudem häufig zusätzliche Korrosionsprobleme auf die bei der Anwendung solcher Mischer berücksichtigt werden müssen, damit z. B. Reinheit und Qualität eines Produkts durch Verunreinigungen infolge von Korrosion nicht verschlechtert wird.
Für die Wärmeübertragung bei flüssigen und gasförmigen Stoffen sind weiterhin Rohre mit äußeren aufgezogenen oder eingepressten bzw. schweißtechnisch angehefteten dünnen Blechscheiben bekannt. Die äußeren dünnen Scheiben besitzen keinen vollständigen Kontakt zum eigentlichen Trägerrohr, so dass sie für den Einsatz zur Temperierung von Luft im hochturbulenten Strömungsbereich vorzugsweise eingesetzt werden. Diese Ausführungen sind nicht druckstabil und besitzen keine mischenden Eigenschaften für viskose Stoffe im laminaren Strömungsbereich. Deshalb sind derartige Rohrsysteme für die Temperierung viskoser und hochviskoser Flüssigkeiten nicht geeignet. Zur Verbesserung der wärmeübertragenden Eigenschaften werden z.B. diese äußeren Scheiben und das Trägerrohr mit einem Niedertemperaturlot vollständig überzogen um produktberührte Flächen zu vergrößern und somit die Wärmeleitung zu erhöhen. Die verwendeten Lote (z.B. Zink, Zinn) sind in chemischen Prozessen mit hohen Korrosionsanforderungen nicht einsetzbar, des weiteren ist die mechanische Festigkeit solcher Lote, insbesondere bei hoher Temperaturbeanspruchung, sehr gering.
Weiterhin ist der temperierbare Statikmischer Reaktor (DE 2 839 564 A1) bekannt. Dieser Reaktor vermischt das durchströmende Produkt, wobei die mischenden Einbauten aus mäanderförmig gebogenen Rohren bestehen. Diese Vorrichtung besteht aus einem temperierbaren Gehäuse, in dem die mischenden Einbauten durch ein besonders geformtes Mäander - Rohrbündel ersetzt sind.
Das Rohrleitungsbündel besteht aus mehreren parallel verlaufenden gebogenen dünnen Rohren. Die Enden der Rohre sind an einem Flansch angeschweißt, von dem aus das Heiz- bzw. Kühlmittel zur Temperierung des Produktstroms eingespeist wird.
Die parallel verlaufenden gebogenen Rohre werden als temperierte Einbauten parallel zur Strömungsrichtung des Produkts in das Gehäuse eingesteckt. Die mäanderförmigen Rohre stehen unter einem alternierenden Winkel in der Produktströmungsrichtung und verlaufen quer über den hydraulischen Durchmesser des Gehäuses. Die parallel angeordneten Rohre im Bündel kreuzen sich untereinander in axialer Richtung des Gehäuses, nach dem bekannten Prinzip der Statikmischer. Die mischenden Rohre zeigen bei dieser Konstruktion einen runden bis elliptischen Anströmquerschnitt, die Rohre sind zum Produktstrom unter einem Winkel geneigt, so dass nur eine geringe verteilende Umlenkung bzw. Mischung des zu temperierenden Produktstromes erfolgt. Da angeströmte runde Profile eine geringe Mischwirkung haben, ist eine homogene Temperaturverteilung in einer hochviskosen Produktströmung auf kurzem Weg nicht ausreichend.
Die Länge des einsteckbaren Mäander - Rohrbündels beträgt immer ein Vielfaches des hydraulischen Gehäusedurchmessers. Die mäanderförmig gebogenen Rohre haben aufgrund ihrer gestreckten Länge eine große wärmeübertragende Fläche. Durch den Verbindungsflansch erfolgt die Zu- und Abfuhr des flüssigen Wärmeträgers, der seine Energie über das vom Produkt umströmte Rohrbündel abgibt. Insbesondere bei der Temperierung viskoser Stoffe, die wärmeisolierende Eigenschaften besitzen, kann die große Heizfläche nicht effektiv genutzt werden, da die Einbauten keine gute Mischwirkung haben.
Die gebogenen einsteckbaren Rohrbündel sind anfällig gegen große Druckgradienten. Bei Anfahrvorgängen oder bei Produktverstopfüng durch hochviskose Produkte treten hohe Druckgradienten auf, so dass die mäanderförmig gebogenen Heiz-/ Kühlrohre in Produktströmungsrichtung zug- oder druckbelastet und gestreckt werden. Dabei neigen die inneren wärmeübertragenden Einbauten des Apparates zur Deformation und eine weitere Temperierung des Produkts durch die dann fehlende Umlenkung des Produkts ist nicht mehr möglich. Das ungewollte Strecken des Rohrbündels ist irreparabel und kann zum Anlagenstillstand mit hohen Ausfallkosten führen.
Das temperierbare mäanderförmige Rohrbündel zeigt aufgrund der ideal gestreckten Länge des Einzelrohres und des kleinen Strömungsquerschnittes einen hohen Druckverlust und eine lange Verweilzeit auf der Temperierseite. Beides, Druckverlust und Verweilzeit z.B. des Temperiermediums in den Mäanderschlangen, führt zu hohen Differenzen zwischen Ein- und Austrittstemperatur und reduziert die zur Wärmeübertragung wichtige mittlere Temperaturdifferenz entscheidend. Aufgrund dessen ist die Leistungsfähigkeit solcher mäanderförmigen Rohrbündel gering. In der Praxis werden häufig mehrere Rohrbündel hintereinander geschaltet, das erhöht wiederum die Investitionskosten, den Druckverlust, die Verweilzeit des zu temperierenden Stoffes und erhöht den Montageaufwand.
Ein gleichmäßiges und schonendes Temperieren von hochviskosen, einphasigen oder mehrphasigen Produktströmen bei gleichzeitig geringer Verweilzeit kann mit den bekannten Systemen, wie z.B. Statikmischern mit beheizbaren Gehäusen oder den temperierbaren mäanderförmigen Rohrbündeln nicht erfolgen.
Daraus resultiert die Notwendigkeit einen temperierbaren Statikmischer zu entwickeln, der Heizkanäle im Produktstrom und gute Mischeigenschaften besitzt. Die neuen temperierbaren Statikmischer sollen einen geringen Druckverlust auf der Wärmeträgerseite besitzen, so dass mit großen Temperaturdifferenzen zum temperierbaren Produktstrom gerechnet werden kann. Des Weiteren soll das neue Apparatekonzept auf große hydraulische Gehäusedurchmesser anwendbar sein. Zusätzliche Verbesserung in Bezug auf eine hohe Robustheit gegen mechanische Einwirkungen, gegen hohe Druckgradienten und die Möglichkeit diverse wärmeleitende und korrosionsfeste Materialien einzusetzen, um den unterschiedlichen Produktanforderungen gerecht zu werden, wäre vorteilhaft.
Weitere Anforderungen bestehen bezüglich einer guten Anpassung auf unterschiedliche verfahrenstechnische Aufgabenstellungen hinsichtlich geringem Druckverlust auf der produktberührten und der temperierten Seite, hohe Mischleistung, eines geringen Verweilzeitspektrums auf der Produktseite, große Temperierfläche und hohe Wärmeübertragungsleistung. Die Erfindung soll für den Einsatz von viskosen bis hochviskosen Substanzen (Viskosität 0,001 bis 20 000 Pa.s) wesentliche Vorteile zeigen.
Die mechanische Stabilität bei Anfahrvorgängen bzw. bei Montagen soll erhöht werden, so dass auch eine höhere Betriebssicherheit erreicht wird.
Der neue Apparat soll ein Kompaktwärmeaustauscher sein, der mit einem niedrigen Installationswand und niedrigen Herstellungskosten in Produktionsanlagen eingebaut werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es zusammenfassend einen statischen Mischer/Wärmeaustauscher bereitzustellen, der die Nachteile der bekannten Konstruktionen des Standes der Technik vermeidet, eine wesentlich verbesserte Temperierung bei geringerem Apparatevolumen ermöglicht, die Herstellungskosten des Apparates reduziert und eine höhere Robustheit, Betriebssicherheit und Standzeit als bekannte Wärmeaustauscher aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Mischer/Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Gegenstand der Erfindung ist ein statischer Mischer/Wärmeaustauscher für die Behandlung viskoser und hochviskoser Produkte, wenigstens umfassend mindestens ein gegebenenfalls temperierbares Gehäuse zur Durchleitung des Produktes, in dem insbesondere quer zur Hauptströmungsrichtung des Produkts mindestens zwei, bevorzugt hintereinander angeordnete temperierbare Rohre, insbesondere temperierbar mittels Durchleitung eines Wärmeträgermediums, angeordnet sind, wobei auf dem Umfang der Rohre eine Vielzahl von Wärmeaustauscherstegen verteilt angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherstege entlang jedes Rohres in mindestens zwei parallelen Lagen ausgerichtet sind und die Stege der verschiedenen Lagen um einen Winkel α von 45° bis 135°, bevorzugt von 70° bis 100°, besonders bevorzugt von 85° bis 95° zueinander um die Achse des Rohres verdreht angeordnet sind und dass die Stege der verschiedenen Lagen zur Hauptströmungsrichtung des Produktes durch das Gehäuse unter einem Winkel β von ±10° bis ±80° stehen.
Die Stege der verschiedenen Lagen stehen in einer bevorzugten Ausführung zur Hauptströmungsrichtung des Produktes durch das Gehäuse unter einem Winkel β von ±30° bis ±60° und besonders bevorzugt unter einem Winkel β von ±40° bis ±50°.
Bevorzugt ist ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Steg einer Lage ein zu diesem Steg auf dem Rohr gegenüberstehender Steg angeordnet ist. Im einfachsten Fall stehen sich beide Stege dann auf dem Rohr genau in einem Winkel von 180° gegenüber.
Bevorzugt ist auch ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege der verschiedenen Lagen von Stegen über die Länge des Rohres gesehen alternierend angeordnet sind. Damit wird die Mischwirkung weiter verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stege so ausgebildet, dass die Stege der verschiedenen Steglagen entlang der Rohre zueinander auf Lücke angeordnet sind.
Zur Verarbeitung höher viskoser Produkte sind, in einer alternativen Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers, die Abstände der Stege der verschiedenen Lagen entlang des Rohres zu einander auf Lücke um den Druckverlust zu erniedrigen.
Zur Verarbeitung höher viskoser Produkte sind, in einer alternativen Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers, die Abstände der Stege der verschiedenen Lagen entlang des Rohres so gewählt, dass die Lücke zwischen rohraxialen benachbarten Stegen größer ist als die jeweilige Stegbreite.
Die Lücken vergrößern den Produktströmungsquerschnitt und reduzieren den Druckverlust. Sind die Lücken kleiner als die jeweilige axiale Stegbreite erhöht sich der Druckverlust und gleichzeitig auch die wärmeübertragende Fläche der Rohre.
In einer besonderen Ausführungsform ist das Stegbreite-/Lückenverhältnis zwischen zwei Stegen zwei benachbarter Steglagen kleiner 1, bevorzugt kleiner 0,7 und besonders bevorzugt kleiner 0,5, um den Druckverlust zu reduzieren.
Bevorzugt ist ebenfalls ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohre mit Stegen in dem Gehäuse quer zur Hauptströmungsrichtung nebeneinander angebracht sind.
Unter Hauptströmungsrichtung des Produktes wird die Richtung parallel zur Längsausdehnung des Gehäuses bezeichnet, die dem Produktstrom folgt, bei rohrförmigem Gehäuse die Richtung parallel zur Mittelachse des Gehäuses.
In einer bevorzugten Form des Mischer/Wärmeaustauschers besitzen die Rohre Temperierkanäle für die Durchleitung eines flüssigen Wärmeträgers, wobei im Ausströmbereich jedes Kanals eine Düse mit einem gegenüber dem Kanal verkleinerten hydraulischen Durchmesser, zur Begrenzung der Durchflussmenge des Temperiermittels, angebracht ist.
Bevorzugt ist der Durchmesser der Düse nur halb so groß wie der hydraulische Kanaldurchmesser des jeweiligen Rohres.
Die bevorzugte integrierte Düse am Ende des Temperierkanals, im Ausströmbereich der Rohre, reduziert die Durchflussmenge des flüssigen Temperiermediums bei vollständig geflutetem Kanal. Dadurch erhöht sich die gleichmäßige Durchströmung vieler parallel angeordneter Stegrohre des Mischer/Wärmeaustauschers.
In einer besonders bevorzugten Form des Mischer/Wärmeaustauschers weist das Gehäuse des Mischer-/Wärmeaustauschers einen separaten zuleitenden und einen separaten ableitenden Gehäusebereich für das Wärmeträgermedium auf, um die Einström- bzw. Ausströmbereiche der Temperierkanäle zu versorgen. Dabei erfolgt eine erzwungene Durchströmung der Stegrohre.
Der temperierbare Mischer/Wärmeaustauscher kann einen kreisrunden (hydraulischen) oder einen rechtwinkligen Querschnitt zeigen, so dass die Querschnittsform des Moduls der verfahrenstechnischen Notwendigkeit angepasst werden kann. Der Mischer hat eine Bauhöhe von Länge zu Durchmesser L/D<10, vorzugsweise bei größeren Durchmessern ist das L/D-Verhältnis <5 und besonders bevorzugt ist das L/D-Verhältnis <1.
Eine bevorzugte Variante des Mischer/Wärmeaustauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse in mehreren Ebenen hintereinander (in Hauptströmungsrichtung) mit Stegen versehene Rohre, insbesondere mit verschiedenen Stegformen- bzw. -ausführungsvarianten versehene Rohre, angebracht sind. Diese mehrstufige Ausführung ermöglicht einerseits ein örtlich intensiveres Vermischen des Mischgutes andererseits wird durch die unterschiedliche Heizfläche der hintereinander in Produktströmungsrichtung stehenden Rohre ein Temperaturgradient entlang der Mischstrecke ermöglicht.
Durch Wahl der Abstände "a" (vergleiche Fig. 13) der horizontalen Rohre können die äußeren Stege zueinander definierte Spalte bilden. Durch Variation der vertikalen Rohrabstände "h" können sich Spalte zwischen den einzelnen Mischebenen bilden, so dass eine Druckverlustminderung eintritt und eine gute schweißtechnische Verbindung der in Segmenten ausgebildeter Mischelemente mit dem Gehäuse möglich ist.
Zur weiteren Intensivierung der Mischwirkung und Temperierung ist ein bevorzugter Mischer/Wärmeaustauscher so aufgebaut, dass sich die radiale Ausdehnung der auf benachbarten Rohren angeordneten, jeweils benachbarten Wärmeaustauscherstege überschneidet.
Die Variation der Rohrabstände quer zur Produktströmungsrichtung oder die Variation der Abstände in Produktströmungsrichtung ermöglicht eine Verbesserung der Misch- und Temperiervorgänge bei gleichzeitig geringerem Apparatevolumen (Hold-up). Beim Durchströmen des Mischer/Wärmeaustauschers erfolgt bei enger Anordnung ein Ineinandergreifen der Temperierstege, der nebeneinander oder hintereinander angeordneten Rohre. Das erhöht die Strömungsgeschwindigkeit und in Folge die Temperier- und Mischleistung.
Bevorzugt ist weiterhin ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung der Stege mindestens das 0,5-fache bis zum 30-fachen, bevorzugt mindestens das 5-fache bis zum 15-fachen des Innendurchmessers des damit verbundenen Rohres beträgt.
Bevorzugt ist weiterhin ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Stege auf den Rohren hohl sind und der Steghohlraum eine direkte Verbindung zum Rohrinnenraum hat.
In besonderen Ausführungen sind die Leitflächen der Stege erhaben strukturiert, so dass die wärmeaustauschende Fläche weiter vergrößert wird und zusätzliche Misch- bzw. Strömungseffekte insbesondere bei Durchleitung von niederviskosen Stoffen auftreten.
Die radiale Ausdehnung der Stege und die dadurch vergrößerte wirksame Wärmeaustauschfläche bei gleichzeitiger Verminderung des lokalen Druckverlustes kann aufgrund der Wärmeleiteigenschaften des verwendeten Rohrwerkstoffes und der stoffspezifischen Wärmeübergangskoeffizienten des zu temperierenden Produkts nicht beliebig groß gewählt werden. Eine große radiale Ausdehnung der Stege kann erfolgen, wenn die Stege hohl ausgebildet sind und der Steghohlraum eine direkte Verbindung zum Kanal des Rohres hat. Ist prozessseitig eine hohe Dispergierleistung gefordert kann die radiale Ausdehnung der Stege groß gewählt werden, so dass sich die Stege in verschiedenen Ebenen überschneiden bzw. Stege benachbarter Rohre ineinander greifen. Die Rohre mit hohlen Stegen können gießtechnisch einstückig hergestellt werden. Aufgrund moderner Schweißverfahren (Laser-Schweißung) ist auch eine Schweißkonstruktion wirtschaftlich.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Variante des Mischer/Wärmeaustauschers, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der Rohre eine Konturierung zur Vergrößerung ihrer Oberfläche aufweist, insbesondere in Form von Längsrippen. In Analogie zum Innenraum des Temperierrohres sind bevorzugt die äußeren Flächen der Temperierrohre und insbesondere die Stege mit Konturen versehen, um die produktseitige Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern.
Alternativ ist der Mischer/Wärmeaustauscher bevorzugt so gestaltet, dass die Rohre mit einer elektrischen Widerstandsheizung versehen sind.
Kommt der Mischer/Wärmeaustauscher als Erhitzer mit in die Rohre eingesteckten elektrischen Heizpatronen zum Einsatz, entfallen die separat ausgebildeten zuleitenden und ableitenden Leitungen für Temperiermittel, so dass die Rohre die mit dem umschließenden Gehäuse direkt verbunden sind, einseitig mit den Heizpatronen bestückt werden können.
Bei Verwendung flüssiger Temperiermittel liegt der Temperaturbereich des Mischer/Wärmeaustauschers von -50°C bis +300°C. Oberhalb von 300°C kann der Mischer/Wärmeaustauscher mit elektrischen Heizpatronen bis zu 500°C betrieben werden.
Für die Durchführung katalysierter Prozesse ist eine weitere bevorzugte Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers von Vorteil, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rohre und/oder die Stege auf ihrer von Mischgut berührten Fläche mit einem Katalysator beschichtet sind.
Bevorzugt sind die Stegrohre des Mischer/Wärmeaustauscher einstückig ausgebildet, z.B. dadurch, dass die Rohre mit Stegen im Gießverfahren oder als Schmiedestück gefertigt sind.
Die Fertigung der Rohre mit Stegen bzw. der Stegrohre durch Gieß- oder Umformtechnik hat Kostenvorteile. Insbesondere wird durch das homogene Werkstoffgefüge eine gute Wärmeleitung vom durchfließenden Temperiermittel zur produktberührten Außenfläche gesichert und Kältebrücken vermieden. Aus diesem Grunde sind insbesondere metallische, legierte CrNi-Werkstoffe, Cu-Verbindungen, Aluminium, Titan, hochlegierte Nickelstähle bzw. Edelmetalle als Werkstoffe bevorzugt.
Die Mischwirkung und Wärmeaustauscherfunktion sind besonders wirksam in einem bevorzugten Mischer/Wärmeaustauscher, bei dem die Stegrohre in Querrichtung zur Hauptströmungsrichtung des Produktes unter einem Winkel γ von höchstens + / - 15 Grad in dem Gehäuse angeordnet sind.
Bei besonderen Mischaufgaben ist ein bevorzugter Mischer/Wärmeaustauscher vorteilhaft, bei dem in dem Gehäuse in mehreren Ebenen in Strömungsrichtung hintereinander mit Stegen versehene Rohre angebracht sind, und die Rohre der Ebenen unterschiedlich dimensionierte Stege im Vergleich zu den Stegen der Rohre benachbarter Ebenen aufweisen.
Bevorzugt ist ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens hintereinander angeordnet zwei parallele Scharen von Rohren mit Stegen unterschiedliche Stegformen besitzen.
Besonders bevorzugt ist ein Mischer/Wärmeaustauscher aufgebaut, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rohr mit Stegen in einer Ebene einseitig mit einer Rohrverlängerung durch den zuleitenden oder ableitenden Temperierbereich nach außerhalb des Gehäuses geführt ist und der Kanal des Stegrohres an einer Seite verschlossen ist und mindestens zwei radiale Öffnungen eine Verbindung vom Kanal des Stegrohres zum durchströmten Produktraum des Mischer/Wärmeaustauschers bildet, um eine zusätzliche flüssige oder gasförmige Komponente in den Hauptstrom des Mischgutes zu leiten und unmittelbar zu vermischen.
Die direkte Einspeisung einer zusätzlichen Substanz über ein nach außen verlängertes Stegrohr, ermöglicht die Verwendung des Mischer/Wärmeaustauschers als Reaktor. Zum einen kann ein Farbstoff bzw. ein Additiv oder ein Schleppmittel zudosiert werden um z.B. viskose Produkte zu färben, Beimischungen zu realisieren oder Reinigungsmittel zu zuführen für eine nachgeschaltete Reinigungsstufe. Eine andere verfahrenstechnische Verwendung wird möglich, wenn z.B. eine Reaktionskomponente über den Strömungsquerschnitt des Mischer/Wärmeaustauschers in den Hauptstrom zu dosiert und dadurch eine chemische Reaktion eingeleitet bzw. gestartet wird. Eine ggf. entstehende Reaktionswärme, durch den Start einer exothermen Reaktion, kann unmittelbar abgeführt werden, um den Prozess isotherm zu halten.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung mit steckbaren Temperiereinheiten ist möglich, wenn das Gehäuse des produktseitigen Strömungskanals in Strömungsrichtung seitliche Öffnungen hat, durch die die Temperiereinheit quer zur Strömungsrichtung eingesetzt werden kann, so dass der produktseitige Strömungsquerschnitt vollständig mit der temperierbaren Statikmischereinheit gefüllt wird. Mehrere steckbare Temperiereinheiten können dann, jeweils in Hauptströmungsrichtung um 90 Grad versetzt, in den produktführenden Kanal des Gehäuses eingebracht werden. Dadurch wird die De- und Montage der Vorrichtung zu Reinigungszwecken aufgrund z.B. eines Produktwechsels wesentlich vereinfacht. Die einseitig stegbaren Temperiereinheiten sind in dieser Ausführung einseitig mit Heizmittel versorgt, so dass über eine verlängerte in den Temperierkanal hineinreichende Kappilare der Temperierheit die Strömungsverhältnisse des Wärmetauschermittels vergleichmässigt und einer weitere. Verengung des Temperierkanals entfällt.
In besonderen Ausführungen des Mischer/Wärmeaustauschers werden Rohre mit äußeren Stegen oder Leitflächen übereinander in ein U-förmiges Gehäuse angeordnet und beide U-förmigen Gehäuseschalen zu einem dichten Gehäuse verschweißt, so dass sich ein rechtwinkeliger Strömungsquerschnitt für das zu temperierende Produkt bildet (Figur 2, 2a).
Eine weitere anwenderfreundliche Ausführung des Mischer/Wärmeaustauscher besteht darin, wenn temperierende Stegrohrenden jeweils in separate Heiztaschen, für die Zuführung und Ableitung des Temperiermediums, eingesetzt, verschweißt und einseitig mit einem Flansch versehen werden, um als steckbare Temperiereinheiten in ein angepasstes Gehäuse eingesetzt zu werden.
Die übereinander positionierten Stegrohre mit den einseitigen Verteilertaschen können als Steckeinheiten in temperierte Gehäuse geschoben werden. In einer derartigen Anordnung befindet sich auf kleinem Raum besonders viel Heizfläche, so dass eine produktschonende Temperierung bei kurzer Verweilzeit erfolgt. Ein besonderer Vorteil für den Anwender ist die Reinigungsmöglichkeit der temperierbaren Mischereinheit.
Bevorzugt können mehrere Mischer/Wärmeaustauscher hintereinander angeordnet werden, gegebenenfalls in Kombination mit bekannten statischen Mischern. Die Mischer/Wärmeaustauscher können dabei um einen Winkel δ von 45 bis 135°, z.B. von 90°, um die Gehäusemittelachse verdreht zueinander angeordnet sein.
Durch das Hintereinander-Schalten von mehreren Mischer/Wärmeaustauschern kann eine chemische Reaktion in einem statisch-mischenden Reaktor ausreichend homogenisiert und isotherm gehalten werden.
Der Mischer/Wärmeaustauscher ist ein leistungsfähiger Temperierapparat, der selbst bei laminarer Strömungsgeschwindigkeit eine hohe Wärmeübertragungsleistung ermöglicht. Aus diesem Grund sind die erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauscher bevorzugt für den Aufbau von rückvermischungsarmen Strömungsreaktoren, für die Durchführung von exothermen und endothermen Prozessen geeignet. Je nach Aufgabenstellung kann in prozess-intensiven Reaktorbereichen, in denen eine Reaktion gestartet wird, ein schneller Wärmeaustausch gewünscht ist und nach Verweilzeitbereichen die weniger temperaturregulierend wirken und nur ein Vermischen gefordert ist unterschieden werden. Verweilzeitbereiche von Strömungsreaktoren können z.B. temperierte Rohre mit eingesetzten bekannten Statikmischern sein.
Die Hauptanwendung der Erfindung, liegt auf dem Gebiet der schonenden schnellen Temperierung von viskosen bis hochviskosen Stoffsystemen. Bei diesen Anwendungen ist neben einer effektiven Temperierung immer eine gleichzeitig gute und effektive Vermischung erforderlich um Temperaturkonstanz über den Strömungsquerschnitt zu erzielen.
Durch die Möglichkeit einen weiteren Stoff über die zusätzliche bevorzugte Stoffzuleitung direkt in den Hauptstrom einzuleiten und zu verteilen, können Additive bzw. Farbstoffe eingemischt werden, so dass in einer verfahrenstechnischen Anlage zusätzliche Mischstrecken entfallen können. Insbesondere bei Verfahren zur Entmonomerisierung von Polymerschmelzen können sogenannte Schleppmittel direkt in die Schmelze eindosiert werden, gleichzeitig erfolgt durch die effektive Temperierung eine schonende Kurzzeit-Erhitzung des Polymers, auf ein höheres Temperaturniveau, ohne eine thermische Produktschädigung einzuleiten, so dass ein nachgeschalteter Verdampfungsschritt als Reinigungsschritt, von z.B. einer leichter siedenden unerwünschten Komponente, durchgeführt werden kann.
Mehrere hintereinander geschaltete Mischer/Wärmeaustauscher können dazu benutzt werden um rückvermischungsarme Rohrreaktoren zu konzipieren. Es kann z.B. eine Reaktionskomponente über die zusätzliche Stoffzuleitung eines bevorzugten Mischer/Wärmeaustauschers gleichmäßig in den Reaktionsraum (Produktraum) verteilt werden. Bei endothermen Reaktionen kann im Strömungsverlauf die zur Reaktion benötigte Energie unmittelbar zugeführt werden. Entsteht während der Reaktion Wärme, so kann bei Zuschaltung eines Kältemittels die Reaktionswärme unmittelbar abgeführt werden.
Mit der genannten Erfindung lassen sich kleine, kompakte Hochleistungs- Wärmeaustauscher für niederviskose und hochviskose, flüssige und gasförmige Stoffe bilden. Die Apparate zeigen eine sehr stabile Ausführung, können aufgrund der stabilen Ausführung bei hohen Druckgradienten eingesetzt werden, besitzen eine große wärmeübertragende Fläche und arbeiten rückvermischungsarm. Insbesondere bei Anwendungen zur Temperierung viskoser und hochviskoser einphasiger oder mehrphasiger Stoffsysteme sind aufgrund kleiner Verweilzeiten die Vorteile besonders erkennbar.
Das Strömungsverhalten von sehr hochviskosen Stoffsystemen impliziert einen sehr hohen Druckverlust, weshalb nur kleine Strömungsgeschwindigkeiten wirtschaftlich möglich sind. Der Fachmann spricht von schleichenden Strömungen. Hierbei ist der Wärmeaustausch zwischen Wärmeträger und Produkt besonders schlecht. Bei diesen Anwendung ist neben der großen wärmeaustauschenden Fläche gleichzeitig ein intensiver Mischvorgang notwendig um eine schonende und gleichmäßige Erwärmung des Produkts zu erzielen. Die Temperierung des Produkts erfolgt bei entsprechender Anordnung der Stegrohre bei sehr kleiner Verweilzeit und kleinem Verweilzeitspektrum, so dass insbesondere temperaturempfindliche Stoffe mit dem erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauscher temperiert werden können.
Mit der Erfindung kann in einzelnen Fällen sogar auf eine vollständig temperiertes Gehäuse verzichtet werden, wodurch u. a. Investitionskosten weiter reduziert werden.
Aufgrund der hohen konzeptionellen Flexibilität der erfindungsgemäßen Mischer/-Wärmeaustauscher, durch Kombination der Rohrabstände "a" und "h" mit unterschiedlichen Stegbereichen, Variation der Anzahl der Stegrohre nebeneinander, untereinander oder versetzt untereinander, sowie der Variation der Rohrabstände quer oder mit der Hauptströmungsrichtung des Produkts, besteht die Möglichkeit allen verfahrenstechnischen und produktspezifischen Anforderungen gerecht zu werden.
Der Apparat arbeitet immer mit kleinen Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Austritt des Wärmeträgers bzw. des Kühlmittels, so dass ein hoher Leistungsübertrag beim Temperieren und eine sehr gute Nutzung der Sekundärenergien möglich ist.
Die Erfindung ermöglicht kompakte, druckfeste und preiswerte Wärmeübertragungsapparate bzw. rückvermischungsarme Rohrreaktoren. Die Form von einsteckbaren Mischer/Wärmeaustauscher-Einheiten in entsprechende temperierte Gehäuse ergibt besonders betriebsfreundliche Apparate, die eine einfache Reinigung zu lassen.
Insbesondere die Anwendung als rückvermischungsarmer Rohrreaktor, mit einer integrierten Einheit zur gleichmäßigen Einspeisung einer Reaktionskomponente über den hydraulischen Strömungsquerschnitt eines primären Hauptproduktstroms bietet weitere technische Einsatzmöglichkeiten, die bisher mit Aggregaten nach dem Stand der Technik nicht möglich sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
einen Längsschnitt durch das Gehäuse 6 eines erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauschers gemäß Linie A-A in Figur 1a und den Winkelversatz der Stege zu einander sowie die Winkelannordnung der Stege zur Hauptströmungsrichtung.
Figur 1a
Teil-Querschnitt und seitliche Ansicht des Rohres 1 mit Stegen 2a und 2b nach Figur1.
Figur 2
zeigt einen Mischer/Wärmeaustauscher mit zwei parallel angeordneten Rohren 1 in einer Ebene mit Stegen 2a und 2a' im Bereich der Produktströmung, sowie den Winkelbereich α der Stege 2a und 2b und den Winkelbereich β der Stege zur Hauptströmungsrichtung.
Figur 2a
zeigt den Mischer/Wärmeaustauscher gemäss der Linie B-B aus Figur 2 mit einer zuführenden Wärmeträgerkammer 4 und einer abführenden Wärmeträgerkammer 5 und den Winkelbereich γ für die Schrägstellung der Stegrohre im Bereich der Produktströmung.
Figur 3, 3a
eine Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1 im Querschnitt.
Figur 4, 4a
eine weitere Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
Figur 5, 5a
eine weitere Variante zu einem strömungsoptimierten Stegpaar 2a aus Figur 1.
Figur 6, 6a
eine Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1 mit nur einem Steg. 62' und exzentrischem Heizkanal 3.
Figur 7, 7a
eine Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
Figur 8, 8a
eine weitere Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
Figur 9, 9a
eine weitere Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
Figur 10
einen Längsschnitt gemäss Linie D-D aus Figur 12, durch eine rechteckige Mischer/Wärmeaustauscher-Einheit mit drei nebeneinander liegenden Rohren 1, 1', 1" in einer Ebene und einer um das Gehäuse verlängerten Wärmeträgerzuleitungskammer 4.
Figur 11
einen Querschnitt durch eine Mischer/Wärmetauschereinheit, gemäss der Linie C-C aus Figur 10 und integrierter Düse bzw. Blende 3' im Austrittsbereich des Heizkanals 3.
Figur 12
eine Draufsicht auf eine Mischer/Wärmetauschereinheit nach Figur 10 mit Anschlüssen für die Wärmeträgerzuführung 4 und -ableitung 5.
Figur 13
einen Längsschnitt durch eine Mischer/Wärmetauschereinheit mit drei in Produkt-Hauptströmungsrichtung hintereinander angeordneten Reihen von nebeneinander liegenden Rohren mit unterschiedlich dimensionierten Stegen und mit verschiedenen Rohr-Mittenabständen "a" bzw. "h" sowie definierten Spalten zur Gehäusewandung und zwischen den einzelnen Rohrebenen für die Reduzierung von Toträumen.
Figur 14
zeigt einen Querschnitt auf ein Mischer/Wärmetauscher-Einheit mit getrenntem konzentrischen Wärmezuleitungs- 4 und Wärmeableitungsbereich 5, desweiteren ist durch den Wärmezuleitungsbereich 4 eine zuführende Kapillare 13 gezeigt, als einseitige Verlängerung des Temperierkanal, um eine zusätzliche Substanz über Verteilerbohrungen 14, in den Produkthauptstrom verteilt einleiten zu können.
Figur 14a
zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus Figur 14, insbesondere sind die Verteilerbohrungen 14 zur gleichmäßigen Verteilung einer zugeführten Substanz in den Produkthauptstrom.
Figur 15
zeigt eine modular aufgebauten Mischer/Wärmeaustauscher-Reaktor mit einer Stoff-Einleitung über Kapillare 13 und Verteilung über Bohrungen 14 für die Zuführung einer Reaktionskomponente, wobei die Anordnung vier hintereinander geschaltete Mischer/Wärmetauschereinheiten (9, 9a, 9b, 9c) mit unterschiedlichen L/D-Verhältnissen hat und die Mischer/Wärmeaustauscher-Einheiten um 90 Grad verdreht zueinander angeordnet sind.
Beispiele Beispiel 1
Figur 1 zeigt ein einstückiges Rohr 1 in einem produktdurchströmten Gehäuse 6, welches auf dem äußeren Umfang einen Stegbereich hat und zwei unter einem Winkel β = 45 bzw. -135° zur Hauptströmungsrichtung (Pfeil) stehende radiale Mischstege 2a, 2a' in einen vorderen, im Schnitt dargestellten und einem hinteren Stegbereich mit zwei weiteren Stegen 2b, 2b' besitzt. Die Breite des Stegbereichs ist hier so gewählt, dass alternierend zwei Steglagen mit jeweils zwei Stegen 2a, 2a' und 2b, 2b' entlang der Rohrachse radial versetzt zueinander im Gehäuse 6 angeordnet sind, und sie sich in ihrer axialen Ausdehnung lückenlos anschließen (siehe Figur 1a).
Die Form bzw. Ausgestaltung der Stege und die Stegoberflächenbeschaffenheit kann unterschiedlich sein. Die Oberfläche der Stege und des Rohres kann z.B. strukturiert sein durch erhobene Noppen, Warzen bzw. Rillen oder Nuten, um die wärmeübertragende Fläche zu vergrößern und zusätzliche Strömungseffekte zu produzieren. Im Wesentlichen richtet sie sich nach der verfahrenstechnischen Aufgabe oder Anforderung. In den Figuren 3 bis 9 sind Beispiele hierzu wiedergegeben. Die Stege können am äußeren Umfang des Rohres 1 radial symmetrisch (wie in Fig. 3-5) oder auch asymmetrisch (Fig. 7-9) angeordnet sein und zueinander unterschiedliche Winkel zeigen, wobei auch unterschiedliche Stegformen miteinander kombiniert werden können und Fig. 7-9 miteinander korrespondieren. Die Stegform kann von der radialen einfachen Form abweichen dahingehend, dass sie zusätzlich eine gekrümmte Form als Leitschaufel zeigen, das ist besonders vorteilhaft wenn sich die konzentrischen Bereiche überschneiden und Sekundärströmungen erzwungen werden.
Figur 3, 3a zeigen einen Querschnitt bzw. Längsschnitt durch ein Rohr 1 ähnlich Fig. 1 mit zwei Stegen 32a, 32a' die einen konstanten Durchmesser aufweisen und eine Abflachung 31 quer zur Hauptströmungsrichtung 21 an ihren Enden haben.
In der Variante nach Fig. 4, 4a sind die Stege 42a, 42a' im Querschnitt am Ende verjüngt ausgebildet. Die Stege 52a, 52a' nach Variante gemäß Fig. 5, 5a sind ähnlich der Fig. 4, jedoch mit verbreiterten Fuß entsprechend dem Durchmesser des Rohres 1 ausgeführt.
Fig. 6 zeigt eine Variante eines Stegrohres 1 ähnlich der nach Fig. 5, jedoch mit nur einem Steg 62' in einer Steglage. Die Bauform nach Fig. 7 kombiniert Stegformen nach Fig. 4 und Fig. 5 hier mit unterschiedlicher radialer Ausdehnung der Stege 72, 72'. In der Ausführung nach Fig. 8, die Fig. 7 ähnlich ist, sind beide Stege 82, 82' im Querschnitt und einem Winkel von 170°C um die Rohrachse verdreht zueinander angeordnet.
In der Variante nach Fig. 9 beträgt der Winkelversatz 90°C, zwischen den Stegen 92 und 92' verglichen mit der Anordnung nach Fig. 7.
Durch die Form und Anordnung der Stege kann die wärmeübertragende Fläche auf der produktberührten Seite und auch das Umströmen des Rohres und damit auch der wichtige Mischvorgang begünstigt werden. Insbesondere bei Temperiervorgängen von hochviskosen Medien, mit einer Viskosität von größer 1 Pa.s, ist eine definierte Anordnung der Stege auf dem äußeren Umfang des Rohres sinnvoll, um neben der Wärmeübertragung auch eine effektive Mischwirkung zu erzielen. Zur Erhöhung der Heizleistung kann die innere Kontur der Stegrohre 1, die in Kontakt mit dem Temperiermittel steht, ebenfalls mit Rippen ausgestattet werden. Dadurch wird die Heizfläche auf der Wärme- oder Kälteträgerseite wesentlich erhöht.
Die Rohrform mit beliebig vielen bzw. gezielt angeordneten Stegbereichen auf dem äußeren Rohrdurchmesser kann wirtschaftlich im Gießverfahren oder in einem Schmiedeverfahren hergestellt werden, dadurch wird immer sichergestellt, dass ein vollständiger metallischer Kontakt zwischen Rohr und erhabene äußere Kontur besteht . In besonderen Fällen können die radialen Stege hohl ausgeführt sein, so dass der Steghohlraum eine direkte Verbindung zum Temperierraum hat und überall konstante Wanddicken vorliegen. Anforderungen bezüglich mechanischer Festigkeiten und benötigter Druckfestigkeit erfolgt durch entsprechende Wahl der Wanddicke.
Die Rohre können aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden, damit eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist.
Das Gießverfahren lässt eine wirtschaftliche Fertigung von nur einer bestimmten Rohrlänge zu. Größere Rohrlängen müssen durch Verbinden mehrerer Rohreinheiten mit einem geeigneten Schweißverfahren hergestellt werden.
Beispiel 2
Ein weiterer Mischer/Wärmeaustauscher ist in Figur 2 im Längsschnitt wiedergegeben. Sechs Rohre 1 haben zwei parallele Lagen von Stegen 2a und 2b mit jeweils auf dem äußeren Umfang der Rohre zwei radial versetzten Stegen 2a, 2a'. Die Rohre 1 ragen mit einem Ende in eine Wärmeträger-Zuführkammer 4 und enden in einer Wärmeträger-Ableitkammer 5 (Figur 2a). Die Rohre 1 sind mit der Zuführ- 4 und der Ableitkammer 5 verschweißt. Die Rohre 1 stehen in einem Winkel γ von ca. 5 Grad quer zur Hauptströmungsrichtung 21 des Produktes. Die Rohre 1 mit den Stegen sind so positioniert, dass die Stege in einen Winkel β von 45 Grad zur Produktanströmung 21 positioniert sind. Die Stege 2a stehen zu den versetzten Stegen 2b in einem Winkel α von 90 Grad.
Die Zuführkammer 4 und Ableitkammer 5 des Temperiermittels bestehen aus einer am Gehäuse 6 angeschweißten Tasche bzw. einem Halbrohr (nicht gezeichnet).
Beispiel 3
In Figur 10 ist eine Mischer/Wärmeaustauschereinheit gezeigt, mit einem rechteckigen Gehäuse 6 und drei Stegrohren 1, 1', 1". Die Stege 12a, 12b entsprechen in ihrer Bauform den in Fig. 3 gezeigten Typen und sind über die Länge der Rohre 1, 1', 1" in alternierenden Lage angeordnet.
Im Querschnitt in Fig. 11 gemäß Linie C-C aus Fig. 10 ist zu sehen, dass durch eine äußere Ummantelung 15 zwei Kammern 4, 5 gebildet werden, die mit einer Zuleitung 16 bzw. einer Ableitung 17 für einen flüssigen Wärmeträger verbunden sind (siehe Fig. 12). Die Rohre 1, 1', 1" werden wie in Fig. 11 gezeigt im Betrieb vom Wärmeträger 18 durchströmt. An ihrem einen Ende weisen die Rohre 1, 1', 1" eine Verengung 3' im Kanal 3 auf.
Der Mischer/Wärmeaustauscher (vergleiche Schnittbild in Fig. 12) hat einen durch das Gehäuse 6 gebildeten rechteckigen Produktströmungsbereich. Das weitere das Gehäuse 6 umgebende Gehäuse 15, das mit Trennstegen unterteilt ist, bildet die Kammern 4, 5 für den Wärmeträger 18. Mehrere gemäß Fig. 10 geformte Mischer/Wärmeaustauschereinheiten sind in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet und an eine Produktleitung bündig angeschlossen. Das Produkt durchströmt die Einheiten entsprechend Fig. 10 von oben (Strömungsrichtung 21).
Eine weitere Möglichkeit der Zu- und Ableitung der Temperierflüssigkeit besteht darin, dass um das Wärmeaustauschergehäuse mit innenliegenden Stegrohren ein Ring bzw. Mantelrohr, welches wiederum zwei Trennstege besitzt um eine Trennung zwischen Vor- und Rücklauf des Wärmeträgers zu gewährleisten (vergleiche Figur 14), gestülpt und verschweißt wird. Bei einer runden Wärmeträgerkammer und Gehäuse sind die temperierbaren Rohre 1 mit ihren Stegen in der Anströmebene des Produkts unterschiedlich lang.
Die Stegform und -richtung kann im Zusammenspiel mit den horizontalen Rohrabständen "a" oder den vertikalen Rohrabständen "h" untereinander eine optimale temperierbare Mischer/Wärmeaustauschergeometrie bilden, mit großer Wärmeübertragungsfläche und hoher Mischwirkung. Die Rohre mit den äußeren Stegen können unterschiedliche Rohrabstände zeigen, sie können so eng gewählt werden, dass die konzentrischen Stegbereiche sich überlappen und die äußeren Mischstege sich miteinander kreuzen (vergl. Figur 13). Dadurch kann die wärmeübertragende Fläche pro Volumeneinheit variiert und die Verweilzeit des Produkts verkleinert werden. Die Rohre in einer Ebene können unterschiedliche Stegformen und -anordnungen zeigen.
Beispiel 4
Fig. 13 zeigt eine Mischer Wärmeaustauscheranordnung ähnlich der in Fig. 10 gezeigten Form jedoch mit zwei weiteren Reihen von Stegrohren 131, 132, die in Produktströmungsrichtung 21 hintereinander angeordnet sind.
Die erste Reihe von Stegrohren 1, 1', 1" mit Stegen 12 a, 12b entspricht der in Fig. 10 gezeigten Form.
In den weiteren Reihen sind die Rohre 131, 132 mit den äußeren Stegen so angeordnet, dass die jeweils endständigen Stege zum Gehäuse 6 einen definierten Spalt zeigen, um ein möglichst vollständiges Umfließen der Stegrohre insbesondere zur Gehäusewand 6 zu ermöglichen ( Figur13, Ebene 2 u. 3). Dieser Spalt verhindert die Bildung von Toträumen in Strömungsrichtung, in denen sich Produkte ablagern können welches zur Qualitätsminderung der Produkte aufgrund langer Temperaturbelastung führt. Gleichzeitig erfolgt eine zusätzliche Temperierung durch die gezielte Führung des Produktes zum temperierten Gehäuse.
Beispiel 5
Die temperierbaren Mischer/Wärmeaustauscher können gemäß der Variante nach Fig. 14 dazu benutzt werden, um eine einzumischende Komponente gleichmäßig im Produkt zu verteilen. Bei dieser Anwendung werden in dem mittleren Rohr 13 im Bereich der Stege 2a, 2b kleine Eintrittsöffnungen 14 eingebracht, die es ermöglichen eine einzumischende Komponente über eine Rohrverlängerung (13) durch den Heizmittelraum zu zuführen und über die eingebrachten Öffnungen 14 über den gesamten Produktströmungsquerschnitt gleichmäßig einzutragen (Figur 14, 14a).
Eine Kombination mehrerer Mischer/Wärmeaustauscher 9, 9a, 9b, 9c zu einem Strömungsreaktor ist in Figur 15 skizzenhaft im Schnitt gezeigt. Die Einheit 9a hat hier ein L/D-Verhältnis von 1,5 während die übrigen Einheiten des Reaktors ein L/D-Verhältnis von 0,75 haben. Die Einheiten sind zueinander um 90 Grad versetzt angeordnet. Die zuleitenden Wärmeträgerkammern 4 und ableitenden Wärmeträgerkammern 5 der Mischer/Wärmeaustauscher-Einheiten sind alle parallel mit der Wärmeträgerversorgung verbunden. Die Temperierrohre 1 mit Stegen sind in den Einheiten 9, 9b durch unterbrochene Linien und in den Einheiten 9a, 9c durch die Kreuzungspunkte der unterbrochenen Linien angedeutet. Es ist zu erkennen, dass die Einheiten in der horizontalen und in der vertikalen Ebene bzw. in Hauptstromrichtung 21 unterschiedlich viele Stegrohre zur Temperierung besitzen, um im jeweiligen Modul eine differenzierte Temperier- und Dispergierleistung zu bewirken. In der Einheit 9 ist das mittlere Rohr nur einseitig geöffnet (ähnlich der Ausführung in Figur 14a) und durch eine Kapillare 13 einseitig durch die Temperierkammer 4 verlängert bis außerhalb der Mischer/Wärmeaustauscher-Einheit 9. Außerhalb der Einheit 9 kann nun eine Dosierpumpe, die in der Figur 15 nicht dargestellt ist, angeschlossen werden, um z.B. eine weitere Substanz (Additiv, Schleppmittel, Reaktionsstoffe) über den gesamten Strömungsquerschnitt des Modul bzw. der Einheit zu dosieren und zu verteilen. Bohrungen bzw. Düsen 14 entlang des Rohres im Produktstrom sorgen für eine gleichmäßige Verteilung über den Strömungsquerschnitt der Einheit.
Je nach Volumenstrom des Wärmeträgermediums (z.B. Warmwasser, Öl, Kühlsole) ist es erforderlich im Austrittsbereich der Stegrohre eine Querschnittsverengung bzw. eine Düse (Blende) vor zu sehen, damit parallel angeströmte Stegrohre mit gleicher Energiedichte versorgt werden. In einfachster Ausführung wird der Innendurchmesser 3 des Rohres im Austrittsbereich zur ableitenden Wärmeträgerkammer auf kurzer Strecke verkleinert, z.B. auf den Innendurchmesser 3', ähnlich wie in Figur 11 dargestellt ist. Wird Dampf als Energieträger eingesetzt ist diese Verengung des Innendurchmessers 3 des Rohres 1 nicht erforderlich.
Beispiel 6 Kompaktwärmeaustauscher
Kompaktwärmeaustauscher haben die Aufgabe in kurzer Zeit ein durchströmendes Medium möglichst hoch, d.h. möglichst nahe an die Heizmitteltemperatur zu erhitzen, so dass aufgrund einer kurzzeitigen Temperaturbelastung keine thermische Schädigung des Produkts auftritt. Kompaktwärmeaustauscher sollen kleinere Apparateabmessungen haben, als bekannte Wärmeaustauscher mit gleicher Leistung, damit in einer verfahrenstechnischen Anlage nur ein kleiner Raumbedarf und dadurch geringe Montage- und Investitionskosten entstehen. Ein wesentliches Merkmal zum Vergleich verschiedener Wärmeaustauschertypen ist die Wärmeübertragungsleistung, die benötigte Wärmeaustauschfläche und das produktseitige Apparatevolumen. Es wurde der erfindungsgemäße Mischer/Wärmeaustauscher mit einem Gerät aus dem Stand der Technik (Offenlegungsschrift DE-2 839 564 A1) verglichen. Der untersuchte erfindungsgemäße Mischer/Wärmeaustauscher entsprach grundsätzlich der in Figur 2 und 2a gezeigten Ausführung jedoch mit vier statt zwei quer zur Produktströmungsrichtung nebeneinander angeordneten Rohren und insgesamt neun statt drei in Strömungsrichtung 21 gesehen hintereinander angeordneten Rohrpaketen (vergleiche Figur 2a).
Für den Versuch wurde als Produkt ein hochviskoser Stoff (Silikonöl) mit einer Viskosität von 10 Pa.s gewählt und mit einer Zahnradpumpe durch die Wärmeaustauscher gepumpt, so dass im Austrittsbereich des jeweiligen Apparates der Massenstrom gravimetrisch ermittelt werden konnte. Die Wärmeaustauscher wurden für den Versuch an einen elektrisch beheizten und geregelten Thermostaten (Heizleistung 3 kW) angeschlossen. Als Wärmeträgermedium wurde Wasser gewählt, so dass der Thermostatregler für die Vorlauftemperatur am Thermostaten auf 90°C eingestellt wurde. Die Eintritts- und Austrittstemperatur des Wärmeträgers und der Produktseite wurden mittels eines Thermoelements vom Typ Pt-100 gemessen und auf einer Messwerterfassungsanlage registriert und gespeichert. Zusätzlich registrierten Drucksensoren, die im Eintritts- und Austrittsbereich der Temperier- und Produktseite auftretenden Drücke, als Folge der auftretenden Strömungsverluste. Die apparativen Kenndaten der Wärmeaustauscher sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
Apparatedaten Stand der Technik Mischer/ Wärmeaustauscher
Werkstoff 1.4571* 1.4571
Hydraulischer Querschnitt 38 x 38 mm 40 x 43 mm
Apparatelänge 310 mm 158 mm
Stegbreite Rohr 4 x 1mm 5 mm
Stegbereiche pro Rohr /Stege pro Bereich 8 Rohr parallel 8 / 2
Rohrdurchmesser / Innendurchmesser Rohr 4 x 1 mm 7 mm / 5 mm
Düsen-Drchm. im Austrittsbereich -------------------- 2,5 mm
Temperierfläche der Einbauten 0,09 qm 0,068 qm
Temperierfläche des zu- u. ableitenden Bereichs (Gehäuseanteil) 0,00 qm 0,012 qm
Die Apparatedaten zeigen konstruktiv bedingte Abweichungen. Aus der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass der Mischer/Wärmeaustauscher eine kürzere Bauform und dadurch ein geringeres produktseitiges Volumen (Hold-up) hat. Zusätzlich hat der Mischer/Wärmeaustauscher eine um 0,01 qm geringere wirksame Wärmeübertragungsfläche. Bauartbedingt ist beim Mischer/Wärmeaustauscher immer ein Teilbereich des Gehäuses temperiert. Für die Versuchsauswertung ist die wirksame Gesamttemperierfläche eingesetzt worden. Aus den durchgeführten Versuchen, den gemessenen Temperaturen und Drücken, wurden die charakteristischen Kenndaten errechnet und in der Tabelle 2 für beide Wärmeaustauscher gegenüber gestellt. Es wurde die übertragene Wärmeleistung, der mittlere Wärmedurchgangskoeffizient und der Druckverlust aus den aufgezeichneten Messwerten berechnet worden.
In der Tabelle 2 sind die errechneten Leistungsdaten der Wärmeaustauscher für einen konstanten Volumenstrom (Silikonöl) von ca. 30 l/h dargestellt.
Stand d. Technik Mischer/ Wärmeaustauscher
Wärmeübertragungsleistung 400 W 520 W
Produkteintrittstemperatur 22,6°C 22,5°C
Produktaustrittstemperatur 55,2°C 67,3°C
Mittlere Wärmedurchgangskoeffizient 98 W/qm/K 160 W/qm/K
Druckverlust (Produktseite) 1,5 bar 1 bar
Das Ergebnis der Versuche bestätigt die höhere Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen kompakten Mischer/Wärmeaustauschers. Es wurde bei konstantem Volumenstrom und geringerer Verweilzeit in der beheizten Zone ca. 120 Watt mehr übertragen, obwohl die produktberührte Wärmeübertragungsfläche geringer ist als bei dem bekannten Wärmeaustauscher. Aufgrund der kompakten Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers konnte die Verweilzeit halbiert werden.
Das Testergebnis bestätigt eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung bei geringerer Verweilzeit durch den erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauscher.

Claims (19)

  1. Statischer Mischer/Wärmeaustauscher für die Behandlung viskoser und hochviskoser Produkte wenigstens umfassend ein Gehäuse (6) zur Durchleitung des Produktes, mindestens zwei temperierbare Rohre (1), die insbesondere mit einem Kanal (3) zur Durchleitung eines Wärmeträgermediums versehen sind, wobei das Gehäuse die Rohre (1) umgibt, wobei auf dem Umfang der Rohre (1) eine Vielzahl von Wärmeaustauscherstegen (2a, 2b) verteilt angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherstege (2a, 2b) entlang der Rohre (1) in mindestens zwei parallelen Lagen (7, 8) ausgerichtet sind und die Stege (2a) und (2b) der verschiedenen Lagen (7, 8) um einen Winkel α von 45° bis 135°, bevorzugt von 70° bis 110° zueinander um die Achse der Rohre (1) verdreht angeordnet sind und dass die Stege (2a, 2b) zur Hauptströmungsrichtung (21) des Produktes durch das Gehäuse (6) unter einem Winkel β von ±10° bis ±80° stehen.
  2. Mischer/Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Steg (2a) bzw. (2b) einer Lage (7) bzw. (8) ein zu diesem Steg auf dem Rohr (1) gegenüberstehender Steg (2a') bzw. (2b') angeordnet ist.
  3. Mischer/Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2a) oder (2b) der verschiedenen Lagen (7) oder (8) über die Länge des Rohres (1) gesehen alternierend angeordnet sind.
  4. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen den Stegen der verschiedenen Lagen (7, 8) von 85 bis 95° beträgt.
  5. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohre (1, 1') mit Stegen (2a, 2b) in dem Gehäuse (6) quer zur Hauptströmungsrichtung des Produktes nebeneinander angebracht sind.
  6. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) Zuleitungen (4) und Ableitungen (5) für ein Wärmeträgermedium aufweist, welche mit dem Eingang bzw. Ausgang der Kanäle (3, 3') verbunden sind.
  7. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) in mehreren Ebenen hintereinander mit Stegen (2a, 2b) versehene Rohre (1, 1') angebracht sind.
  8. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radiale Ausdehnung der auf benachbarten Rohren (132, 132') angeordneten, jeweils benachbarten Stege (2a, 2b) überschneidet.
  9. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2a, 2b) der verschiedenen Lagen (7, 8) entlang der Rohre (1, 1', 1") zu einander auf Lücke angeordnet sind.
  10. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung der Stege (2a, 2b) mindestens das 0,5-fache des Innendurchmessers des damit verbundenen Rohres (1) beträgt.
  11. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der Rohre (1, 1', 1") eine Konturierung zur Vergrößerung ihrer Oberfläche aufweisen, insbesondere in Form von Längsrippen.
  12. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte Stege (2, 2a', 2b, 2b') der Rohre (1) innen hohl ausgeführt sind und der Hohlraum mit dem Kanal (3) des Rohres (1) in Verbindung steht.
  13. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1, 1', 1") mit einer Widerstandsheizung oder einem elektrischen Kühlelement versehen sind.
  14. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1, 1', 1") und/oder die Stege (2a, 2b) mit einem Katalysator beschichtet sind.
  15. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1, 1', 1") in Querrichtung zur Hauptströmungsrichtung des Produktes unter einem Winkel γ von höchstens +/-15° in dem Gehäuse (6) angeordnet sind.
  16. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) in mehreren Ebenen hintereinander mit Stegen (2a, 2b) versehene Rohre (1, 1a) angebracht sind, und die Rohre (1) der Ebenen unterschiedlich dimensionierte Stege (2a, 2b) im Vergleich zu den Stegen der Rohre (1a) der benachbarten Ebene aufweisen.
  17. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer/Wärmetauscher mindestens ein parallel zu den Rohren (1) angeordnetes Stoffeinleitungsrohr aufweist, das mit gleichartigen Stegen (2a, 2b) versehen ist und mehrere Öffnungen (14) zum Inneren des Gehäuses (6) aufweist.
  18. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) Kanäle (3) aufweisen, in deren Ausströmbereich eine Düse (3') mit gegenüber den Kanälen (3) verkleinertem Durchmesser angebracht ist.
  19. Verwendung der Mischer/Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Temperierung von viskosen Stoffsystemen mit einer Viskosität von 0,001 bis 20 000 Pa.s.
EP03015959A 2002-07-24 2003-07-14 Mischer/Wärmeaustauscher Expired - Lifetime EP1384502B1 (de)

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