EP1510247A1 - Statischer Mister mit polymorpher Struktur - Google Patents

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EP1510247A1
EP1510247A1 EP04405482A EP04405482A EP1510247A1 EP 1510247 A1 EP1510247 A1 EP 1510247A1 EP 04405482 A EP04405482 A EP 04405482A EP 04405482 A EP04405482 A EP 04405482A EP 1510247 A1 EP1510247 A1 EP 1510247A1
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EP
European Patent Office
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section
internals
mixing
elements
mixer
Prior art date
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EP04405482A
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English (en)
French (fr)
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EP1510247B1 (de
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Felix Moser
Gerhard Sebastian Dr. Hirschberg
Markus Fleischli
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Sulzer Chemtech AG
Original Assignee
Sulzer Chemtech AG
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Publication date
Application filed by Sulzer Chemtech AG filed Critical Sulzer Chemtech AG
Priority to EP04405482A priority Critical patent/EP1510247B1/de
Publication of EP1510247A1 publication Critical patent/EP1510247A1/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
    • 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
    • B01F25/4312—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor having different kinds of baffles, e.g. plates alternating with screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • B01F25/43161—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod composed of consecutive sections of flat pieces of material

Definitions

  • the invention relates to a static mixer with polymorphic structure, in the mixed-effect internals of a first section structured differently are as those of a second, downstream portion and the for mixing or homogenizing fluid media.
  • the purpose of the static mixer is to use a fluid medium to homogenize as little energy as possible and for the product to obtain an optimal mixing quality. You can reach below that An optimal mixing quality to understand the following:
  • a sufficient homogeneity of the application Medium are produced.
  • concentrations should be detectable at all points.
  • the object of the invention is to provide a static mixer for a distributive To create a blending, with respect to the prior art one Progress on the desired mixing quality and the effort to Achievement of this mixing quality represents. This task is done by the im Claim 1 defined static mixer solved.
  • static mixer with polymorphic structure for mixing or Homogenizing a fluid medium is usable, are at least two Sections in a pipe in the longitudinal direction behind each other arranged.
  • Mixed-effect internals of the first section distribute this mixing medium largely globally across the entire cross section of the Tube around.
  • Effect mixing-active internals of the second section largely local mixtures in partial areas, each one only Part of the pipe cross-section included.
  • the internals of both sections have the same or approximately equal hydraulic diameter.
  • the inventive mixer is a "polymorphic Uniskalenmischer".
  • Uniskalenmischers are the hydraulic diameter equal to or approximately equal to the same, d h. the substructures are equal to "scaled”.
  • the dependent claims 2 to 9 relate to advantageous embodiments of the inventive mixer.
  • Fig. 1 shows mixing internals of a mixer, a polymorphic Structure, as that of said US-A-5605399, whose internals but are structured completely differently.
  • the internals of this "two-tiered Multiscale mixer" consists of two sections I and II together.
  • the internals 1 are in a not shown tube 5 (see Figures 2 and 5) used.
  • the flow of the medium to be mixed, the at least two fluid components flows in the longitudinal direction of the tube 5 and is indicated by arrows M.
  • the second section II the downstream arranged after the first section I, consists of four next to each other lying internals 2 ', each of which reduced by a factor of 0.5 form the chamber structure of the first section I have. Through the internals 2 ', the cross section of the tube 5 is divided into four partial surfaces 3.
  • a mixer with polymorphic structure is very schematic shown.
  • This mixer contains in the tube 5, for example, the Fittings 1 and 2 'of Fig. 1. It can also be used other installations which result in a mixer with polymorphic structure.
  • uniscale internals can be used which Structures with equal or approximately equal hydraulic Have diameter.
  • the medium to be mixed over the entire cross section of the tube 5 redistributed. It finds a sectionhomogentician following Art instead: At the end of the first section I is a subdivision of the Cross-section in sub-areas 3 possible. With respect to these faces 3 points the passing medium in each case proportions of its components on, which ideally are the same. In practice, this ideal case is not realizable.
  • the length of the first section I can be dimensioned so that the stated proportions are in the maximum by one predetermined percentage - for example, 5, 10 or 20 percent.
  • the internals 2 are structured in such a way that that with them further homogenizations in each longitudinal Subareas 30 after the mentioned sub-areas 3 are effected.
  • Under a longitudinal portion 30 is a cylindrical or prismatic region of the internals 2 understood in longitudinal Direction, i. in the direction of the tube 5 over the length of the second section Il extends and its base is given by one of the faces 3.
  • Fig. 3 shows schematically a mixer according to the invention (Uniskalenmischer), in which the mixing-active internals of the second Section II a plurality of longitudinally disposed elements. 2 include.
  • the elements 2 are relatively short and cause due to their limited length only local mixtures in partial areas, respectively only a part of the pipe cross-section, i. one of the faces 3, included.
  • There no dispersives but distributive mixing should be carried out have the internals of both sections I, II structures with the same or Approximately the same size of hydraulic diameter.
  • Uniscale structuring is associated with a pressure drop that is less than in a multiscalar structuring.
  • the elements 2 of the second Section II each have an anisotropic structure with layers extending to each other extend in the longitudinal direction; the layers of adjacent elements 2 are unequally oriented (across each other). Also in the inventive Mixer is a redistribution of the medium M largely to longitudinal Subregions 30 (see Fig. 2) limited. A cross exchange between the Subareas 30 is not prohibited.
  • the "SMX structure” consists of two groups of parallel aligned ones There are webs that are so interlocked with each other that the webs cross. In the "SMV structure", the layers are wavy Walls formed.
  • the flow channels cause in the first section I a Transporting the medium between points within the entire tube 5; the Flow channels effect in the second and each subsequent section II each a transport of the medium, largely to longitudinal Subareas 30 (see Fig. 2) is limited. This limitation is in the Section II in the longitudinal sections 30 before, as the length of the Mixer elements is shortened. But it can also result from by reducing the inclination angle of the flow channels.
  • Fig. 5 shows an element 4 (or 4 '), which is half a part of the known Mixer element forms with "SMX structure".
  • This element 4 is in a cylindrical tube 5 is inserted. If you look at element 4 from above, namely in the direction of arrow A, you can see webs 41 and 42 from the side and you can see how the webs 41, 42 intersect. Looking from the side-in Direction of the second arrow B - on the element 4, you can see on the wide surfaces of the webs 41, 42, which are now considered parallel strips appear. Turning the element 4 by 90 °, so that the arrow B on the Position of the arrow A comes to lie, the element 4 assumes a position, in which the reference numeral 4 'is assigned.
  • Element 6 By joining the element 4 with the element 4 ', one obtains Element 6, which is shown in simplified form in Fig. 6. It is in this Fig. 6, the respective, the two halves corresponding positions of Arrows A and B indicated.
  • the mixer elements 6 can be monolithic be trained; they can be produced in particular by means of precision casting Be castings.
  • FIG. 7 shows a symbolic representation of the mixer element 6 of FIG. 6.
  • the two halves are denoted by a and b; they correspond to the left or right side 4, 4 'of the element 6 in FIG. 6.
  • the layers, which by the webs 41 and 42 are formed in the first half a compared to the layers in the second half b by an angle, preferably offset by 90 °, offset; and the flow channels extend in the elements 6 at most over half the cross section of the tube. 5
  • a two-stage mixer can be combined set, ie with the single mixer structure of the mixer element. 6 a polymorphic mixer can be made. This is shown in FIG. 8:
  • elements 6, 6 'in an alternating manner such arranged and oriented that the flow channels in the second half b a first element 6 same as the flow channels in the first half b of a subsequent element 6 'are aligned. So they each form two equal halves a and b, respectively, a pair of a complete SMX element equivalent.
  • SMX elements a redistribution of the components to be mixed over the entire pipe cross-section (more global Mixing process).
  • the elements 6 are all the same arranged so that alternately halves a and b follow one another. Because the Flow channels of the halves a and b in each case to half Tube cross-section are limited, find largely local mixing processes instead, which take place in longitudinal subregions. The number of these Subareas that are all the same size is four. It should be noted that in the first section I the first half a of the first element 6 not yet contributes a mixing of the medium over the entire pipe cross-section.
  • the longitudinal sections 30 advantageously have cross-sectional areas, which are largely isodiametral: are of a circular cross-section the faces 3 in the second section II four equal sectors; in further sections are the sub-areas 3 sectors or quadrangular Circular cut-outs that expand approximately equally in the radial direction are like in the tangential direction, which is perpendicular to the radial.
  • the pipe cross-section is rectangular, in particular square.
  • the Cross sections of the longitudinal sections are also rectangular.
  • sections I, II are each monomorphic. But it is possible that the sections themselves are also polymorphic are structured

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

Im statischen Mischer mit polymorpher Struktur, der zum Mischen oder Homogenisieren eines fluiden Mediums (M) verwendbar ist, sind mindestens zwei Abschnitte (I, II) in einem Rohr (5) in longitudinaler Richtung hinter einander angeordnet. Mischwirksame Einbauten (1) des ersten Abschnitts verteilen das zu mischende Medium weitgehend global über den gesamten Querschnitt des Rohrs um. Mischwirksame Einbauten des zweiten Abschnitts bewirken weitgehend lokale Vermischungen in Partialbereichen, die jeweils nur einen Teil des Rohrquerschnitts enthalten. Die Einbauten beider Abschnitte haben den gleichen oder angenähert gleich grossen hydraulischen Durchmesser.

Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer mit polymorpher Struktur, in dem mischwirksame Einbauten eines ersten Abschnitts anders strukturiert sind als jene eines zweiten, stromabwärts angeordneten Abschnitts und der für ein Mischen oder Homogenisieren von fluiden Medien verwendbar ist.
Es ist eine grosse Mannigfaltigkeit von statischen Mischern bekannt, die sich durch die Strukturen ihrer mischwirksamen Einbauten unterscheiden. In vielen Fällen setzen sich die Einbauten aus Mischerelementen zusammen, die jeweils die gleiche Gestalt haben. Man kann in diesen Fällen von statischen Mischern mit monomorpher Struktur sprechen. Mischer, bei denen verschieden strukturierte Einbauten zum Einsatz kommen, sind Mischer mit polymorpher Struktur.
In der US-A- 5605399 (King) ist ein statischer Mischer mit polymorpher Struktur offenbart, den man als "Multiskalenmischer" bezeichnen kann. Bei diesem Multiskalenmischer sind mehrere Abschnitte hintereinander angeordnet, wobei die Einbauten der Abschnitte Skalierungen ihrer Strukturen aufweisen, die progressiv feiner werden: die Strukturen weisen von Abschnitt zu Abschnitt jeweils einen kleineren hydraulischen Durchmesser auf. Der Multiskalenmischer eignet sich besonders für Dispergierverfahren: Der spezifische Energieeintrag, der sich in progressiver Weise erhöht, lässt beispielsweise zunehmend kleinere Tropfen entstehen.
Für ein rein distributives Mischen, das mit ineinander löslichen Komponenten durchgeführt wird, muss der spezifische Energieeintrag nicht erhöht werden. Es bilden sich bei bekannten Mischern im Medium Schichten aus, die bei gleich bleibendem hydraulischen Durchmesser, d. h. bei gleich bleibender Skalierung, immer feiner werden.
Der Zweck des statischen Mischers besteht darin, ein fluides Medium mit möglichst geringem Energieaufwand zu homogenisieren und für das Produkt eine optimale Mischgüte zu erhalten. Dabei kann man unter dem Erreichen einer optimalen Mischgüte Folgendes verstehen: Mittels statischer Einbauten soll in einem Rohr vorgegebener Länge unter Einsatz einer minimalen mechanischen Leistung, d.h. bei möglichst kleinem Druckabfall längs der Einbauten, eine hinsichtlich der Anwendung ausreichende Homogenität des Mediums hergestellt werden. (Bei Probeentnahmen im homogenisierten Fluid sollen an allen Stellen annähernd gleiche Konzentrationen feststellbar sein.) Um eine optimale Mischgüte zu erreichen, kommt es grundsätzlich darauf an, dass einerseits im zu mischenden Medium eine Umverteilung über den gesamten Rohrquerschnitt erfolgt und andererseits sich auch eine gründliche Vermengung in kleinen Bereichen ergibt. Es sind also sowohl globale als auch lokale Mischprozesse bei einer Homogenisierung massgebend.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen statischen Mischer für ein distributives Mischen zu schaffen, der im Hinblick auf den Stand der Technik einen Fortschritt bezüglich der anzustrebenden Mischgüte und dem Aufwand zur Erreichung dieser Mischgüte darstellt. Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 definierten statischen Mischer gelöst.
Im statischen Mischer mit polymorpher Struktur, der zum Mischen oder Homogenisieren eines fluiden Mediums verwendbar ist, sind mindestens zwei Abschnitte in einem Rohr in longitudinaler Richtung hinter einander angeordnet. Mischwirksame Einbauten des ersten Abschnitts verteilen das zu mischende Medium weitgehend global über den gesamten Querschnitt des Rohrs um. Mischwirksame Einbauten des zweiten Abschnitts bewirken weitgehend lokale Vermischungen in Partialbereichen, die jeweils nur einen Teil des Rohrquerschnitts enthalten. Die Einbauten beider Abschnitte haben den gleichen oder angenähert gleich grossen hydraulischen Durchmesser.
Der erfindungsgemässe Mischer ist ein "polymorpher Uniskalenmischer". In unterschiedlich strukturierten Abschnitten des Uniskalenmischers sind die hydraulischen Durchmesser jeweils gleich oder angenähert gleich gross, d h. die Teilstrukturen sind gleich "skaliert". Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Mischers.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
Einbauten eines Mischers mit polymorpher Struktur, der ein "zweistufiger Multiskalenmischer" ist,
Fig. 2
einen zweistufigen Multiskalenmischer in schematischer Darstellung,
Fig. 3
einen erfindungsgemässen Mischer in schematischer Darstellung,
Fig. 4
einen Mischer mit zwei gleichen, hinter einander angeordneten Bereichen,
Fig. 5
den halben Teil eines bekannten Mischerelements, das eine "SMX-Struktur" aufweist,
Fig. 6
ein schematisch dargestelltes Mischerelement, das aus zwei der in Fig. 5 gezeigten Elementen zusammengefügt ist,
Fig. 7
eine symbolische Darstellung des Mischerelements der Fig. 6 und
Fig. 8
einen erfindungsgemässen Mischer, der aus den Mischerelementen gemäss der Fig. 6 zusammengesetzt ist und der einen zweistufigen Uniskalenmischer bildet.
Fig. 1 zeigt mischwirksame Einbauten eines Mischers, der eine polymorphe Struktur aufweist, wie jener der genannten US-A- 5605399, dessen Einbauten aber völlig anders strukturiert sind. Die Einbauten dieses "zweistufigen Multiskalenmischers" setzen sich aus zwei Abschnitten I und II zusammen.
Der erste Abschnitt I besteht aus Einbauten 1, deren Struktur aus der EP-A- 0 815 929 (= P.6741) bekannt ist. In dieser Struktur bilden vier neben einander angeordnete Sequenzen von Mischkammern ein kommunizierendes System. Die Einbauten 1 sind in ein nicht dargestelltes Rohr 5 (siehe Figuren 2 und 5) eingesetzt. Der Strom des zu mischenden Mediums, das mindestens zwei fluide Komponenten umfasst, fliesst in der longitudinalen Richtung des Rohrs 5 und ist durch Pfeile M angegeben. Der zweite Abschnitt II, der stromabwärts nach dem ersten Abschnitt I angeordnet ist, besteht aus vier neben einander liegenden Einbauten 2', die jeweils die um den Faktor 0.5 verkleinerte Form der Kammerstruktur des ersten Abschnitts I aufweisen. Durch die Einbauten 2' wird der Querschnitt des Rohrs 5 in vier Teilflächen 3 unterteilt.
In Fig. 2 ist ein Mischer mit polymorpher Struktur sehr schematisch dargestellt. Dieser Mischer enthält in dem Rohr 5 beispielsweise die Einbauten 1 und 2' der Fig. 1. Es können auch andere Einbauten verwendet werden, die einen Mischer mit polymorpher Struktur ergeben. Insbesondere können erfindungsgemäss uniskalare Einbauten verwendet werden, die Strukturen mit gleichem oder angenähert gleich grossem hydraulischen Durchmesser haben.
Im ersten Abschnitt I, in einem Teilbereich 10 der Mischerstruktur, wird durch die Einbauten 1 das zu mischende Medium über den gesamten Querschnitt des Rohrs 5 umverteilt. Es findet dabei eine Teilhomogenisierung folgender Art statt: Am Ende des ersten Abschnitts I ist eine Unterteilung des Querschnitts in Teilflächen 3 möglich. Bezüglich diesen Teilflächen 3 weist das durchtretende Medium jeweils Mengenverhältnisse seiner Komponenten auf, die im Idealfall gleich sind. In der Praxis ist dieser Idealfall nicht realisierbar. Die Länge des ersten Abschnitts I lässt sich so dimensionieren, dass die genannten Mengenverhältnisse sich im Maximum um einen vorgegebenen Prozentsatz - beispielsweise 5, 10 oder 20 Prozent-unterscheiden. Im zweiten Abschnitt II sind die Einbauten 2 so strukturiert, dass mit ihnen weiter führende Homogenisierungen jeweils in longitudinalen Teilbereichen 30 im Anschluss an die genannten Teilflächen 3 bewirkbar sind. Unter einem longitudinalen Teilbereich 30 ist dabei ein zylindrischer oder prismatischer Bereich der Einbauten 2 verstanden, der sich in longitudinaler Richtung, d.h. in Richtung des Rohrs 5 über die Länge des zweiten Abschnitts Il erstreckt und dessen Grundfläche durch eine der Teilflächen 3 gegeben ist.
Fig. 3 zeigt schematisch dargestellt einen erfindungsgemässen Mischer (Uniskalenmischer), in dem die mischwirksamen Einbauten des zweiten Abschnitts II eine Mehrzahl von longitudinal angeordneten Elementen 2 umfassen. Die Elemente 2 sind relativ kurz und bewirken aufgrund ihrer beschränkten Länge nur lokale Mischungen in Partialbereichen, die jeweils nur einen Teil des Rohrquerschnitts, d.h. eine der Teilflächen 3, enthalten. Da kein dispersives sondern ein distributives Mischen durchgeführt werden soll, haben die Einbauten beider Abschnitte I, II Strukturen mit gleichem oder angenähert gleich grossem hydraulischen Durchmesser. Eine solche uniskalare Strukturierung ist mit einem Druckabfall verbunden, der kleiner als bei einer multiskalaren Strukturierung ist. Die Elemente 2 des zweiten Abschnitts II weisen jeweils einen anisotropen Aufbau mit Lagen auf, die sich in longitudinaler Richtung erstrecken; die Lagen benachbarter Elemente 2 sind ungleich (quer zu einander) orientiert. Auch beim erfindungsgemässen Mischer ist eine Umverteilung des Mediums M weitgehend auf longitudinale Teilbereiche 30 (vgl. Fig. 2) beschränkt. Ein Queraustausch zwischen den Teilbereiche 30 ist aber nicht unterbunden.
Es sind sowohl globale als auch lokale Mischprozesse im Hinblick auf eine optimale Mischgüte massgebend. Im ersten Abschnitt I des Mischers stehen die globalen Mischprozesse im Vordergrund; im zweiten Abschnitt II sind es die lokalen. Die Vorgehensweise, die globalen und lokalen Mischprozesse schwerpunktmässig in verschiedenen Zonen der polymorphen Mischerstruktur geschehen zu lassen, erweist sich als vorteilhaft. Im Vergleich zu einem monomorphen Mischer erhält man eine angestrebte Mischgüte über eine kürzere Strecke der mischwirksamen Einbauten.
Beim Mischen von fluiden Komponenten, die beispielsweise sehr unterschiedliche Viskositäten aufweisen, kann es von Vorteil sein, wenn die globalen und lokalen Mischprozesse möglichst simultan erfolgen. In diesem Fall bietet sich die Lösung gemäss der Fig. 4 an: Stromabwärts nach einem Bereich mit einem ersten Abschnitt I mit Einbauten 1 und einem zweiten Abschnitt II mit Elementen 2 folgt ein weiterer Bereich, der gleich ausgebildet ist und ebenfalls einen ersten Abschnitt I' mit Einbauten 1 und einen zweiten Abschnitt II' mit Elementen 2 aufweist.
Die Einbauten 1 können beispielsweise aus Mischerelementen bestehen, die eine "SMX-Struktur" (siehe z.B. CH-A- 642 564 (= P.5473)) oder eine "SMV-Struktur" bilden. Diese Strukturen haben jeweils einen Aufbau mit Lagen, die geneigte Strömungskanäle enthalten und die in longitudinaler Richtung orientiert sind, wobei die Strömungskanäle benachbarter Lagen sich kreuzen. Die "SMX-Struktur" baut sich aus zwei Gruppen von parallel ausgerichteten Stegen auf, die so mit einander verschränkt sind, dass sich die Stege kreuzen. Bei der "SMV-Struktur" werden die Lagen durch wellenförmige Wände gebildet. Die Strömungskanäle bewirken im ersten Abschnitt I einen Transport des Mediums zwischen Punkten innerhalb des ganzen Rohrs 5; die Strömungskanäle bewirken im zweiten und jedem folgenden Abschnitt II jeweils einen Transport des Mediums, der weitgehend auf longitudinale Teilbereiche 30 (siehe Fig. 2) beschränkt ist. Diese Beschränkung liegt im Abschnitt II in den longitudinalen Teilbereichen 30 vor, da die Länge der Mischerelemente verkürzt ist. Sie kann sich aber auch dadurch ergeben, indem der Neigungswinkel der Strömungskanäle verkleinert wird.
Fig. 5 zeigt ein Element 4 (oder 4'), das einen halben Teil des bekannten Mischerelements mit "SMX-Struktur" bildet. Dieses Element 4 wird in ein zylindrisches Rohr 5 eingesetzt. Blickt man von oben auf das Element 4, nämlich in Richtung des Pfeils A, so sieht man Stege 41 und 42 von der Seite und man sieht, wie sich die Stege 41, 42 kreuzen. Blickt man von der Seite-in Richtung des zweiten Pfeils B - auf das Element 4, so sieht man auf die breiten Flächen der Stege 41, 42, die nun als parallel liegende Streifen erscheinen. Dreht man das Element 4 um 90°, so dass der Pfeil B auf die Position des Pfeils A zu liegen kommt, so nimmt das Element 4 eine Lage ein, in der ihm die Bezugsziffer 4' zugeordnet wird.
Durch Zusammenfügen des Elements 4 mit dem Element 4' erhält man ein Element 6, das in vereinfachter Form in Fig. 6 dargestellt ist. Es sind in dieser Fig. 6 die jeweiligen, den beiden Hälften entsprechenden Positionen der Pfeile A und B angegeben. Die Mischerelemente 6 können monolithisch ausgebildet sein; sie können insbesondere mittels Präzisionsguss hergestellte Gussstücke sein.
Fig. 7 zeigt eine symbolische Darstellung des Mischerelements 6 der Fig. 6. Die beiden Hälften werden mit a und b bezeichnet; sie entsprechen der linken bzw. rechten Seite 4, 4' des Elements 6 in Fig. 6. Für ein Mischerelement 6 gilt in einer verallgemeinerten Weise: Die Lagen, die durch die Stege 41 und 42 gebildet werden, sind in der ersten Hälfte a gegenüber den Lagen in der zweiten Hälfte b um einen Winkel, vorzugsweise um 90°, versetzt orientiert; und die Strömungskanäle erstrecken sich in den Elementen 6 höchstens über den halben Querschnitt des Rohrs 5.
Aus den Mischerelementen 6 lässt sich ein zweistufiger Mischer zusammen setzen, wobei also mit der einzigen Mischerstruktur des Mischerelements 6 ein polymorpher Mischer hergestellt werden kann. Dies ist in Fig. 8 gezeigt: Im ersten Abschnitt I sind Elemente 6, 6' in alternierender Weise derart angeordnet und orientiert, dass die Strömungskanäle in der zweiten Hälfte b eines ersten Elements 6 gleich wie die Strömungskanäle in der ersten Hälfte b eines nachfolgenden Elements 6' ausgerichtet sind. Es bilden also jeweils zwei gleiche Hälften a bzw. b ein Paar, das einem vollständigen SMX-Element entspricht. In solchen SMX-Elementen erfolgt eine Umverteilung der zu mischenden Komponenten über den ganzen Rohrquerschnitt (globaler Mischprozess). Im zweiten Abschnitt II sind die Elemente 6 alle gleich angeordnet, so dass alternierend Hälften a und b aufeinander folgen. Da die Strömungskanäle der Hälften a bzw. b jeweils auf einen halben Rohrquerschnitt beschränkt sind, finden weitgehend lokale Mischprozesse statt, die in longitudinalen Teilbereichen erfolgen. Die Anzahl dieser Teilbereiche, die alle gleich gross sind, ist vier. Anzumerken ist noch, dass im ersten Abschnitt I die erste Hälfte a des ersten Elements 6 noch nicht zu einem Mischen des Mediums über den ganzen Rohrquerschnitt beiträgt.
Die longitudinalen Teilbereiche 30 weisen mit Vorteil Querschnittsflächen auf, die weitgehend isodiametral sind: Bei einem kreisförmigen Querschnitt sind die Teilflächen 3 im zweiten Abschnitt II vier gleich grosse Sektoren; in weiteren Abschnitten sind die Teilflächen 3 Sektoren oder viereckige Kreisausschnitte, die in radialer Richtung ungefähr gleich weit ausgedehnt sind wie in der tangentialen Richtung, die zur radialen senkrecht steht.
Bei der Verwendung von Einbauten 1, 2 gemäss Fig. 1 oder von ähnlichen Einbauten ist der Rohrquerschnitt rechteckig, insbesondere quadratisch. Die Querschnitte der longitudinalen Teilbereiche sind ebenfalls rechteckig.
Bei den beschriebenen Beispielen sind die Abschnitte I, II jeweils monomorph. Es ist aber möglich, dass die Abschnitte selbst auch polymorph strukturiert sind

Claims (9)

  1. Statischer Mischer mit polymorpher Struktur zum Mischen oder Homogenisieren eines fluiden Mediums (M),
    in welchem Mischer mindestens zwei Abschnitte (I, II) in einem Rohr (5) in longitudinaler Richtung hinter einander angeordnet sind, mischwirksame Einbauten (1) des ersten Abschnitts das zu mischende Medium weitgehend global über den gesamten Querschnitt des Rohrs umverteilen,
    mischwirksame Einbauten des zweiten Abschnitts weitgehend lokale Vermischungen in Partialbereichen bewirken, die jeweils nur einen Teil des Rohrquerschnitts enthalten,
    und die Einbauten beider Abschnitte den gleichen oder angenähert gleich grossen hydraulischen Durchmesser haben.
  2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mischwirksamen Einbauten des zweiten Abschnitts eine Mehrzahl von longitudinal angeordneten Elementen (2) umfassen, die aufgrund einer beschränkten Länge die lokalen Vermischungen in Partialbereichen bewirken, die Elemente des zweiten Abschnitts jeweils einen anisotropen Aufbau aus Lagen aufweisen, die sich in longitudinaler Richtung erstrecken, und die Lagen benachbarter Elemente ungleich orientiert sind.
  3. Statischer Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Elemente des zweiten Abschnitts jeweils monolithisch ausgebildet sind, insbesondere mittels Präzisionsguss hergestellte Gussstücke sind.
  4. Statischer Mischer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr benachbarte Elemente einen monolithischen Block bilden.
  5. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (M) mindestens zwei Komponenten umfasst, die auch das im wesentlichen gleiche Medium mit verschiedenen Eigenschaften - wie beispielsweise Temperatur oder Konzentration - sein können, dass die Einbauten im zu mischenden Medium eine Teilhomogenisierung solcher Art herbeiführen, dass am Ende des ersten Abschnitts eine Unterteilung des Querschnitts in mindestens zwei Teilflächen (3) möglich ist, bezüglich denen das durchtretende Medium jeweils Mengenverhältnisse seiner Komponenten aufweist, die gleich sind oder die sich im Maximum um einen vorgegebenen Prozentsatz unterscheiden, und dass im zweiten Abschnitt die Einbauten so strukturiert sind, dass mit ihnen weiter führende Homogenisierungen jeweils in longitudinalen Teilbereichen (30) im Anschluss an die genannten Teilflächen bewirkbar sind.
  6. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten des ersten Abschnitts ähnlich strukturiert sind wie jene des zweiten Abschnitts, dass beide Abschnitte Lagen mit geneigten Strömungskanälen enthalten, dass jeweils die Strömungskanäle benachbarter Lagen sich kreuzen, dass die Strömungskanäle im ersten Abschnitt einen Transport des Mediums zwischen Punkten innerhalb des ganzen Rohrs bewirken und dass die Strömungskanäle im zweiten Abschnitt einen Transport des Mediums bewirken, der weitgehend auf die genannten Partialbereiche beschränkt ist.
  7. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts nach einem Bereich mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt (I, II) ein weiterer Bereich folgt, der ebenfalls einen ersten und einen zweiten Abschnitt (I', II') gemäss Anspruch 1 aufweist, und dass weiter stromabwärts auf analoge Weise mindestens ein weiteres solches Paar von einem ersten und einem zweiten Abschnitt folgen kann, oder dass schliesslich noch ein Bereich mit lediglich einem ersten Abschnitt folgen kann.
  8. Statischer Mischer nach Anspruch 6 oder den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten (1, 2) aus einer Vielzahl von longitudinal angeordneten Mischerelementen (6) zusammengesetzt sind, dass in jedem Mischerelement die Lagen in einer ersten Hälfte (a) gegenüber den Lagen in einer zweiten Hälfte (b) um einen Winkel, vorzugsweise um 90°, versetzt orientiert sind, dass die Strömungskanäle in den Elementen sich über einen Teil des Rohrquerschnitts, insbesondere höchstens über den halben Rohrquerschnitt erstrecken, dass im zweiten Abschnitt die Elemente alle gleich angeordnet sind und im ersten Abschnitt die Elemente in alternierender Weise angeordnet und orientiert sind, derart, dass die Strömungskanäle in der zweiten Hälfte eines ersten Elements gleich wie die Strömungskanäle in der ersten Hälfte eines nachfolgenden Elements ausgerichtet sind, wobei die erste Hälfte des ersten Elements noch nicht zu einem Mischen des Mediums über den ganzen Rohrquerschnitt beiträgt.
  9. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (I, II) selbst auch polymorph strukturiert sind.
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