EP2286904A1 - Statische Mischvorrichtung für fliessfähige Stoffe - Google Patents
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- EP2286904A1 EP2286904A1 EP09405136A EP09405136A EP2286904A1 EP 2286904 A1 EP2286904 A1 EP 2286904A1 EP 09405136 A EP09405136 A EP 09405136A EP 09405136 A EP09405136 A EP 09405136A EP 2286904 A1 EP2286904 A1 EP 2286904A1
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Definitions
- the present invention relates to a static mixing device having a tubular, a longitudinal axis and an inner diameter having flow channel with at least one arranged in the flow channel mixing element of a length and a substantially the inner diameter of the flow channel corresponding diameter, each mixing element arranged a plurality of crosswise, with the Longitudinal axis of the flow channel having an angle greater than 0 ° including webs, wherein the webs are arranged in two intersecting, a plurality of mutually parallel, mutually separated by an equal distance planes levels and when projecting the two levels of crowd on a perpendicular to the longitudinal axis lying on the flow channel projection plane adjacent webs have an intermediate distance.
- helical mixer static mixer has helically curved, sheet-like, alternately left and right-hand plates or mixing elements, which lined up with intersecting front edges divide the flow of substances to be mixed as they enter each element.
- the flow channel is the same in shape and cross section in each of the elements.
- the spiral mixer is used in particular for mixing in the turbulent range. In the laminar field, the spiral mixer is only partially usable because of its moderate mixing performance.
- a special family of static mixers are the so-called X-mixers. These consist of intersecting webs or plates.
- X-mixer On off AT 330 135 B
- Known X-mixer has in a tube at least one mixing insert in the form of a webs and slots having plate pair. In each case, the webs of a plate extend through the slots of the other plate crossing therethrough.
- the plates are arranged inclined to one another and to the axis of the tube.
- the supplied stream of substances to be mixed is split by the webs as a result of the inclination of the plates in terms of time and place offset into partial streams.
- the web approaches form strong dead zones, which can unnecessarily increase the residence time and damage critical fluids.
- the plates must be positioned with countless welds, which can lead to increased corrosion.
- the assembly of the plates is very time consuming and therefore costly.
- This known device is used in particular for mixing in the laminar range. In the turbulent range, it is only partially usable because of its high pressure loss.
- CSE-X mixer The geometry known as CSE-X mixer is in CH 693 560 A5 described.
- This patent shows a device for static mixing, consisting of a tubular housing with at least one mixing insert arranged therein in the form of a webs and slots having plate which is bent.
- the plates Preferably, the plates have projections at the web edges and have elliptical peripheral shapes.
- Two curved plates, each with the webs of one plate passing through the slits of the other plate, are attached to the protrusions.
- the mixing inserts can be positioned one behind the other in the tubular housing, wherein the mixing inserts can touch directly or can also have spacings between the inserts.
- the device can mix well with this simple geometry in all flow areas.
- the mixing quality is determined only by the number of mixing inserts and their installation position.
- the mixed use was known on the market especially as 4-, 6- and 8-bar construction and also has an increasing with increasing number of webs, high pressure loss.
- EP 0 154 013 A1 shows a mixing device for plastic melt processing machines.
- the mixing element has intersecting webs whose end pieces penetrate the openings of the pipe or a sleeve.
- the webs have between the intersection points free spaces and reduce the pressure loss significantly.
- the stable welded construction can be significantly distorted at greater temperature differences, which can lead to jamming of the sleeve in the pipe.
- WO 2009/000642 A1 shows a mixing device of the type mentioned, in which wie in EP 0 154 013 A1 - The webs have clear spaces between the intersections.
- the in WO 2009/000642 A1 in Fig. 3 illustrated 5-bar mixer has an L / D ratio of 1 on. With this geometry, the pressure loss is significantly reduced.
- the construction is mechanically very weak and can hardly be expertly welded. Soldered versions are very time-consuming and as a rule barely gap-free.
- Micro-chromosomes are understood as the targeted use of Static mixers of different geometries and nominal widths. Basically, first a uniform pre-distribution in the macro mixer must be achieved, then in the micro mixer the best possible fine distribution is achieved. The basics typically used are the CSE-X mixers.
- CH 642 564 A5 The investigations in CH 642 564 A5 show that the number of web layers directly influences the layer formation and thus the mixing quality. The more web layers are used, the more layers are produced, which has a positive effect on the mixing quality. However, the pressure loss increases as the number of webs increases.
- An ideal geometry according to CH 642 564 A5 six or eight webs and an L / D ratio of 0.75 to 1.5.
- the invention has for its object to provide a static mixing device of the type mentioned with further improved mixing effect without substantial increase in pressure drop, which does not have the aforementioned disadvantages of prior art mixers.
- the mixing device should preferably be able to be used in the laminar flow range and ensure a largely complete mixing.
- the mixing elements should be simple and inexpensive to manufacture, have a significantly reduced pressure drop and mechanically stable can be assembled to mixer bars.
- the mixing elements should be able to be positioned as short as possible as well as long designs in the flow channel.
- the flow channel should have a round, rectangular, or square cross-section.
- the webs are formed waisted between adjacent intersections and in the middle between adjacent intersections, the webs their smallest width and adjacent webs have their greatest distance, and the inner wall of the flow channel adjacent webs between the front edge edges one of Sidecut of the webs corresponding recess having the smallest width to form a largest in the middle between the front edge edges wall distance, wherein the measured over the diameter of the mixing element sum of the smallest widths of the webs is at least 35% of the diameter of the mixing element.
- the static mixing device according to the present invention is particularly suitable for mixing media, at least one of which is a flowable, laminar flowing medium, in particular a polymer melt or another highly viscous fluid.
- the size z is called pressure loss manifold and represents the ratio of the pressure loss for a static mixer in a round hollow body to the empty tube.
- ⁇ stands for the dynamic viscosity
- w for the flow rate
- L for the length
- D for the diameter.
- the z-factor is a conventional laminar resistance factor in static mixing technology and is regularly used for the comparison of static mixers.
- the mixing intensity allows the comparison of static mixers with a uniform diameter D.
- the mixing intensity M used as Mischgütemass referred to in the present comparative experiments on the basis of 100% set intensity of the previously applicable as a mixer with the smallest mixing intensity spiral mixer, the disadvantage, however, a high L / D ratio of 25 and consequently a large Length required. This applies to two media to be mixed for a viscosity ratio of 1: 1.
- tubular flow channel 10 having a longitudinal axis x and an inner diameter D has two adjoining, a length L having identical mixing elements 12 with a substantially the inner diameter D of the flow channel 10 corresponding Umhüllungs trimmesser.
- the two mixing elements 12 are with respect to the longitudinal axis x of the flow channel 10 by a Angle of 90 ° rotated against each other.
- the mixing element 12 consists of a plurality of intersecting webs 14A, 14B.
- the webs 14A, 14B are arranged in mutually parallel planes separated from each other by an equal distance and forming two intersecting planes A, B.
- the two level shares A, B close with the longitudinal axis x of the flow channel an angle ⁇ of 45 ° and with each other an angle of 90 °.
- the mixing element 12 shown by way of example in the drawing has four web layers, each with two webs 14A, 14B which intersect alternately, and thus corresponds to a 4-web mixer.
- All webs 14A, 14B extend within the mixing element 12 via their respective maximum length which is limited by the end faces of the mixing element 12 and by the inner wall of the flow channel 10, the contour of the webs 14A, 14B close to the wall being the circular cross-section of the wall Flow channel 10 is only partially adapted so that in the near-wall webs 14A, 14B - as in the other webs - only front end portions 22 adjoin the inner wall of the flow channel 10 with little play.
- the adjoining the inner wall of the flow channel 10 webs 14A, 14B are provided on the directed against the inner wall side with a recess 24 which extends between the end-side end portions or butt edges 22 with the inner wall of the flow channel 10 and corresponding to the waist of the webs largest Wall distance c have, which in the present case is 50% of the greatest distance between a adjacent bars 14A, 14B.
- the webs 14A, 14B have on each provided Junction 16 a notch 18 or the notch depth of the notch 18 corresponding, a projection 20 generating cutback on.
- the assembly of the mixing element 12 is carried out in a simple manner of two in Fig. 3 shown web plates 26 with four arranged alternately, the four in Fig. 4 shown webs 14A, 14B corresponding half webs 14A ', 14B' and the four in Fig. 4 illustrated webs 14A, 14B.
- two web plates 26 are bent about an axis s at an angle of 90 ° and in the in Fig. 1 shown connected by ends 28 of the two middle web halves 14A ', 14B' by welding together.
- four webs 14A, 14B are placed over the notches 18 and projections 20 at the intersections 16 on the curved and welded together web plates 24 and partially welded at the intersections 16.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine statische Mischvorrichtung, mit einem rohrförmigen, eine Längsachse und einen Innendurchmesser aufweisenden Strömungskanal mit mindestens einem im Strömungskanal angeordneten Mischelement einer Länge und einem im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Strömungskanals entsprechenden Durchmesser, wobei jedes Mischelement eine Vielzahl von kreuzweise angeordneten, mit der Längsachse des Strömungskanals einen Winkel grösser 0° einschliessenden Stegen aufweist, wobei die Stege in zwei sich kreuzenden, eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, von einander durch einen gleichen Abstand getrennten Ebenen aufweisenden Ebenenscharen angeordnet sind und bei Projektion der beiden Ebenenscharen auf eine senkrecht zur Längsachse des Strömungskanals liegende Projektionsebene einander benachbarte Stege einen Zwischenabstand aufweisen.
- Statische Mischer werden heute in allen Bereichen des Chemie-Ingenieur-Wesens eingesetzt. Charakteristisch für statische Mischer ist, dass nur die zu mischenden Flüssigkeiten oder Gase bewegt werden. Im Gegensatz zu dynamischen Mischsystemen findet kein Rühren statt, sondern Pumpen, Gebläse oder Kompressoren fördern kontinuierlich die zu mischenden Medien zum Mischrohr, welches mit den Mischelementen ausgerüstet ist. Statische Mischer können generell in folgenden Anwendungsbereichen eingesetzt werden:
- Vermischen von pumpbaren Flüssigkeiten
- Dispergieren und Emulgieren von ineinander unlöslichen Komponenten
- Mischen von reaktiven Flüssigkeiten
- Mischen und Homogenisieren von Kunststoffschmelzen
- Gas-Flüssig-Kontaktieren
- Mischen von Gasen
- Wärmeaustausch von viskosen Stoffen
- Eine aus
US 3 286 992 A bekannte, als Wendelmischer bezeichneter statischer Mischer weist schraubenförmig gekrümmte, blattartige, abwechselnd links- und rechtsgängige Platten bzw. Mischelemente auf, die mit sich kreuzenden Stirnkanten aneinandergereiht den Strom der zu mischenden Stoffe beim Eintritt in jedes Element aufteilen. Der Strömungskanal ist in jedem der Elemente in Form und Querschnitt gleich bleibend. Der Wendelmischer dient insbesondere zum Mischen im turbulenten Bereich. Im laminaren Bereich ist der Wendelmischer wegen seiner mässigen Mischleistung nur bedingt einsetzbar. - Eine spezielle Familie der statischen Mischer sind die so genannten X-Mischer. Diese bestehen aus sich kreuzenden Stegen oder Platten. Ein aus
AT 330 135 B - Die Entwicklung des Mischers gemäss
CH 642 564 A5 CH 642 564 A5 Fig. 1 dargestellt als Mischer mit 8 Steglagen, auch als 8-Steg-Mischer bezeichnet, mit einem L/D-Verhältnis von 1. Der Mischer besitzt einen sehr hohen Druckverlust. - Die als CSE-X Mischer bekannte Geometrie ist in
CH 693 560 A5 -
EP 0 154 013 A1 zeigt eine Mischeinrichtung für Kunststoffschmelzen verarbeitende Maschinen. Das Mischelement weist sich kreuzende Stege auf, deren Endstücke die Öffnungen des Rohres oder einer Hülse durchdringen. Die Stege weisen zwischen den Kreuzungsstellen freie Zwischenräume auf und reduzieren der Druckverlust markant. Die stabile Schweisskonstruktion kann sich bei grösseren Temperaturunterschieden erheblich verziehen, was zu einem Verklemmen der Hülse im Rohr führen kann. -
WO 2009/000642 A1 zeigt eine Mischvorrichtung der eingangs genannten Art, bei derwie inEP 0 154 013 A1 -- die Stege freie Zwischenräume zwischen den Kreuzungsstellen aufweisen. Der inWO 2009/000642 A1 inFig. 3 dargestellte 5-Steg-Mischer weist ein L/D-Verhältnis von 1 auf. Mit dieser Geometrie wird der Druckverlust erheblich reduziert. Die Konstruktion ist jedoch mechanisch sehr schwach und lässt sich kaum fachmännisch schweissen. Gelötete Versionen sind sehr aufwändig und in der Regel kaum spaltfrei auszuführen. - Die Fachzeitschrift Pharma und Food 2/2004 beschreibt die mikromakro® Technologie mit statischen Mischern. Unter Mikromakromischen versteht man den gezielten Einsatz von Statikmischern verschiedener Geometrien und Nennweiten. Grundsätzlich muss zuerst eine gleichmäßige Vorverteilung im Makro-Mischer erreicht werden, danach wird im Mikro-Mischer eine bestmögliche Feinverteilung erzielt. Als Grundlagen werden typischerweise die CSE-X Mischer eingesetzt.
- Fasst man die Untersuchungen an X-Mischern der letzen Jahre zusammen, so wurden jeweils folgende mögliche Parameter variiert:
- das L/D-Verhältnis eine Mischelementes
- die Anzahl Steglagen
- die Dicke der Stege
- die Winkellage der Stege
- die Form der Stege
- die Breite der Stege
- Die Untersuchungen in
CH 642 564 A5 CH 642 564 A5 - Weitere Versuche mit Geometrien gemäss
CH 642 564 A5 - Mit der aus
WO 2009/000642 A1 bekannten Geometrie, bei der die Stege freie Zwischenräume zwischen den Kreuzungsstellen aufweisen, lässt sich zwar der Druckverlust des vorstehend beschriebenen 4-Steg-Mischers erheblich reduzieren, wobei allerdings auch die Mischgüte abnimmt. Mit der Anordnung von Zwischenräumen lässt sich jedoch bereits eine gute Mischwirkung bei einem annehmbaren Druckabfall erreichen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statische Mischvorrichtung der eingangs genannten Art mit weiter verbesserter Mischwirkung ohne wesentliche Zunahme eines Druckabfalls zu schaffen, welche die vorstehend erwähnten Nachteile von Mischern nach dem Stand der Technik nicht aufweist. Die Mischvorrichtung soll vorzugsweise im laminaren Strömungsbereich eingesetzt werden können und eine weitgehend vollständige Durchmischung gewährleisten. Die Mischelemente sollen einfach und kostengünstig gefertigt werden können, einen deutlich reduzierten Druckverlust aufweisen und mechanisch stabil zu Mischerstangen zusammengestellt werden können. Die Mischelemente sollen als möglichst kurze wie auch als lange Bauformen im Strömungskanal positioniert werden können. Der Strömungskanal soll einen runden, rechteckigen, oder quadratischen Querschnitt aufweisen können.
- Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Stege zwischen benachbarten Kreuzungsstellen tailliert ausgebildet sind und in der Mitte zwischen benachbarten Kreuzungsstellen die Stege ihre kleinste Breite und einander benachbarte Stege ihren grössten Zwischenabstand aufweisen, und die der Innenwand des Strömungskanals benachbarten Stege zwischen stirnseitigen Stosskanten eine der Taillierung der Stege entsprechende Ausnehmung mit der kleinsten Breite unter Bildung eines in der Mitte zwischen den stirnseitigen Stosskanten grössten Wandabstandes aufweisen, wobei die über den Durchmessers des Mischelementes gemessene Summe der kleinsten Breiten der Stege mindestens 35 % des Durchmessers des Mischelementes beträgt.
- Bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemässen statischen Mischvorrichtung weisen eine oder mehrere der nachfolgend angeführten Merkmale auf:
- Alle Stege schliessen mit der Längsachse des Strömungskanals einen Winkel von 45° ein.
- Alle Stege weisen die gleiche kleinste Breite auf.
- Alle einander benachbarten Stege weisen den gleichen grössten Zwischenabstand auf.
- Die kleinste Breite der Stege beträgt 50 % ihrer Breite an den Kreuzungsstellen der Stege.
- Die kleinste Breite der Stege ist gleich gross ist wie der grösste Zwischenabstand benachbarter Stege.
- Der grösste Wandabstand beträgt 50% der kleinsten Breite der Stege und 50% des grössten Zwischenabstandes benachbarter Stege.
- Das Mischelement weist vier Steglagen auf.
- Aufeinanderfolgende Mischelemente sind bezüglich der Längsachse des Strömungskanals um einen Winkel von 90° gegeneinander verdreht angeordnet.
- Aufeinanderfolgende Mischelemente sind von einander beabstandet.
- Die statische Mischvorrichtung gemäss vorliegender Erfindung ist insbesondere geeignet zum Mischen von Medien, wobei mindestens eines davon ein fliessfähiges, laminar strömendes Medium, insbesondere eine Polymerschmelze oder ein anderes hochviskoses Fluid, ist.
- Um die Effizienz statischer Mischer vergleichen zu können, muss der Energiebedarf und die Mischgüte zum Vergleich herangezogen werden. Der Energiebedarf der statischen Mischer ist direkt proportional zum Druckverlust. Im laminaren Strömungsbereich gilt für einen statischen Mischer in einem runden Hohlkörper:
- Die Grösse z wird als Druckverlustvielfaches bezeichnet und stellt das Verhältnis des Druckverlustes für einen statischen Mischer in einem runden Hohlkörper zum Leerrohr dar. η steht für die dynamische Viskosität, w für die Strömungsgeschwindigkeit, L für die Länge und D für den Durchmesser. Der z-Faktor ist ein in der statischen Mischtechnik üblicher laminarer Widerstandsfaktor und wird regelmässig für den Vergleich von statischen Mischern herangezogen.
- Für den Vergleich der Mischleistung setzt man generell die relative Standardabweichung S/SO ein. Bei diesem bekannten Mischgütemass ist zu beachten, dass sich nur Messresultate bei gleichen Messanalysen erfassen lassen. In der Literatur findet man Messungen mittels Leitfähigkeitsmessung, Entfärbung, laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) oder mittel fotometrischer Analyse FIP (Fluitec Image Processing). Es dürfen also nur Messungen mit gleicher Methode verglichen werden, da sonst erhebliche Abweichungen entstehen.
-
- Die Mischintensität ermöglicht den Vergleich von statischen Mischern bei einheitlichem Durchmesser D.
- Der Vergleich der statischen Mischergeometrien erfolgt bei einer relativen Standardabweichung S/S0 von 0.05, was bei der fotometrischen Analyse FIP einer praktisch homogenen Mischung entspricht.
- In Tabelle 1 sind die Mischintensitäten eines erfindungsgemässen Mischers und von vier Mischern nach dem Stand der Technik einander gegenübergestellt. Die Mischgüte der folgenden Mischertypen wurden miteinander verglichen:
- I
- Wendelmischer
- II
- CSE-X-Mischer (4-Steg-Mischer), z.B. gemäss
CH 693 560 A5 - III
- X-Mischer (8-Steg-Mischer), z.B. gemäss
CH 642 564 A5 - IV
- X-Mischer (6-Steg-Mischer, gekreuzte Stege seitlich beabstandet), gemäss
WO 2009/000642 A1 - V
- X-Mischer (4-Steg-Mischer, gekreuzte Stege seitlich beabstandet), gemäss vorliegender Erfindung
- Das L/D-Verhältnis bei einer relativen Standardabweichung S/S0 von 0.05 ergibt sich für die einzelnen Mischertypen aus dem in
Fig. 5 dargestellten Diagramm. - Die als Mischgütemass verwendete Mischintensität M ist bei den vorliegenden Vergleichsversuchen auf die als Basis mit 100% gesetzte Mischintensität des bis anhin als Mischer mit der kleinsten Mischintensität geltenden Wendelmischers bezogen, dessen Nachteil allerdings ein hohes L/D-Verhältnis von 25 und der demzufolge eine grosse Baulänge erfordert. Die gilt bei zwei zu mischenden Medien für ein Viskositätsverhältnis von 1:1.
- Die Versuchsergebnisse in Tabelle 1 zeigen deutlich den positiven Einfluss von freien Zwischenräumen zwischen seitlich benachbarten Stegen in der Projektionsebene senkrecht zur Mischerlängsachse auf die Mischgüte beim Mischertyp IV und beim Mischertyp V, wobei die Anordnung von zwei zusätzlichen Zwischenräumen zwischen den wandnahen Stegen und der Innenwand des Strömungskanals beim erfindungsgemässen Mischertyp V zu einer weiteren markanten Reduktion der Mischintensität führt, die sogar kleiner ist als die Mischintensität des Wendelmischers. Dies steht scheinbar im Widerspruch zu der Erfahrung, dass wandnahe Zwischenräume zu einer Randgängigkeit führen. Durch die Taillierung der Stege kann jedoch eine Randgängigkeit verhindert werden.
- Festigkeitsberechnungen haben zudem ergeben, dass ein Mischelement durch die Taillierung der Stege gegenüber einem Mischerelement mit nicht taillierten Stegen eine höhere Druckdifferenz erträgt. Durch die Taillierung wird das Mischelement flexibler und die Lasten verteilen sich besser über die Stege.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung, die lediglich zur Erläuterung dient und nicht einschränkend auszulegen ist. Die Zeichnung zeigt schematisch in
- Fig. 1
- eine Seitenansicht eines Teils eines Strömungskanals mit zwei aneinander grenzenden Mischelementen;
- Fig. 2
- die Sicht auf ein Mischelement im Strömungskanal von
Fig. 1 in Blickrichtung der Längsachse des Strömungskanals; - Fig. 3
- die Draufsicht auf eine Stegplatte eines Mischelementes mit vier Stegteilen vor dem Biegen;
- Fig. 4
- die Draufsicht auf vier mit zwei Stegplatten von
Fig. 4 nach dem Biegen zu einem Mischelement zu verbindenden Stegen; - Fig. 5
- ein Diagramm zur Bestimmung des L/D-Verhältnisses unterschiedlicher Mischer bei gleicher relativer Standardabweichung S/S0.
- Ein in
Fig. 1 gezeigter, rohrförmiger Strömungskanal 10 mit einer Längsachse x und einem Innendurchmesser D weist zwei aneinander grenzende, eine Länge L aufweisende identische Mischelemente 12 mit einem im Wesentlichen dem Innendurchmesser D des Strömungskanals 10 entsprechenden Umhüllungsdurchmesser auf. Die beiden Mischelemente 12 sind bezüglich der Längsachse x des Strömungskanals 10 um einen Winkel von 90° gegeneinander verdreht angeordnet. Das Mischelement 12 besteht aus einer Vielzahl von sich kreuzenden Stegen 14A, 14B. Die Stege 14A, 14B liegen in parallel zueinander angeordneten, von einander durch einen gleichen Abstand getrennten Ebenen, die zwei sich kreuzende Ebenenscharen A, B bilden. Die beiden Ebenenscharen A, B schliessen mit der Längsachse x des Strömungskanals einen Winkel α von 45° und untereinander einen Winkel von 90° ein. Das in der Zeichnung beispielhaft dargestellte Mischelement 12 weist vier Steglagen mit je zwei sich alternierend kreuzenden Stegen 14A, 14B auf und entspricht somit einem 4-Steg-Mischer. - Aus der in
Fig. 2 dargestellten Projektion der beiden Ebenenscharen A, B auf eine senkrecht zur Längsachse x des Strömungskanals 10 liegende Projektionsebene ist erkennbar, dass die Stege 14A, 14B zwischen Kreuzungsstellen 16 symmetrisch tailliert ausgebildet sind und alle eine in der Mitte zwischen benachbarten Kreuzungsstellen 16 gleiche kleinste Breite b aufweisen, die 50% der Breite b' an den Kreuzungsstellen 16 beträgt. Alle Stege 14A, 14B sind in gleicher Weise tailliert und weisen gleiche Dimensionen auf. Im vorliegenden Fall entspricht der grösste Zwischenabstand a benachbarter Stege 14A, 14B der kleinsten Stegbreite b. - Sämtliche Stege 14A, 14B erstrecken sich innerhalb des Mischelements 12 über jeweils ihre durch die Stirnseiten des Mischelements 12 und durch die Innenwand des Strömungskanals 10 begrenzte, maximal mögliche Länge, wobei die Kontur der wandnahen Stege 14A, 14B zur Wahrung eines Wandabstandes dem kreisförmigen Querschnitt des Strömungskanals 10 nur teilweise so angepasst ist, dass bei den wandnahen Stegen 14A, 14B -- wie bei den übrigen Stegen -- nur stirnseitige Endbereiche 22 mit kleinem Spiel an die Innenwand des Strömungskanals 10 angrenzen. Die an die Innenwand des Strömungskanals 10 angrenzenden Stege 14A, 14B sind auf der gegen die Innenwand gerichteten Seite mit einer Ausnehmung 24 versehen, die sich zwischen den stirnseitigen Endbereichen oder Stosskanten 22 mit der Innenwand des Strömungskanals 10 erstreckt und entsprechend der Taillierung der Stege einen grössten Wandabstand c aufweisen, der im vorliegenden Fall 50% des grössten Zwischenabstandes a benachbarter Stege 14A, 14B beträgt.
- Wie aus den
Fig. 3 und 4 erkennbar, weisen die Stege 14A, 14B an jeder vorgesehenen Kreuzungsstelle 16 eine Einkerbung 18 oder einen der Kerbtiefe der Einkerbung 18 entsprechenden, einen Vorsprung 20 erzeugenden Rückschnitt auf. - Der Zusammenbau des Mischelements 12 erfolgt auf einfache Weise aus zwei in
Fig. 3 gezeigten Stegplatten 26 mit vier alternierend angeordneten, den vier inFig. 4 dargestellten Stegen 14A, 14B entsprechenden halben Stegen 14A', 14B' und den vier inFig. 4 dargestellten Stegen 14A, 14B. Hierbei werden zwei Stegplatten 26 um eine Achse s um einen Winkel von 90° gebogen und in der inFig. 1 gezeigten Art über Enden 28 der beiden mittleren Steghälften 14A', 14B' durch Schweissen miteinander verbunden. Die inFig. 4 dargestellten vier Stege 14A, 14B werden über die Einkerbungen 18 und Vorsprünge 20 an den Kreuzungsstellen 16 auf die gebogenen und miteinander verschweissten Stegplatten 24 aufgesteckt und an den Kreuzungsstellen 16 teilweise verschweisst. -
- 10
- Strömungskanal
- 12
- Mischelement
- 14A, 14B
- Stege
- 16
- Kreuzungsstelle 14A-14B
- 18
- Einkerbung an 14A, 14B
- 20
- Vorsprung an 14A, 14B
- 22
- stirnseitige Endbereiche
- 24
- Ausnehmungen
- 26
- Stegplatten
- 28
- Enden von 14A, 14B
- A
- Ebenenschar von 14A
- B
- Ebenenschar von 14B
- D
- Durchmesser von 10
- L
- Länge von 12
- x
- Längsachse von 10
- a
- grösster Zwischenabstand 14A-14B
- b / b'
- kleinste / grösste Stegbreite von 14A, 14B
- c
- grösster Wandabstand von 14A, 14B
Mischertyp | Anzahl Steglagen | L/D | z | Winkel a | S/S0 | M | % |
I | 1 | 25 | 6.5 | - | 0.05 | 5200 | 100 |
II | 4 | 11 | 23 | 45° | 0.05 | 8096 | 166 |
III | 8 | 8 | 37 | 45° | 0.05 | 9472 | 182 |
IV | 6 | 10 | 18 | 45° | 0.05 | 5760 | 111 |
V | 4 | 10 | 15 | 45° | 0.05 | 4800 | 92 |
Claims (11)
- Statische Mischvorrichtung, mit einem rohrförmigen, eine Längsachse (x) und einen Innendurchmesser (D) aufweisenden Strömungskanal (10) mit mindestens einem im Strömungskanal (10) angeordneten Mischelement (12) einer Länge (L) und einem im Wesentlichen dem Innendurchmesser (D) des Strömungskanals (10) entsprechenden Durchmesser, wobei jedes Mischelement (12) eine Vielzahl von kreuzweise angeordneten, mit der Längsachse (x) des Strömungskanals (10) einen Winkel (α) grösser 0° einschliessenden Stegen (14A, 14B) aufweist, wobei die Stege (14A, 14B) in zwei sich kreuzenden, eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, von einander durch einen gleichen Abstand getrennten Ebenen aufweisenden Ebenenscharen (A, B) angeordnet sind und bei Projektion der beiden Ebenenscharen (A, B) auf eine senkrecht zur Längsachse (x) des Strömungskanals (10) liegende Projektionsebene einander benachbarte Stege (14A, 14B) einen Zwischenabstand aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stege (14A, 14B) zwischen benachbarten Kreuzungsstellen (16) tailliert ausgebildet sind und in der Mitte zwischen benachbarten Kreuzungsstellen (16) die Stege (14A, 14B) ihre kleinste Breite (b) und einander benachbarte Stege (14A, 14B) ihren grössten Zwischenabstand (a) aufweisen, und die der Innenwand des Strömungskanals (10) benachbarten Stege (14A, 14B) zwischen stirnseitigen Stosskanten (22) eine der Taillierung der Stege (14A, 14B) entsprechende Ausnehmung mit der kleinsten Breite (b) unter Bildung eines in der Mitte zwischen den stirnseitigen Stosskanten (22) grössten Wandabstandes (c) aufweisen, wobei die über den Durchmessers des Mischelementes (12) gemessene Summe der kleinsten Breiten (b) der Stege (14A, 14B) mindestens 35 % des Durchmessers des Mischelementes (12) beträgt. - Statische Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, alle Stege (14A, 14B) mit der Längsachse (x) des Strömungskanals (10) einen Winkel (α) von 45° einschliessen.
- Statische Mischvorrichtung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stege (14A, 14B) die gleiche kleinste Breite (b) aufweisen.
- Statische Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle einander benachbarten Stege (14A, 14B) den gleichen grössten Zwischenabstand (a) aufweisen.
- Statische Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Breite (b) der Stege (14A, 14B) 50 % ihrer Breite (b') an den Kreuzungsstellen (16) der Stege (14A, 14B) beträgt.
- Statische Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Breite (b) der Stege (14A, 14B) gleich gross ist wie der grösste Zwischenabstand (a) benachbarter Stege (14A, 14B).
- Statische Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der grösste Wandabstand (c) 50% der kleinsten Breite (b) der Stege (14A, 14B) und 50% des grössten Zwischenabstandes (a) benachbarter Stege (14A, 14B) beträgt.
- Statische Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelement (12) vier Steglagen aufweist.
- Statische Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Mischelemente (12) bezüglich der Längsachse (x) des Strömungskanals (10) um einen Winkel von 90° gegeneinander verdreht angeordnet sind.
- Statische Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Mischelemente (12) von einander beabstandet sind.
- Verwendung einer statischen Mischvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Mischen von Medien, wobei mindestens eines davon ein laminar strömendes Medium, insbesondere eine Polymerschmelze oder ein anderes hochviskoses Fluid, ist.
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