EP1510247B1 - Statischer Mischer mit polymorpher Struktur - Google Patents

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EP1510247B1
EP1510247B1 EP04405482A EP04405482A EP1510247B1 EP 1510247 B1 EP1510247 B1 EP 1510247B1 EP 04405482 A EP04405482 A EP 04405482A EP 04405482 A EP04405482 A EP 04405482A EP 1510247 B1 EP1510247 B1 EP 1510247B1
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EP
European Patent Office
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section
elements
medium
static mixer
mixer
Prior art date
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EP04405482A
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English (en)
French (fr)
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EP1510247A1 (de
Inventor
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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • B01F25/43161—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod composed of consecutive sections of flat pieces of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a static mixer having a polymorphic structure in which mixed internals of a first section are structured differently than those of a second, downstream section and which is usable for mixing or homogenizing fluid media.
  • static mixers There is a wide variety of static mixers known, which differ by the structures of their mixed internals.
  • the fixtures are composed of mixer elements, each having the same shape. In these cases one can speak of static mixers with monomorphic structure.
  • Mixers using differently structured internals are mixers with a polymorphic structure.
  • multi-scale mixer a static mixer having a polymorphic structure which may be termed a "multi-scale mixer".
  • this multi-scale mixer several sections are arranged one behind the other, with the internals of the sections having scaling of their structures which are progressively finer: the structures each have a smaller hydraulic diameter from section to section.
  • the multiscale mixer is particularly suitable for dispersing processes: the specific energy input that increases in a progressive manner, for example, results in increasingly smaller droplets.
  • EP-A-1 312 409 discloses a static mixer according to the preamble of claim 1.
  • the purpose of the static mixer is to homogenize a fluid medium with the least possible expenditure of energy and to obtain an optimum mixing quality for the product.
  • the achievement of an optimum mixing quality can be understood as follows:
  • the object of the invention is to provide a static mixer for a distributive mixing, which represents an advance in terms of the prior art with respect to the desired mixing quality and the effort to achieve this Mischgüte. This object is achieved by the static mixer defined in claim 1.
  • the static mixer of polymorphic structure usable for mixing or homogenizing a fluid medium at least two portions in a tube are arranged in a longitudinal direction one behind the other.
  • Mixed internals of the first section distribute the medium to be mixed largely globally over the entire cross-section of the tube.
  • Mixed internals of the second section cause largely local mixing in partial areas, each containing only a portion of the tube cross-section.
  • the internals of both sections have the same or approximately equal hydraulic diameter.
  • the inventive mixer is a "polymorphic Uniskalenmischer". In differently structured sections of the Uniskalenmischers the hydraulic diameters are equal or approximately the same size, 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 having a polymorphic structure, such as those of the mentioned US-A-5605399 , whose internals are structured but completely different.
  • the internals of this "two-stage multiscale mixer" are composed of two sections I and II.
  • the baffles 1 are in a not shown tube 5 (see Figures 2 and 5 ) used.
  • the flow of the medium to be mixed comprising at least two fluid components flows in the longitudinal direction of the pipe 5 and is indicated by arrows M.
  • the second section II which is arranged downstream of the first section I, consists of four adjacent internals 2 ', each having the reduced by a factor of 0.5 form the chamber structure of the first section I. By the internals 2 ', the cross section of the tube 5 is divided into four partial surfaces 3.
  • a mixer with polymorphic structure is shown very schematically.
  • This mixer contains in the pipe 5, for example, the internals 1 and 2 'of Fig. 1 , It is also possible to use other internals which produce a mixer with a polymorphic structure.
  • non-circular installations can be used which have structures with the same or approximately equal hydraulic diameter.
  • the medium to be mixed is redistributed over the entire cross section of the tube 5 by the internals 1.
  • a partial homogenization of the following type takes place: At the end of the first section I, a subdivision of the cross section into partial surfaces 3 is possible. With respect to these sub-areas 3, the passing medium in each case proportions of its components, which are equal in the ideal case. In practice, this ideal case is not feasible.
  • the length of the first section I can be dimensioned such that the stated proportions differ in the maximum by a predetermined percentage, for example 5, 10 or 20 percent.
  • a longitudinal subregion 30 is understood as meaning a cylindrical or prismatic region of the internals 2 which extends in longitudinal direction Direction, that extends in the direction of the tube 5 over the length of the second portion Il and its base is given by one of the faces 3.
  • Fig. 3 schematically shows a mixer according to the invention (Uniskalenmischer), in which the mixing-active internals of the second section II comprises a plurality of longitudinally arranged elements 2. Die Mischverksamen positioned. The elements 2 are relatively short and cause due to their limited length only local mixtures in partial areas, each containing only a portion of the tube cross section, ie one of the faces 3. Since dispersive rather than distributive mixing is to be carried out, the internals of both sections I, II have structures with the same or approximately equal hydraulic diameter. Such a uniskarar structuring is associated with a pressure drop which is smaller than with a multiscalar structuring.
  • the elements 2 of the second section II each have an anisotropic structure with layers extending in the longitudinal direction; the layers of adjacent elements 2 are unequally oriented (transverse to each other).
  • a redistribution of the medium M is largely dependent on longitudinal subregions 30 (cf. Fig. 2 ). A transverse exchange between the subregions 30 is not prevented.
  • the "SMX structure” consists of two groups of parallel aligned webs, which are interlaced so that the webs intersect.
  • the layers are formed by wave-shaped walls.
  • the flow channels cause in the first section I a transport of the medium between points within the entire tube 5; the flow channels cause in the second and each subsequent section II respectively a transport of the medium, which largely to longitudinal portions 30 (see Fig. 2 ) is limited. This restriction is present in section II in the longitudinal sections 30, since the length of the mixer elements is shortened. However, it can also result by reducing the angle of inclination of the flow channels.
  • FIG. 5 Figure 4 shows an element 4 (or 4 ') forming one-half of the known "SMX structure" mixer element.
  • This element 4 is inserted into a cylindrical tube 5. If one looks from above at the element 4, namely in the direction of the arrow A, one sees webs 41 and 42 from the side and one sees how the webs 41, 42 intersect. Looking from the side-in the direction of the second arrow B-on the element 4, one sees on the wide surfaces of the webs 41, 42, which now appear as parallel stripes. Turning the element 4 by 90 °, so that the arrow B comes to rest on the position of the arrow A, the element 4 occupies a position in which the reference numeral 4 'is assigned.
  • FIG Fig. 6 By joining the element 4 with the element 4 ', one obtains an element 6, which in a simplified form in FIG Fig. 6 is shown. It is in this Fig. 6 the respective, the two halves corresponding positions of the arrows A and B indicated.
  • the mixer elements 6 can be monolithic be trained; they may be in particular castings produced by precision casting.
  • 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 and right sides 4, 4 'of the element 6 in FIG Fig. 6 ,
  • a mixer element 6 applies in a generalized manner:
  • the layers which are formed by the webs 41 and 42 are offset in the first half a relative to the layers in the second half b by an angle, preferably offset by 90 °; 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 put together, so that with the single mixer structure of the mixer element 6, a polymorphic mixer can be produced.
  • elements 6, 6 ' are arranged and oriented in an alternating manner such that the flow channels in the second half b of a first element 6 are aligned the same as the flow channels in the first half b of a following element 6'.
  • two equal halves a and b respectively form a pair which corresponds to a complete SMX element.
  • a redistribution of the components to be mixed takes place over the entire pipe cross-section (global mixing process).
  • the elements 6 are all arranged the same, so that alternately halves a and b follow one another. Since the flow channels of the halves a and b are each limited to half a pipe cross-section, largely local mixing processes take place, which take place in longitudinal subregions. The number of these sections, which are all the same size, is four. It should also be noted that in the first section I the first half a of the first element 6 does not yet contribute to a mixing of the medium over the entire pipe cross section.
  • the longitudinal subregions 30 advantageously have cross-sectional areas that are largely isodiametric: in the case of a circular cross-section, the subareas 3 in the second section II are four sectors of equal size; in further sections, the faces are 3 sectors or quadrangular Circular cutouts that are approximately equally expanded in the radial direction as 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. However, it is possible that the sections themselves are also structured polymorphically

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.
  • Dokument EP-A-1 312 409 offenbart einen statischen Mischer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • 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 gleich skaliert sind,
    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.
  2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (2) 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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