WO2018065480A1 - Mischelemente mit verringerter bautiefe für statische mischer - Google Patents

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WO2018065480A1
WO2018065480A1 PCT/EP2017/075244 EP2017075244W WO2018065480A1 WO 2018065480 A1 WO2018065480 A1 WO 2018065480A1 EP 2017075244 W EP2017075244 W EP 2017075244W WO 2018065480 A1 WO2018065480 A1 WO 2018065480A1
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mixing
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static mixer
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Udo DÜNGER
Thomas König
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Covestro Deutschland Ag
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Definitions

  • the invention relates to mixing elements with reduced overall depth for static mixers, static mixers comprising at least two mixing elements with reduced depth, and a method for mixing fluids by means of a mixing element with reduced depth or a static mixer comprising at least two mixing elements with reduced overall depth.
  • high-viscosity fluids for example polymer melts
  • polymer melts For example, it may be necessary to mix one polymer melt with another, polymerized polymer melt.
  • static mixers have been used for a long time. These are then, for example, into tube-like housings so that the polymer melts to be mixed in a main flow direction corresponding to the longest axis of such a tube flow through the static mixers and thereby be mixed.
  • the viscosities of such highly viscous fluids are usually in the range of 0.1 to 10,000 Pas, measured using commercially available viscometers known to the person skilled in the art, for example capillary, plate-cone or plate-plate viscometers.
  • viscosity of a fluid is independent of shear, it is called a Newtonian fluid. If the viscosity of a fluid depends on a shear, it is called a non-Newtonian fluid. If the viscosity of a fluid decreases with increasing shear, it is called a shear thinning fluid. If the viscosity of a fluid increases with increasing viscosity, this is called shear-thickening fluid.
  • the static mixers are constructed, for example, of several mixing elements. These mixing elements are usually formed in one piece and may have an outer sleeve, in which one or more cross struts are introduced. These cross struts have substantially the shape of an elongated body, such as an elongated cuboid, cylinder or an elongated body with triangular, elliptical or other like base, which is introduced with the long side, ie the cross strut length, perpendicular to the main flow direction in the outer sleeve and at one of the two shorter sides, ie the width of the width, is both perpendicular to the long side and perpendicular to the main flow direction.
  • an elongated body such as an elongated cuboid, cylinder or an elongated body with triangular, elliptical or other like base, which is introduced with the long side, ie the cross strut length, perpendicular to the main flow direction in the outer s
  • the cross strut thickness ie the thickness of the cross strut. If there is more than one transverse strut, they are arranged parallel to one another in two planes, as seen in the main flow direction. Of these one or more cross struts goes on each side of the respective cross strut to the inner surface of the outer sleeve and / or to the nearest
  • Cross strut at least one bridge off, such that the width of the openings, through the webs in free cross-section of the static mixer is equal to the width of the webs.
  • the webs which extend from the same transverse strut in different directions, close an angle which is smaller than 180 °, the opening angle O.
  • the webs have substantially the shape of an elongated body, such as an elongated cuboid, cylinder or an elongated body with triangular, elliptical or other like base.
  • the webs are essentially at right angles with their long side, so the web length, from the crossbar.
  • the extension of the side of the webs, which faces the flow of the fluid is the web width
  • the extension of the webs, which is aligned both at right angles to the web length and the web width is the web thickness.
  • the outer sleeve serves, on the one hand, for the mixing element to be introduced, for example, into a pipe without tilting, and, on the other hand, for increasing the mechanical strength of the mixing element.
  • transverse strut sides of these mixing elements which are remote from the webs of the respective mixing element, are in direct contact with each other.
  • the mixing elements are installed in a 4 + 4 arrangement, ie, two mixing elements arranged immediately after each other twice are arranged as described above, wherein the second four mixing elements are immediately adjacent to the first four mixing elements, but the second four mixing elements are rotated 90 ° relative to the first four mixing elements in the plane normal to the main flow direction.
  • 2 + 2, 2 + 3, 3 + 2, 3 + 3, 3 + 4, 4 + 3 or any other arrangements are possible.
  • Arrangements of at least two immediately after the other arranged mixing elements are also called static mixer.
  • the number of mixing elements is preferably a multiple of 3.
  • the number of mixing elements is preferably a multiple of 4.
  • the number of Mixing elements preferred x.
  • the number of mixing elements is preferably a multiple of x + y, where x and y are equal or different integers greater than or equal to 2.
  • a static mixer which consists of a tubular housing and contains at least one mixing element arranged therein.
  • the mixing element consists of intersecting webs, which have an angle with respect to the tube axis.
  • the webs of the mixing elements are arranged in at least two groups. The lands within each group are substantially parallel. The webs of one group intersect with the webs of the other group.
  • DE4428813A1 shows a static mixer which, in contrast to DE 2943688A1, has intersecting webs which overlap in the region of the crossing points. This local broadening of the webs, which are formed in DE 4428813A1 as steel sheet bars, serves to reinforce and / or to form a positive connection of adjacent webs. In the widening a groove is cut, which receives an adjacent steel sheet bar.
  • EP0856353A1 shows a module which is part of a static mixer intended for a residence-time-critical, plastically flowable mix.
  • the device comprises a tubular housing in which webs are arranged. The webs are inclined against the longitudinal axis of the housing; they essentially intersect on a straight line perpendicular to the longitudinal axis.
  • the module comprises a sleeve which can be inserted into the housing.
  • the mixing material conducting inner wall of the static mixer is formed by inner sides of the sleeve.
  • the webs are formed like a spike, each with a pointing against the direction of movement of the mixed material vertex and attached to the sleeve inside base. Each vertex forms a gap with the interior wall of the device.
  • WO2009000642A1 discloses mixing elements in which intermediate spaces are at least partially located between adjacent webs. In this way, an improvement of the
  • Mixing result can be achieved while reducing the pressure loss during the mixing process.
  • the reduction of the pressure loss can be advantageously achieved by reducing the specific effect of the mixing element or static mixer.
  • the specific effect is a dimensionless characteristic number for the description of mixing elements and static mixers into which the pressure loss in the mixing element or static mixer and the residence time of the fluid in the mixing element or static mixer are received in the numerator and the viscosity of the fluid enters the denominator.
  • Detailed explanations of the specific effect can be found in Dolling, E.: "For the representation of mixing processes in highly viscous liquids", Dissertation RWTH Aachen, 1971.
  • Pressure drop and residence time are inversely proportional to each other in Newtonian flow behavior.
  • the product of the two sizes is constant in one and the same mixer under otherwise identical conditions.
  • the residence time is the quotient of the free volume of the mixing element or static mixer and the volume flow through the mixer.
  • a further technical task may be to accomplish a given mixing task with equipment size and dwell time specified for reasons of quality and installation, with as little pressure loss as possible in order to save energy. Furthermore, it may be a technical task to reduce the temperature at required throughput, mixing quality and allowable pressure loss to increase the quality. As one skilled in the art knows, lowering the temperature of polymer melts typically slows down harmful side reactions and thus increases product quality, but at the same time the viscosity of polymer melts increases as the temperature is lowered, so that a limitation in pressure loss can occur.
  • the object of the present invention is therefore to provide a mixing element which has a lower pressure loss with the same or better mixing result.
  • This lower one Pressure loss is to be achieved without increasing the residence time or increasing the diameter or free volume of the mixing element or static mixer.
  • the mixing result can be evaluated, for example, by measuring a concentration distribution at the outlet from the static mixers. Frequently, the concentration distribution is combined into an integral mixing quality.
  • concentration distribution is combined into an integral mixing quality.
  • transverse strut side which faces away from the webs, preferably has the shape of a rectangle, this rectangle being at right angles to the main flow direction of the fluids.
  • the thickness of the webs (dS) is 0.01 to 0.07, preferably 0.015 to 0.06 and most preferably 0.02 to 0.05 times the diameter of the mixing element perpendicular to the main flow direction.
  • the mixing element according to the invention may comprise a sleeve. If the mixing element according to the invention has a sleeve, the outer surfaces of the transverse struts and the end faces of the sleeve lie in one plane.
  • the reduced pressure loss saves energy that must be expended to generate the pressure; on the other hand, the reduced pressure loss leads to a lower temperature increase during the mixing process. This in turn reduces temperature-induced damage to the fluid to be mixed or the fluids to be mixed together.
  • the pressure loss can be further reduced by the mixing element according to the invention with the same or better mixing result, if in the main flow direction, the width of the opening between two adjacent webs, which lie on the same side of the cross member from which they depart larger is as the width of a bridge. In this case, this web width of these two webs is substantially equal.
  • the mixing element according to the invention is additionally advantageous in that it has a smaller overall depth than a comparable mixing element from the prior art.
  • a mixing element according to the invention has a construction depth reduced by twice the thickness of the transverse strut. This can certainly lead to an opening angle O of 90 ° and a conventional ratio of diameter of the static mixer to the thickness of the web of 20: 1, an approximately 20% smaller depth.
  • the resulting space savings is technically desirable, especially because usually in a pipe that is traversed by the fluids to be mixed, not only a mixing element according to the invention, but many mixing elements according to the invention are incorporated.
  • These then form - analogously to the static mixers of the prior art already described above - a static mixer according to the invention. This solves the additional task of providing a mixing element which, with the same or better mixing result and at the same time reducing the pressure loss, has a smaller overall depth than comparable mixing elements from the prior art.
  • the smaller overall depth of the mixing element according to the invention causes a shorter residence time of the fluid to be mixed or of the fluids to be mixed with one another in the mixing element. This in turn reduces the thermal loads and thus in turn temperature-induced damage to the fluid to be mixed or the fluids to be mixed together.
  • the cut surfaces of the imaginary extensions of the outer contours of the webs in the region of the cross section of a cross member, wherein the section is perpendicular to the cross strut length and perpendicular to the cross strut width, ie parallel to the cross strut thickness (dQ) is performed, a rhombus.
  • this rhombus is a square.
  • this arrangement according to the invention causes uniform flow of force.
  • the force flows are transmitted through the webs without deflection directly from a mixing element according to the invention to the subsequent mixing element according to the invention, whereby moments at the transition between web and cross member and the associated additional shear stresses are avoided.
  • the strength is increased.
  • Further advantages of the mixing element according to the invention and the static mixer according to the invention are the material savings in the production of the mixer and that increased throughput is tolerable.
  • the mixing element according to the invention it is not to be feared that a mixing element according to the invention or a static mixer built up from at least two mixing elements according to the invention will be compressed under the load of the flowing fluid.
  • the mixing element according to the invention is suitable for higher load than a corresponding mixing element of the prior art and a static mixer constructed of at least two mixing elements according to the invention is suitable for higher load than a corresponding static mixer of the prior art.
  • the advantages of the mixing element according to the invention emerge when the at least two mixing elements according to the invention are immediately adjacent and a mixing element according to the invention to each adjacent mixing element is rotated about its axis perpendicular to the main flow direction and parallel to the transverse struts axis by 180 °, so that the transverse struts sides of the mixing elements , which are facing away from the webs of the respective mixing element, lie directly on each other and touch each other over the entire surface.
  • the advantages of the mixing element according to the invention emerge when at least two of the mixing elements according to the invention form a static mixer, that is, when the static mixer is composed exclusively of the mixing elements according to the invention.
  • the subject matter of the present invention is therefore also a static mixer comprising at least two mixing elements according to the invention.
  • subject of the present invention is also a static mixer, which is constructed exclusively of the mixing elements according to the invention.
  • one or more or all of the mixing elements according to the invention may or may not have a sleeve.
  • the static mixer according to the invention may or may not have a sleeve.
  • Such a sleeve may have marker grooves or marker pins on the outside, which make it difficult or prevent incorrect installation or assembly of the mixing element or of the static mixer into a tube through which the fluids to be mixed flow.
  • Another object of the present invention is also a method for mixing fluids using a mixing element according to the invention.
  • another subject of the present invention is also a method for mixing using a static mixer according to the invention.
  • Fluids which can be mixed in an advantageous manner using a mixing element according to the invention or a static mixer according to the invention are the polymer melts already mentioned above or other fluids having a viscosity of 0.1 to 10,000 Pas.
  • a mixing element according to the invention or a static mixer according to the invention can also be used, for example, to mix a polymer melt with another, polymerized polymer melt or to mix a polymer melt with a solvent. This process takes place, for example, in the production of polymers or mixtures of polymers.
  • the mixing element according to the invention and the static mixer according to the invention also serve the production of polymers and mixtures of polymers and polymer solutions.
  • the components to be mixed can form a homogeneous mixture (no phase boundary between the components observable) or a disperse mixture (phase boundary between the components observable). If a component is dispersed, this disperse phase may be solid, liquid or gaseous.
  • the components to be mixed may have the same viscosity or a different viscosity.
  • the viscosity ratios can be up to 1 in 10,000.
  • the proportions, for solids and liquids in parts by weight, for gases in volume fractions, are from 0.1 to 99.9% to 50 to 50%, preferably 3 to 97% to 15 to 85%.
  • the polymer melt or polymer melts are preferably treated by a melt of a thermoplastic polymer or by melting of a plurality of thermoplastic polymers.
  • a thermoplastic polymer is briefly referred to below as thermoplastic.
  • thermoplastic polymers from the series comprising polycarbonate, polyamide, polyester, in particular polybutylene terephthalate or polyethylene terephthalate, polyethers, thermoplastic polyurethane, polyacetal, fluoropolymer, in particular polyvinylidene fluoride, polyethersulfones, polyolefin, in particular polyethylene or polypropylene , Polyimide, polyacrylate, in particular poly (methyl) methacrylate, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyether ketone, polyaryletherketone, styrene polymers, in particular polystyrene, styrene copolymers, in particular styrene-acrylonitrile copolymer,
  • Preferred with a mixing element according to the invention or with a static mixer according to the invention are solutions of polymers selected from the group comprising styrene acrylonitrile copolymer with styrene, acrylonitrile and / or ethylbenzene, acrylonitrile butadiene styrene block copolymers with styrene, acrylonitrile, butadiene and / or ethylbenzene, polycarbonate with chlorobenzene and / or methylene chloride, Polyamide with caprolactam or water, polyoxymethylene with formaldehyde, poly (methyl) methacrylate with methyl methacrylate and polyethylene with hexane or cyclohexane processed. Particular preference is given to using a mixing element according to the invention or a static mixer according to the invention for processing polymer solutions containing polycarbonate in chlorobenzene and / or methylene chloride.
  • Polycarbonates in the context of the present invention are both homopolycarbonates and copolycarbonates and / or polyestercarbonates;
  • the polycarbonates may be linear or branched in a known manner.
  • Also meant according to the invention are mixtures of polycarbonates.
  • the preparation of the polycarbonates can be carried out in a known manner from diphenols, carbonic acid derivatives, optionally chain terminators and branching agents. Details of the preparation of polycarbonates have been well known to those skilled in the art for at least about 40 years. For example, see Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, Volume 9, Interscience Publishers, New York, London, Sydney 1964, D. Freitag, U. Grigo, PR Müller, H.
  • the preparation of aromatic polycarbonates is carried out, for example, by reacting diphenols with carbonyl halides, preferably phosgene, and / or with aromatic dicarboxylic acid dihalides, preferably benzenedicarboxylic acid dihalides, by the interfacial method, if appropriate using chain terminators and if appropriate using trifunctional or more than trifunctional branching agents.
  • carbonyl halides preferably phosgene
  • aromatic dicarboxylic acid dihalides preferably benzenedicarboxylic acid dihalides
  • Diphenols suitable for the preparation of the polycarbonates are, for example, hydroquinone, resorcinol, dihydroxydiphenyls, bis (hydroxyphenyl) alkanes, bis (hydroxyphenyl) cycloalkanes, bis (hydroxyphenyl) sulfides, bis (hydroxyphenyl) ether, bis ( hydroxyphenyl) ketones, bis (hydroxyphenyl) sulfones, bis-
  • Preferred diphenols are 4,4'-dihydroxydiphenyl, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A), 2,4-bis (4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis- (4-hydroxyphenyl) -p-diisopropylbenzene, 2,2-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -propane, dimethyl-bisphenol A, bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -methane, 2 , 2-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -sulfone, 2,4-bis- (3,5-dimethyl-4-) hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -p-diisopropylbenzene and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl
  • diphenols are 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) -propane (bisphenol A), 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) -propane, 1,1-bis (4 -hydroxyphenyl) cyclohexane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane and dimethyl-bisphenol A.
  • diphenols are e.g. in US-A 3,028,635, US-A 2,999,825, US-A 3,148,172, US-A 2,991,273, US-A 3,271,367, US-A 4,982,014 and US-A 2,999,846, in DE-A 1 570 703, DE-A 2063 050, DE-A 2 036 052, DE-A 2 211 956 and DE-A 3 832 396, in FR-A 1 561 518, in the monograph H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964 and JP-A 62039/1986, JP-A 62040/1986 and JP-A 105550/1986.
  • Suitable carbonic acid derivatives are, for example, phosgene or diphenyl carbonate.
  • Suitable chain terminators that can be used in the preparation of the polycarbonates are monophenols.
  • Suitable monophenols are, for example, phenol itself, alkylphenols such as cresols, p-tert-butylphenol, cumylphenol, and mixtures thereof.
  • Preferred chain terminators are the phenols which are mono- or polysubstituted by C 1 - to C 30 -alkyl radicals, linear or branched, preferably unsubstituted, or substituted by tert-butyl.
  • Particularly preferred chain terminators are phenol, cumylphenol and / or p-tert-butylphenol.
  • the amount of chain terminator to be used is preferably 0.1 to 5 mol% based on Moles of diphenols used in each case.
  • the addition of the chain terminators can be carried out before, during or after the reaction with a carbonic acid derivative.
  • Suitable branching agents are the trifunctional or more than trifunctional compounds known in polycarbonate chemistry, especially those having three or more than three phenolic OH groups.
  • Suitable branching agents are, for example, 1,3,5-tri (4-hydroxyphenyl) benzene, 1,1,3-tri (4-hydroxyphenyl) ethane, tri- (4-hydroxyphenyl) -phenyl methane, 2,4- Bis (4-hydroxyphenylisopropyl) phenol, 2,6-bis (2-hydroxy-5'-methylbenzyl) -4-methylphenol, 2- (4-hydroxyphenyl) -2- (2,4-dihydroxyphenyl) -propane, tetra- (4-hydroxyphenyl) -methane, tetra- (4- (4-hydroxyphenylisopropyl) -phenoxy) -methane and 1,4-bis - ((4,4-dihydroxytriphenyl) -methyl) -benzene and 3,3-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) -2-oxo-2,3-dihydroindole.
  • the amount of optionally used branching agent is preferably 0.05 mol% to 3 mol%, based on moles of diphenols used in each case.
  • the branching agents may either be initially charged with the diphenols and the chain terminators in the aqueous alkaline phase or may be added dissolved in an organic solvent prior to phosgenation. In the case of the transesterification process, the branching agents are used together with the diphenols.
  • Particularly preferred polycarbonates are the homopolycarbonate based on bisphenol A, the homopolycarbonate based on 1,3-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane and the copolycarbonates based on the two monomers bisphenol A and I, l Bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane.
  • thermoplastic In addition, optionally up to 50.0% by weight, preferably 0.2 to 40% by weight, particularly preferably 0.10 to 30.0% by weight, based on the weight of the thermoplastic, of other customary additives may be present.
  • This group includes flame retardants, anti-dripping agents, thermal stabilizers, mold release agents, antioxidants, UV absorbers, IR absorbers, antistatic agents, optical brighteners, light scattering agents, colorants such as pigments, including inorganic pigments, carbon black and / or dyes, and inorganic fillers in the usual for polycarbonate Amounts. These additives may be added individually or in admixture.
  • Such additives as are customarily added in the case of polycarbonates are described, for example, in EP-A 0 839 623, WO-A 96/15102, EP-A 0 500 496 or "Plastics Additives Handbook", Hans Zweifel, 5th Edition 2000, Hanser Verlag , Kunststoff described.
  • the mixing elements or static mixers according to the invention are preferably used after the last degassing stage of the polycarbonate. This is usually in the production of polycarbonate by the phase interface method after a tube or strand evaporator and in the production of polycarbonate by the melt polymerization after a high-viscosity reactor.
  • a secondary stream of additABLEm polycarbonate is fed to a main stream of unadditivieres polycarbonate.
  • the mixing ratio in this case is in a range from 99: 1 to 80:20, preferably 98: 2 to 85: 15, particularly preferably from 95: 5 to 90: 10, in each case by weight fraction.
  • a mixing element according to the invention or a static mixer according to the invention is used in the production of polycarbonate, this is caused by the lower temperature increase, which is caused by the lower pressure drop, and by the lower residence time, which is caused by the lower construction, a lower temperature damage of the polycarbonate.
  • This provides a polycarbonate which has lower yellowing and higher transparency than a polycarbonate prepared without using a mixing element or a static mixer according to the invention under otherwise identical conditions.
  • the present invention therefore also relates to a process for the production of polycarbonate in which a mixing element according to the invention is used.
  • the subject of the present invention is therefore also a process for the production of polycarbonate in which a static mixer according to the invention is used.
  • FIG. 1 shows a mixing element of the prior art with sleeve in cross-section and in plan view.
  • the dimension of lines is in millimeters, the dimension of the angle in degrees; there are:
  • Fig. 2 shows a cross section of a static mixer consisting of two mixing elements of the prior art with arrows, which indicate the flow of force through the webs and the cross member, when the force acts vertically from above on the mixing element; there are:
  • Fig. 3 shows a longitudinal section through a tube with a static mixer formed from a double 4 + 4 arrangement of mixing elements of the prior art; there are: 3.1 first mixing element
  • FIG. 4 shows a cross section of a mixing element according to the invention according to the section AA from FIG. 5; there are: 4.1 sleeve
  • Fig. 5 shows the plan view of a mixing element according to the invention.
  • Fig. 6 shows a cross section of a static mixer according to the invention consisting of two mixing elements according to the invention with arrows, which indicate the power flows through the webs and the cross member, when the force acts vertically from above on the mixing element; there are:
  • Main flow direction 7 shows a cross section of a static mixer consisting of two static mixing elements according to the invention with an opening angle O of approximately equal to 90 °; there are:
  • FIG. 8 shows a cross section of a static mixer consisting of two static mixing elements according to the invention with an opening angle O greater than 90 °; there are:
  • FIG. 9 shows a cross section of a static mixer consisting of two static mixing elements according to the invention with an opening angle O of less than 90 °; there are:
  • FIG. 10 shows on the left a longitudinal section through a conventional static mixer and on the right a longitudinal section through a static mixer according to the invention with a reduced overall height.
  • the reduced by about 23% height of the static mixer according to the invention over the height of the static mixer from the prior art is easy to see.
  • one of the two mixing elements is rotated by 180 ° relative to the other mixing element about its axis perpendicular to the main flow direction and lying parallel to the transverse struts, so that the transverse strut sides of these mixing elements, which face away from the webs of the respective mixing element, are instantaneous lie on each other and touch each other.
  • Fig. 11 shows a full view of a static mixer according to the invention.

Abstract

Mischelemente mit verringerter Bautiefe für statische Mischer, statische Mischer umfassend mindestens zwei Mischelemente mit verringerter Bautiefe, sowie ein Verfahren zum Mischen von Fluiden mittels eines Mischelements mit verringerter Bautiefe oder eines statischen Mischers umfassend mindestens zwei Mischelemente mit verringerter Bautiefe. Bei den Mischelementen ist die Dicke der Querstrebe an ihrer dicksten Stelle maximal 0,9 bis 1,1 mal der Dicke der Stege multipliziert mit dem Cosinus des halben Öffnungswinkels O dividiert durch den Sinus des vollen Öffnungswinkels O.

Description

Mischelemente mit verringerter Bautiefe für statische Mischer
Die Erfindung betrifft Mischelemente mit verringerter Bautiefe für statische Mischer, statische Mischer umfassend mindestens zwei Mischelemente mit verringerter Bautiefe, sowie ein Verfahren zum Mischen von Fluiden mittels eines Mischelements mit verringerter Bautiefe oder eines statischen Mischers umfassend mindestens zwei Mischelemente mit verringerter Bautiefe.
Bei der Herstellung von Polymeren ist häufig erforderlich, hochviskose Fluide, beispielsweise Polymerschmelzen, miteinander zu mischen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, eine Polymerschmelze mit einer anderen, additivierten Polymerschmelze, zu mischen. Dazu werden seit langen unter anderem sogenannte statische Mischer eingesetzt. Diese werden dann beispielsweise so in rohrartige Gehäuse, dass die zu mischenden Polymerschmelzen in einer Hauptströmungsrichtung, die der längsten Achse eines solchen Rohrs entspricht, durch die statischen Mischer hindurchströmen und dabei vermischt werden. Die Viskositäten solcher hochviskosen Fluide liegen dabei üblicherweise im Bereich von 0,1 bis 10.000 Pas, gemessen mit dem Fachmann bekannten handelsüblichen Viskosimetern wie beispielsweise Kapillar-, Platte - Kegel- oder Platte-Platte- Viskosimeter. Ist die Viskosität eines Fluids unabhängig von einer Scherung, spricht man von einem newtonschen Fluid. Ist die Viskosität eines Fluids abhängig von einer Scherung, spricht man von einem nicht-newtonschen Fluid. Sinkt die Viskosität eines Fluids bei zunehmender Scherung, spricht man von einem scherverdünnenden Fluid. Steigt die Viskosität eines Fluids bei zunehmender Viskosität, spricht man von einem scherverdickenden Fluid. Ein kurzer Überblick über die Theologischen Eigenschaften von Polymerschmelzen findet sich beispielsweise in„Kohlgrüber: Der gleichläufige Doppelschneckenextruder, Hanser- Verlag, 2007", Kapitel 3, Seiten 37 bis 57.
Die statischen Mischer sind dabei beispielsweise aus mehreren Mischelementen aufgebaut. Diese Mischelemente sind meistens einstückig ausgebildet und können eine äußere Hülse aufweisen, in die eine oder mehrere Querstreben eingebracht sind. Diese Querstreben haben im Wesentlichen die Form eines langgestreckten Körpers, beispielsweise eines langgestreckten Quaders, Zylinders oder eines langgestreckten Körpers mit dreieckiger, ellipsenförmiger oder andersartiger Grundfläche, der mit der langen Seite, also der Querstrebenlänge, rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung in die äußere Hülse eingebracht ist und bei dem eine der beiden kürzeren Seiten, also die Qu erstrebenbreite, sowohl rechtwinklig zur langen Seite als auch rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung steht. Rechtwinklig zur Querstrebenbreite, aber parallel zur Hauptströmungsrichtung erstreckt sich die Querstrebendicke, also die Dicke der Querstrebe. Ist mehr als eine Querstrebe vorhanden, so sind diese in Hauptströmungsrichtung gesehen parallel zueinander in zwei Ebenen angeordnet. Von diesen ein oder mehreren Querstreben geht auf jeder Seite der jeweiligen Querstrebe zur Innenfläche der äußeren Hülse und/oder zur nächstliegenden
Querstrebe mindestens ein Steg ab, derart, dass die Breite der Öffnungen, die durch die Stege im freien Querschnitt des statischen Mischers gelassen wird, gleich der Breite der Stege ist. Dabei schließen die Stege, die von der gleichen Querstrebe in verschieden Richtungen verlaufen, einen Winkel ein, der kleiner als 180° ist, den Öffnungswinkel O.
Auch die Stege haben im Wesentlichen die Form eines langgestreckten Körpers, beispielsweise eines langgestreckten Quaders, Zylinders oder eines langgestreckten Körpers mit dreieckiger, ellipsenförmiger oder andersartiger Grundfläche. Die Stege gehen im Wesentlichen rechtwinklig mit ihrer langen Seite, also der Steglänge, von der Querstrebe ab. Die Ausdehnung der Seite der Stege, die der Strömung des Fluids zugewandt ist, ist die Stegbreite, die Ausdehnung der Stege, die sowohl rechtwinklig zur Steglänge als auch zur Stegbreite ausgerichtet ist, ist die Stegdicke. Die äußere Hülse dient zum einen dazu, dass das Mischelement ohne Verkanten beispielsweise in ein Rohr eingebracht werden kann, zum anderen, um die mechanische Festigkeit des Mischelements zu erhöhen. Auf die Hülse kann aber auch verzichtet werden, wenn Querstreben und Stege der erwarteten mechanischen Belastung standhalten und geeignet miteinander verbunden sind oder so übereinander gelegt sind, dass sie nicht verrutschen. Solche herkömmlichen Mischelemente sind unter anderem bekannt aus Lars Frye „Charakterisierung von statischen Mischern für hochviskose einphasige Medien", Diplomarbeit, Universität Karlsruhe (TH), Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, Bereich Angewandte Mechanik, Februar 1999; siehe insbesondere S. 6 und 7 und Abb. 2.7 und 2.8.
Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass die Stege eines ersten Mischelements zweier gleichartiger hintereinander angeordneter Mischelemente mit den Zwischenräumen eines zweiten Mischelements jeweils fluchtend hintereinander liegen, wobei eines der beiden Mischelemente gegenüber dem anderen Mischelement um seine zur Hauptströmungsrichtung senkrechte und parallel zu den Querstreben liegende Achse um 180° gedreht ist, jedoch die beiden gleichartigen hintereinander liegenden Mischelemente gegeneinander keine Verdrehung in der normal zur Hauptströmungsrichtung liegenden Ebene gegenüber dem anderen Mischelement aufweisen. Ein mögliches unmittelbar an das zweite Mischelement anschließendes drittes Mischelement hat dann in der Regel die gleiche Ausrichtung wie das erste Mischelement und ein mögliches viertes unmittelbar an das dritte Mischelement anschließende Mischelement hat dann in der Regel die gleiche Ausrichtung wie das zweite Mischelement. Andere Ausrichtungen der Mischelemente in einem statischen Mischer sind aber auch möglich.
Die Querstrebenseiten dieser Mischelemente, die den Stegen des jeweiligen Mischelements abgewandt sind, liegen dabei unmittelbar aufeinander.
Typischerweise werden die Mischelemente in 4+4- Anordnung eingebaut, d.h. zweimal jeweils vier unmittelbar hintereinander angeordnete Mischelemente werden wie oben beschrieben angeordnet, wobei die zweiten vier Mischelemente unmittelbar benachbart den ersten vier Mischelementen sind, jedoch die zweiten vier Mischelemente gegenüber den ersten vier Mischelementen um 90° in der normal zur Hauptströmungsrichtung liegenden Ebene gedreht sind. Natürlich sind auch 2+2-, 2+3-, 3+2-, 3+3-, 3+4-, 4+3- oder beliebige andere Anordnungen möglich. Anordnungen von mindestens zwei unmittelbar hintereinander angeordneter Mischelemente werden auch statische Mischer genannt. Bei der 3+3-Anordnung eines statischen Mischers beträgt die Anzahl der Mischelemente bevorzugt ein Vielfaches von 3. Bei der 4+4- Anordnung beträgt die Anzahl der Mischelemente bevorzugt ein Vielfaches von 4. Bei der x+x-Anodrnung beträgt die Anzahl der Mischelemente bevorzugt x. Bei der x+y- Anordnung, wobei x ungleich y ist, beträgt die Anzahl der Mischelemente bevorzugt ein Vielfaches von x+y, wobei x und y jeweils gleiche oder unterschiedliche ganze Zahlen größer oder gleich 2 sind.
Aus dem Stand der Technik gemäß DE2943688A1 ist ein statischer Mischer bekannt, der aus einem rohrartigen Gehäuse besteht und mindestens ein darin angeordnetes Mischelement enthält. Das Mischelement besteht aus sich kreuzenden Stegen, die einen Winkel gegenüber der Rohrachse aufweisen. Die Stege der Mischelemente sind in mindestens zwei Gruppen angeordnet. Die Stege innerhalb einer jeden Gruppe sind im Wesentlichen parallel gerichtet. Die Stege der einen Gruppe kreuzen sich mit den Stegen der anderen Gruppe.
DE4428813A1 zeigt einen statischen Mischer, welcher im Unterschied zur DE2943688A1 sich kreuzende Stege aufweist, die im Bereich der Kreuzungspunkte überlappen. Diese lokale Verbreiterung der Stege, die in der DE4428813A1 als Stahlblechstäbe ausgebildet sind, dient zur Verstärkung und/oder zur Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung benachbarter Stege. In die Verbreiterung ist eine Nut eingeschnitten, welche einen benachbarten Stahlblechstab aufnimmt.
EP0856353A1 zeigt ein Modul, welches Teil eines statischen Mischers ist, der für ein verweilzeitkritisches, plastisch fließfähiges Mischgut vorgesehen ist. Die Einrichtung umfasst ein rohrartiges Gehäuse, in dem Stege angeordnet sind. Die Stege sind gegen die Längsachse des Gehäuses geneigt; sie kreuzen sich im Wesentlichen auf einer geraden Linie senkrecht zur Längsachse. Der Modul umfasst eine in das Gehäuse einschiebbare Hülse. Die das Mischgut leitende Innenwand des statischen Mischers ist durch Innenseiten der Hülse gebildet. Die Stege sind dornartig ausgebildet, mit jeweils einem gegen die Bewegungsrichtung des Mischguts weisenden Scheitel und einer an der Hülseninnenseite befestigten Basis. Jeder Scheitel bildet gegenüber der Innenwand der Einrichtung einen Zwischenraum.
In der Vergangenheit wurde immer wieder versucht, diese aus dem Stand der Technik bekannten Mischelemente hinsichtlich der Verbesserung des Mischergebnisses und der Verminderung des Druckverlusts beim Mischvorgang zu verbessern, ohne dass ein durchschlagender Erfolg dabei erzielt werden konnte.
Ein Vorschlag zur Verbesserung der Mischelemente ist beispielsweise in der WO2009000642A1 offenbart. Die WO2009000642A1 offenbart Mischelemente, bei denen zwischen benachbarten Stegen zumindest teilweise Zwischenräume liegen. Auf diese Weise soll eine Verbesserung des
Mischergebnisses bei gleichzeitiger Verminderung des Druckverlusts beim Mischvorgang erreicht werden.
Es wurde jedoch festgestellt, dass für viele Mischanforderungen bei der Herstellung von Polymeren eine weitere Verbesserung des Mischergebnisses bei gleichzeitiger Verminderung des Druckverlusts beim Mischvorgang erwünscht ist.
Die Verminderung des Druckverlusts kann vorteilhaft durch erreicht werden, dass die spezifischen Wirkung des Mischelements oder statischen Mischers verringert wird.
Die spezifische Wirkung ist eine dimensionslose Kennzahl zur Beschreibung von Mischelementen und statischen Mischern, in die im Zähler der Druckverlust im Mischelement bzw. statischen Mischer und die Verweilzeit des Fluids im Mischelement bzw. statischen Mischer eingeht und im Nenner die Viskosität des Fluids eingeht. Ausführliche Erläuterungen zur spezifischen Wirkung finden sich in Dolling, E.:„Zur Darstellung von Mischvorgängen in hochviskosen Flüssigkeiten", Dissertation RWTH Aachen, 1971.
Die spezifische Wirkung ist definiert als
Ap V Ap tv
η Ϋ η
wobei W die spezifische Wirkung, Ap der Druckverlust, V das Volumen, η die dynamische Viskosität und V der volumetrische Durchsatz bzw. tv die Verweilzeit.
Druckverlust und Verweilzeit sind bei newtonschem Verhalten des durchströmenden umgekehrt proportional zueinander, d.h. das Produkt der beiden Größen ist bei ein und demselben Mischer unter sonst gleichen Bedingungen konstant. Die Verweilzeit ist dabei der Quotient des freien Volumens des Mischelements bzw. statischen Mischers und des Volumenstroms durch den Mischer.
In Abhängigkeit von der technischen Aufgabenstellung können unterschiedliche Größen von Wichtigkeit sein. Beispielsweise kann es für eine gegebene Mischaufgabe mit einem gegebenen Produkt einen gewissen verfügbaren Druckverlust geben, der aus anlagentechnischen Gründen nicht überschritten werden darf. Unter dieser Rahmenbedingung möchte man das Volumen des statischen Mischers, damit Apparategröße (und damit die Kosten des statischen Mischers) und die Verweilzeit, die bei den hohen Temperaturen der Polymerverarbeitung typischerweise zur Verschlechterung von Produkteigenschaften führt, minimieren.
Eine weitere technische Aufgabenstellung kann sein, eine gegebene Mischaufgabe bei aus Qualiäts- und Anlagengründen vorgegebener Apparategröße und Verweilzeit mit möglichst wenig Druckverlust zu bewerkstelligen, um Energie zu sparen. Weiterhin kann es eine technische Aufgabe sein, bei erforderlichem Durchsatz, Mischgüte und zulässigem Druckverlust zur Erhöhung der Qualität die Temperatur zu senken. Wie der Fachmann weiß, wird beim Absenken der Temperatur bei Polymerschmelzen typischerweise schädliche Nebenreaktionen verlangsamt und damit die Produktqualität erhöht, gleichzeitig steigt aber auch beim Absenken der Temperatur die Viskosität von Polymerschmelzen, so dass eine Begrenzung im Druckverlust auftreten kann.
All diese Aufgabenstellungen lassen sich so zusammenfassen, dass eine gegebene Mischaufgabe bei Minimierung der spezifischen Wirkung gelöst werden soll.
Weiterhin beispielsweise kann in einem industriellen Herstellverfahren wie der Herstellung von Polymeren sowohl das Fluid und damit seine Viskosität als auch der Volumenstrom, beispielsweise bedingt durch die Anlagengröße und Produktionserfordernisse, und damit auch in einem Rohr, in dem sich das Mischelement bzw. der statische Mischer befinden, festgelegt sind, die spezifische Wirkung nur dadurch verringert werden, dass das freie Volumen des Mischers bzw. statischen Mischelements vergrößert wird. Damit erhöhte sich aber die Verweilzeit des Fluids im Mischer, was unerwünscht ist, da eine höhere Verweilzeit beispielsweise bei der Herstellung von Polymeren gemeinhin zur Verschlechterung der Qualität der Polymere führt. Außerdem kann ein größeres freies Volumen eines Mischelements oder statischen Mischers häufig nur durch einen größeren Durchmesser des Mischelements oder statischen Mischers bei ansonsten gleicher Geometrie erreicht werden. Dies wiederum hat die Nachteile, dass das Rohr, in das das Mischelement oder der statische Mischers eingebaut ist, größer und damit teurer ausgelegt werden muss, und dass der Wechsel von der Herstellung von einem Polymer auf die Herstellung eines anderen Polymers erschwert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Mischelement zur Verfügung zu stellen, das bei gleichem oder besseren Mischergebnis eine geringeren Druckverlust aufweist. Dieser geringere Druckverlust soll erreicht werden, ohne dass die Verweilzeit erhöht oder der Durchmesser oder das freie Volumen des Mischelements oder statischen Mischers vergrößert wird.
Das Mischergebnis kann beispielsweise über die Messung einer Konzentrationsverteilung am Austritt aus den statischen Mischern bewertet werden. Häufig wird dazu die Konzentrationsverteilung zu einer integralen Mischgüte zusammengefasst. Einen Überblick dazu gibt„Kohlgrüber: Der gleichläufige Doppelschneckenextruder, Hanser- Verlag, 2007" in Kapitel 9 auf den Seiten 184 bis 188.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Mischelement, das mindestens eine Querstrebe aufweist, von der rechtwinklig zur längsten Ausdehnung der Querstrebe mindestens drei Stege ausgehen, wobei von diesen mindestens drei Stegen bezüglich der längsten Ausdehnung der Querstrebe mindestens ein Steg alternierend gegenüber mindestens zwei Stegen liegt und die auf gegenüber liegenden Seiten der Querstrebe liegenden Stege einen Winkel (Öffnungswinkel O) von 60° bis 120°, bevorzugt von 75° bis 105°, besonders bevorzugt von 85° bis 95°, insbesondere von 90° einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Querstrebe (dQ) an ihrer dicksten Stelle 0,9 bis 1,1 mal der Dicke der Stege (dS) multipliziert mit dem Cosinus des halben Öffnungswinkels O dividiert durch den Sinus des vollen Öffnungswinkels O entspricht, also dQ = dS * cos (0,5 * O) / sin O +/- 0,1 * dS * cos (0,5 * O) / sin O = (1 +/- 0,1) * dS * cos (0,5 * O) / sin O.
Bevorzugt ist die Dicke der Querstrebe (dQ) an ihrer dicksten Stelle 0,95 bis 1,05 mal der Dicke der Stege (dS) multipliziert mit dem Cosinus des halben Öffnungswinkels O dividiert durch den Sinus des vollen Öffnungswinkels O, also dQ = (1 +/- 0,05) * dS * cos (0,5 * O) / sin O, ganz besonders bevorzugt 0,98 bis 1,02 mal der Dicke der Stege (dS) multipliziert mit dem Cosinus des halben Öffnungswinkels O dividiert durch den Sinus des vollen Öffnungswinkels O, also dQ = (1 +/- 0,02) * dS * cos (0,5 * O) / sin O, insbesondere ist die Dicke der Querstrebe dQ = dS * cos (0,5 * O) / sin O. Weiterhin bevorzugt ist die Dicke dQ der Querstrebe über eine zusammenhängende, die Mitte der Querstrebenlänge einschließende Strecke von 90 %, bevorzugt über 95 %, besonders bevorzugt über 98 %, ganz besonders bevorzugt über 99 % der Querstrebenlänge mit einer Abweichung von maximal 5 %, bevorzugt maximal 2 %, besonders bevorzugt maximal 1 % gleich.
Weiterhin bevorzugt hat mindestens die Seite einer Querstrebe (Querstrebenseite), die den Stegen abgewandt ist, die Form eines Rechtecks, wobei dieses Rechteck rechtwinklig zu der Hauptströmungsrichtung der Fluide liegt. Weiterhin bevorzugt beträgt die Dicke der Stege (dS) 0,01 bis 0,07, bevorzugt 0,015 bis 0,06 und ganz besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 mal dem Durchmesser des Mischelements rechtwinklig zu der Hauptströmungsrichtung.
Das erfindungsgemäße Mischelement kann eine Hülse aufweisen. Sofern das erfindungsgemäße Mischelement eine Hülse aufweist, liegen die Außenflächen der Querstreben und die Stirnflächen der Hülse in einer Ebene.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein solches Mischelement nicht nur ein besseres Mischergebnis als Mischelemente aus dem Stand der Technik zeitigt, sondern auch, dass der Druckverlust beim Mischen geringer ist, ohne dass die Verweilzeit erhöht oder der Durchmesser oder das freie Volumen des Mischelements oder statischen Mischers vergrößert wird. Es kann also mit einem verringerten Eingangsdruck vor dem Mischelement gearbeitet werden.
Durch den verringerten Druckverlust wird zum einen Energie gespart, die zur Erzeugung des Drucks aufgewandt werden muss, zum anderen führt der verringerte Druckverlust zu einem geringeren Temperaturanstieg beim Mischvorgang. Dies wiederum verringert temperaturbedingte Schädigungen beim zu mischenden Fluid bzw. bei den miteinander zu mischenden Fluiden.
Außerdem muss bei höherem Druckverlust ein größerer apparativer Aufwand, beispielsweise in Form von leistungsfähigeren Pumpen und dickeren Wandungen, getrieben werden.
Außerdem zusätzlich wurde überraschenderweise gefunden, dass der Druckverlust durch das erfindungsgemäße Mischelement bei gleichem oder besserem Mischergebnis zusätzlich vermindert werden kann, wenn in Hauptströmungsrichtung die Breite der Öffnung zwischen zwei benachbarten Stegen, die auf der gleichen Seite der Querstrebe liegen, von der sie abgehen, größer ist als die Breite eines Steges. Dabei ist diese Stegbreite dieser zwei Stege im Wesentlichen gleich.
Zusätzlich vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Mischelement dadurch, dass es eine geringere Bautiefe als ein vergleichbare Mischelemente aus dem Stand der Technik aufweist. So hat ein erfindungsgemäßes Mischelement ein um das zweifache der Dicke der Querstrebe verringerte Bautiefe. Dies kann durchaus bei einem Öffnungswinkel O von 90° und einem üblichen Verhältnis von Durchmesser des statischen Mischers zur Dicke des Steges von 20 : 1 eine etwa 20 % geringere Bautiefe bewirken. Die sich daraus ergebende Platzersparnis ist technisch wünschenswert, insbesondere weil in der Regel in einem Rohr, dass von den zu mischenden Fluiden durchströmt wird, nicht nur ein erfindungsgemäßes Mischelement, sondern viele erfindungsgemäße Mischelemente eingebaut werden. Diese bilden dann - analog zu den bereits weiter oben beschriebenen statischen Mischern aus dem Stand der Technik - einen erfindungsgemäßen statischen Mischer. Dies löst die zusätzliche Aufgabe, ein Mischelement zur Verfügung zu stellen, das bei gleichem oder besserem Mischergebnis und gleichzeitiger Verminderung des Druckverlusts eine geringere Bautiefe als vergleichbare Mischelemente aus dem Stand der Technik aufweist.
Die geringere Bautiefe des erfindungsgemäßen Mischelements bewirkt eine geringere Verweilzeit des zu mischenden Fluids bzw. der miteinander zu mischenden Fluide im Mischelement. Dies wiederum verringert die thermischen Belastungen und damit wiederum temperaturbedingte Schädigungen beim zu mischenden Fluid bzw. bei den miteinander zu mischenden Fluiden.
Zusätzlich wurde überraschenderweise gefunden, dass wenn mindestens zwei der erfindungsgemäßen Mischelemente derart unmittelbar zueinander angrenzend angeordnet werden, dass ihre einander zugewandten Querstrebenseiten fluchtend hintereinanderliegen und sich vollflächig berühren, wobei eines der beiden Mischelemente gegenüber dem anderen Mischelement um seine zur Hauptströmungsrichtung senkrechte und parallel zu den Querstreben liegende Achse um 180° gedreht ist, jedoch die beiden gleichartigen hintereinander liegenden Mischelemente gegeneinander keine Verdrehung in der normal zur Hauptströmungsrichtung liegenden Ebene gegenüber dem anderen Mischelement aufweisen, sich die mechanische Festigkeit des aus den mindestens zwei erfindungsgemäßen Mischelementen aufgebauten erfindungsgemäßen statischen Mischers sich im Vergleich zu einem statischen Mischer, der aus der gleichen Anzahl von herkömmlichen Mischelementen in der gleichen Anordnung wie die erfindungsgemäßen Mischelemente aufgebaut ist, in Strömungsrichtung nicht erniedrigt, sondern sogar noch erhöht, während sie in den anderen Richtungen zumindest gleich bleibt.
Bei einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung bilden die Schnittflächen der gedachten Verlängerungen der Außenkonturen der Stege im Bereich des Querschnitts einer Querstrebe, wobei der Schnitt rechtwinklig zur Querstrebenlänge und rechtwinklig zur Querstrebenbreite geführt wird, also parallel zur Querstrebendicke (dQ) geführt wird, eine Raute. Für einen Öffnungswinkel von O = 90° ist diese Raute ein Quadrat.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird bewirkt, dass es zu gleichmäßigen Kraftflüssen kommt. Insbesondere werden die Kraftflüsse durch die Stege ohne Umlenkung unmittelbar von einem erfindungsgemäßen Mischelement auf das nachfolgende erfindungsgemäße Mischelement übertragen, wodurch Momente am Übergang zwischen Steg und Querstrebe sowie die damit verbundenen zusätzlichen Schubspannungen vermieden werden. Dadurch wird, wie bereits weiter oben dargestellt, die Festigkeit erhöht. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Mischelements und des erfindungsgemäßen statischen Mischers sind die Materialersparnis bei der Herstellung des Mischers und dass erhöhter Durchsatz tolerierbar ist. Es muss also beim Einsatz der erfindungsgemäßen Mischelemente nicht befürchtet werden, dass ein erfindungsgemäßes Mischelement oder ein aus mindestens zwei erfindungsgemäßen Mischelementen aufgebauter statischer Mischer unter der Belastung des strömenden Fluids gestaucht wird. Im Gegenteil, das erfindungsgemäße Mischelement ist für höhere Belastung als ein entsprechendes Mischelement aus dem Stand der Technik geeignet und ein aus mindestens zwei erfindungsgemäßen Mischelementen aufgebauter statischer Mischer ist für höhere Belastung als ein entsprechender statischer Mischer aus dem Stand der Technik geeignet.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Mischelements - also das verbesserte Mischergebnis, der geringere Druckverlust und die höhere mechanische Festigkeit - treten besonders hervor, wenn mindestens zwei der erfindungsgemäßen Mischelemente in einem statischen Mischer vorhanden sind. Insbesondere treten die Vorteile des erfindungsgemäßen Mischelements hervor, wenn die mindestens zwei erfindungsgemäßen Mischelemente unmittelbar benachbart sind und ein erfindungsgemäßes Mischelement zum jeweils benachbarten Mischelement um seine zur Hauptströmungsrichtung senkrechte und parallel zu den Querstreben liegende Achse um 180° gedreht ist, so dass die Querstrebenseiten der Mischelemente, die den Stegen des jeweiligen Mischelements abgewandt sind, unmittelbar aufeinander liegen und sich vollflächig berühren. Ganz besonders treten die Vorteile des erfindungsgemäßen Mischelements hervor, wenn mindestens zwei der erfindungsgemäßen Mischelemente einen statischen Mischer bilden, das heißt, wenn der statische Mischer ausschließlich aus den erfindungsgemäßen Mischelementen aufgebaut ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein statischer Mischer, umfassend mindestens zwei erfindungsgemäße Mischelemente. Insbesondere Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein statischer Mischer, der ausschließlich aus den erfindungsgemäßen Mischelementen aufgebaut ist.
Dabei kann eines oder mehrere oder alle der erfindungsgemäßen Mischelemente eine Hülse aufweisen oder nicht. Auch der erfindungsgemäße statische Mischer kann eine Hülse aufweisen oder nicht.
Eine solche Hülse kann außen Markierungsnuten oder Markierungsstifte aufweisen, die ein falsches Einbauen - oder Zusammenbauen des Mischelements oder des statischen Mischer in ein Rohr, durch das die zu mischenden Fluide strömen, erschweren oder verhindern. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Mischen von Fluiden unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Mischelements. Insbesondere weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Mischen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen statischen Mischers. Fluide, die sich in vorteilhafter Weise unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Mischelements oder eines erfindungsgemäßen statischen Mischers mischen lassen, sind die bereits eingangs erwähnten Polymerschmelzen oder andere Fluide mit einer Viskosität von 0,1 bis 10.000 Pas. So kann auch ein erfindungsgemäßes Mischelement oder ein erfindungsgemäßer statischer Mischer dazu verwendet werden, beispielsweise eine Polymerschmelze mit einer anderen, additivierten Polymerschmelze zu mischen oder eine Polymerschmelze mit einem Lösungsmittel zu mischen. Dieser Vorgang findet beispielsweise bei der Herstellung von Polymeren bzw. Mischungen von Polymeren statt. Somit dienen das erfindungsgemäße Mischelement und der erfindungsgemäße statische Mischer auch der Herstellung von Polymeren und Mischungen von Polymeren und Polymerlösungen. Die zu mischenden Komponenten können eine homogene Mischung (keine Phasengrenze zwischen den Komponenten beobachtbar) oder eine disperse Mischung (Phasengrenze zwischen den Komponenten beobachtbar) bilden. Falls eine Komponente dispergiert wird, so kann diese disperse Phase fest, flüssig oder gasförmig sein. Die zu mischenden Komponenten können die gleiche Viskosität aufweisen oder eine voneinander verschiedene Viskosität. Die Viskositätsverhältnisse können bis 1 zu 10.000 betragen. Die Mengenverhältnisse, bei Feststoffen und Flüssigkeiten in Gewichtsanteilen, bei Gasen in Volumenanteilen, betragen von 0,1 zu 99,9 % bis 50 zu 50 %, bevorzugt 3 zu 97 % bis 15 zu 85 %. Bevorzugt behandelt es sich bei der Polymerschmelze oder den Polymerschmelzen um eine Schmelze eines thermoplastischen Polymers oder um Schmelzen mehrerer thermoplastischer Polymere. Ein thermoplastisches Polymer wird nachfolgend kurz auch Thermoplast genannt.
Besonders bevorzugt werden mit einem erfindungsgemäßen Mischelement oder mit einem erfindungsgemäßen statischen Mischer thermoplastische Polymere aus der Reihe umfassend Polycarbonat, Polyamid, Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat oder Polyethylenterephthalat, Polyether, thermoplastisches Polyurethan, Polyacetal, Fluorpolymer, insbesondere Polyvinylidenfluorid, Polyethersulfone, Polyolefin, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen, Polyimid, Polyacrylat, insbesondere Poly(methyl)methacrylat, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polyetherketon, Polyaryletherketon, Styrolpolymerisate, insbesondere Polystyrol, Styrolcopolymere, insbesondere Styrolacrylnitrilcopolymer,
Acrylnitrilbutadienstyrolblockcopolymere oder Polyvinylchlorid verarbeitet. Ebenso bevorzugt werden mit einem erfindungsgemäßen Mischelement oder mit einem erfindungsgemäßen statischen Mischer so genannte Blends aus den aufgeführten Polymeren verarbeitet, worunter der Fachmann eine Kombination aus zwei oder mehreren Polymeren versteht. Besonders bevorzugt sind Polycarbonat und Blends enthaltend Polycarbonat, wobei das Polycarbonat ganz besonders bevorzugt nach dem Phasengrenzflächenverfahren oder dem Schmelzeumesterungsverfahren erhalten wurde. Ferner ist bekannt, dass mit einem erfindungsgemäßen Mischelement oder mit einem erfindungsgemäßen statischen Mischer weitere Fluide wie beispielsweise Öle, Epoxidharze, Polyurethane, Lebensmittel, Lacke und Farben, Cremes, Pasten, Metallschmelzen, Salzschmelzen oder Glasschmelzen verarbeitet werden können. Polymerlösungen, die als Produkte mit einem erfindungsgemäßen Mischelement oder mit einem erfindungsgemäßen statischen Mischer verarbeitet werden können, sind beispielsweise Kautschuke oder Thermoplaste mit deren Monomeren und/oder Lösungsmitteln. Bevorzugt werden mit einem erfindungsgemäßen Mischelement oder mit einem erfindungsgemäßen statischen Mischer Lösungen von Polymeren ausgewählt aus der Reihe umfassend Styrolacrylnitrilcopolymer mit Styrol, Acrylnitril und/oder Ethylbenzol, Acrylnitrilbutadienstyrolblockcopolymere mit Styrol, Acrylnitril, Butadien und/oder Ethylbenzol, Polycarbonat mit Chlorbenzol und/oder Methylenchlorid, Polyamid mit Caprolactam oder Wasser, Polyoxymethylen mit Formaldehyd, Poly(methyl)methacrylat mit Methylmethacrylat und Polyethylen mit Hexan oder Cyclohexan verarbeitet. Besonders bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Mischelement oder ein erfindungsgemäßer statischer Mischer zur Verarbeitung von Polymerlösungen enthaltend Polycarbonat in Chlorbenzol und/oder Methylenchlorid eingesetzt.
Polycarbonate im Sinne der vorliegenden Erfindung sind sowohl Homopolycarbonate als auch Copolycarbonate und/oder Polyestercarbonate; die Polycarbonate können in bekannter Weise linear oder verzweigt sein. Erfindungsgemäß sind auch Mischungen von Polycarbonaten gemeint. Die Herstellung der Polycarbonate kann in bekannter Weise aus Diphenolen, Kohlensäurederivaten, gegebenenfalls Kettenabbrechern und Verzweigern erfolgen. Einzelheiten der Herstellung von Polycarbonaten sind dem Fachmann seit mindestens etwa 40 Jahren gut bekannt. Beispielhaft sei hier auf Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, Volume 9, Interscience Publishers, New York, London, Sydney 1964, auf D. Freitag, U. Grigo, P.R. Müller, H. Nouvertne, BAYER AG, Polycarbonates in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 11, Second Edition, 1988, Seiten 648-718 und schließlich auf U. Grigo, K. Kirchner und P.R. Müller Polycarbonate in Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, Band 31, Polycarbonate, Polyacetale, Polyester, Celluloseester, Carl Hanser Verlag München, Wien 1992, Seiten 117-299 verwiesen. Die Herstellung aromatischer Polycarbonate erfolgt z.B. durch Umsetzung von Diphenolen mit Kohlensäurehalogeniden, vorzugsweise Phosgen, und oder mit aromatischen Dicarbonsäuredihalogeniden, vorzugsweise Benzoldicarbonsäuredihalogeniden, nach dem Phasengrenzflächenverfahren, gegebenenfalls unter Verwendung von Kettenabbrechern und gegebenenfalls unter Verwendung von trifunktionellen oder mehr als trifunktionellen Verzweigern. Ebenso ist eine Herstellung über ein Schmelzepolymerisationsverfahren durch Umsetzung von Diphenolen mit beispielsweise Diphenylcarbonat möglich. Für die Herstellung der Polycarbonate geeignete Diphenole sind beispielsweise Hydrochinon, Resorcin, Dihydroxydiphenyle, Bis- (hydroxyphenyl)-alkane, Bis-(hydroxyphenyl)-cycloalkane, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfide, Bis- (hydroxyphenyl)-ether, Bis-(hydroxyphenyl)-ketone, Bis-(hydroxyphenyl)-sulfone, Bis-
(hydroxyphenyl)-sulfoxide, a-a'-Bis-(hydroxyphenyl)-diisopropylbenzole, Phtalimidine abgeleitet von Isatin- oder Phenolphthaleinderivaten sowie deren kernalkylierte, kernarylierte und kernhalogenierte Verbindungen.
Bevorzugte Diphenole sind 4,4'-Dihydroxydiphenyl, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol, 2,2-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Dimethyl-Bisphenol A, Bis-(3,5-dimefhyl-4- hydroxyphenyl)-methan, 2,2-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, Bis-(3,5-dimefhyl-4- hydroxyphenyl)-sulfon, 2,4-Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, l,l-Bis-(3,5- dimethyl-4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5- trimethylcyclohexan.
Besonders bevorzugte Diphenole sind 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,2-Bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-propan, 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan, 1,1 -Bis-(4- hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan und Dimethyl-Bisphenol A.
Diese und weitere geeignete Diphenole sind z.B. in US-A 3 028 635, US-A 2 999 825, US-A 3 148 172, US-A 2 991 273, US-A 3 271 367, US-A 4 982 014 und US-A 2 999 846, in DE-A 1 570 703, DE-A 2063 050, DE-A 2 036 052, DE-A 2 211 956 und DE-A 3 832 396, in FR-A 1 561 518, in der Monographie H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964 sowie in JP-A 62039/1986, JP-A 62040/1986 und JP-A 105550/1986 beschrieben.
Im Fall der Homopolycarbonate wird nur ein Diphenol eingesetzt, im Fall der Copolycarbonate werden mehrere Diphenole eingesetzt.
Geeignete Kohlensäurederivate sind beispielsweise Phosgen oder Diphenylcarbonat.
Geeignete Kettenabbrecher, die bei der Herstellung der Polycarbonate eingesetzt werden können, sind Monophenole. Geeignete Monophenole sind beispielsweise Phenol selbst, Alkylphenole wie Kresole, p-tert.-Butylphenol, Cumylphenol, sowie deren Mischungen. Bevorzugte Kettenabbrecher sind die Phenole, welche ein- oder mehrfach mit Ci- bis C30- Alkylresten, linear oder verzweigt, bevorzugt unsubstituiert, oder mit tert-Butyl substituiert sind. Besonders bevorzugte Kettenabbrecher sind Phenol, Cumylphenol und/oder p-tert-Butylphenol. Die Menge an einzusetzendem Kettenabbrecher beträgt bevorzugt 0,1 bis 5 Mol-%, bezogen auf Mole an jeweils eingesetzten Diphenolen. Die Zugabe der Kettenabbrecher kann vor, während oder nach der Umsetzung mit einem Kohlensäurederivat erfolgen.
Geeignete Verzweiger sind die in der Polycarbonatchemie bekannten tri- oder mehr als trifunktionellen Verbindungen, insbesondere solche mit drei oder mehr als drei phenolischen OH- Gruppen.
Geeignete Verzweiger sind beispielsweise l,3,5-Tri-(4-hydroxyphenyl)-benzol, l,l,l-Tri-(4- hydroxyphenyl)-ethan, Tri-(4-hydroxyphenyl)-phenylmethan, 2,4-Bis-(4-hydroxyphenylisopropyl)- phenol, 2,6-Bis-(2-hydroxy-5'-methyl-benzyl)-4-methylphenol, 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4- dihydroxyphenyl)-propan, Tetra-(4-hydroxyphenyl)-methan, Tetra-(4-(4-hydroxyphenylisopropyl)- phenoxy)-methan und l,4-Bis-((4',4-dihydroxytriphenyl)-methyl)-benzol und 3,3-Bis-(3-methyl-4- hydroxyphenyl) -2-oxo -2,3 -dihydroindol .
Die Menge der gegebenenfalls einzusetzenden Verzweiger beträgt bevorzugt 0,05 Mol-% bis 3 Mol-%, bezogen auf Mole an jeweils eingesetzten Diphenolen. Die Verzweiger können entweder mit den Diphenolen und den Kettenabbrechern in der wässrig alkalischen Phase vorgelegt werden oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst vor der Phosgenierung zugegeben werden. Im Fall des Umesterungsverfahrens werden die Verzweiger zusammen mit den Diphenolen eingesetzt.
Besonders bevorzugte Polycarbonate sind das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A, das Homopolycarbonat auf Basis von l,3-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan und die Copolycarbonate auf Basis der beiden Monomere Bisphenol A und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)- 3,3,5-trimethylcyclohexan.
Zusätzlich können optional bezogen auf das Gewicht des Thermoplasten bis zu 50,0 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,10 bis 30,0 Gew.-% sonstige übliche Additive enthalten sein.
Diese Gruppe umfasst Flammschutzmittel, Antitropfmittel, Thermostabilisatoren, Entformungsmittel, Antioxidantien, UV-Absorber, IR-Absorber, Antistatika, optische Aufheller, Lichtstreumittel, Farbmittel wie Pigmente, auch anorganischen Pigmente, Ruß und/oder Farbstoffe, und anorganische Füllstoffe in den für Polycarbonat üblichen Mengen. Diese Additive können einzeln oder auch im Gemisch zugesetzt werden.
Solche Additive, wie sie üblicherweise bei Polycarbonaten zugesetzt werden, sind beispielsweise in EP-A 0 839 623, WO-A 96/15102, EP-A 0 500 496 oder„Plastics Additives Handbook", Hans Zweifel, 5th Edition 2000, Hanser Verlag, München beschrieben. Bei der Herstellung eines Polycarbonats werden die erfindungsgemäßen Mischelemente bzw. erfindungsgemäßen statischen Mischer bevorzugt nach der letzten Entgasungsstufe des Polycarbonats eingesetzt. Dies ist in der Regel bei der Herstellung von Polycarbonat nach dem Phasengrenzflächenverfahren nach einem Rohr- oder Strangverdampfer und bei der Herstellung von Polycarbonat nach dem Schmelzepolymerisationsverfahren nach einem Hochviskosreaktor. In Strömungsrichtung vor einem erfindungsgemäßen Mischelement bzw. erfindungsgemäßen statischen Mischer wird einem Hauptstrom von unadditiviertem Polycarbonat ein Nebenstrom von additiviertem Polycarbonat zugeführt. Das Mischungsverhältnis dabei liegt in einem Bereich von 99: 1 bis 80:20, bevorzugt 98:2 bis 85: 15, besonders bevorzugt von 95:5 bis 90: 10, jeweils nach Gewichtsanteil.
Wird ein erfindungsgemäßes Mischelement oder ein erfindungsgemäßer statischer Mischer bei der Herstellung von Polycarbonat eingesetzt, so bewirkt dies durch den geringeren Temperaturanstieg, der durch den geringeren Druckverlust bewirkt wird, und durch die geringere Verweilzeit, die durch die geringere Bau tiefe bewirkt wird, eine geringere Temperaturschädigung des Polycarbonats. Das wiederum stellt ein Polycarbonat zur Verfügung, das eine geringere Vergilbung und höhere Transparenz aufweist als ein Polycarbonat, das ohne Einsatz eines erfindungsgemäßen Mischelements oder eines erfindungsgemäßen statischen Mischers unter sonst gleichen Bedingungen hergestellt wurde.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat, bei dem ein erfindungsgemäßes Mischelement eingesetzt wird. Auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Polycarbonat, bei dem ein erfindungsgemäßer statischer Mischer eingesetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Zeichnungen erläutert, ohne dass sie dadurch auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen eingeschränkt wir. Fig. 1 zeigt ein Mischelement aus dem Stand der Technik mit Hülse im Querschnitt und in der Draufsicht. Die Bemaßung von Strecken ist in Millimeter, die Bemaßung des Winkels in Grad; es sind:
1.1 Dicke der Hülse
1.2 Durchmesser des Mischelements einschließlich Hülse
1.3 Dicke dQ der Querstrebe
1.4 Breite der Querstrebe 1.5 Dicke dS des Stegs
1.6 Breite des Stegs
1.7 Breite der Öffnung zwischen zwei Stegen
1.8 Öf fnungs winkel O 1.9 Querstreben
1.10 Hauptströmungsrichtung
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines statischen Mischer bestehend aus zwei Mischelementen aus dem Stand der Technik mit eingezeichneten Pfeilen, die die Kraftflüsse durch die Stege und die Querstrebe andeuten, wenn die Kraft senkrecht von oben auf das Mischelement wirkt; es sind:
2.1 Hülse des oberen Mischelements
2.2 Querstreben des oberen Mischelements
2.3 Stege des oberen Mischelements
2.4 Hülse des unteren Mischelements 2.5 Querstreben des unteren Mischelements
2.6 Stege des unteren Mischelements
2.7 Kraftflüsse (durch Pfeile angedeutet)
2.8 Dicke dQ der Querstrebe des oberen Mischelements
2.9 Breite der Querstrebe des oberen Mischelements 2.10 Dicke dQ der Querstrebe des unteren Mischelements
2.11 Breite der Querstrebe des unteren Mischelements
2.12 Hauptströmungsrichtung
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Rohr mit einem statischen Mischer gebildet aus einer doppelten 4+4-Anordnung von Mischelementen aus dem Stand der Technik; es sind: 3.1 erstes Mischelement
3.2 zweites Mischelement, gegenüber dem ersten Mischelement um seine zur Hauptströmungsrichtung senkrechte und parallel zu den Querstreben liegende Achse um 180° gedreht 3.3 drittes Mischelement, ausgerichtet wie erstes Mischelement
3.4 viertes Mischelement, ausgerichtet wie zweites Mischelement
3.5 fünftes Mischelement, ausgerichtet wie erstes Mischelement 3.1, aber in Strömungsrichtung betrachtet um 90° in Umfangsrichtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht 3.6 sechstes Mischelement, gegenüber dem fünften Mischelement um seine zur
Hauptströmungsrichtung senkrechte und parallel zu den Querstreben liegende Achse um 180° gedreht
3.7 siebtes Mischelement, ausgerichtet wie fünftes Mischelement
3.8 achtes Mischelement, ausgerichtet wie sechstes Mischelement 3.9 neuntes Mischelement, ausgerichtet wie erstes Mischelement
3.10 zehntes Mischelement, ausgerichtet wie zweites Mischelement
3.11 elftes Mischelement, ausgerichtet wie erstes Mischelement
3.12 zwölftes Mischelement, ausgerichtet wie zweites Mischelement
3.13 dreizehntes Mischelement, ausgerichtet wie fünftes Mischelement 3.14 vierzehntes Mischelement, ausgerichtet wie sechstes Mischelement
3.15 fünfzehntes Mischelement, ausgerichtet wie siebtes Mischelement
3.16 sechszehntes Mischelement, ausgerichtet wie achtes Mischelement
3.17 Hauptströmungsrichtung
3.18 Rohr, in dem die Mischelemente eingebaut sind Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Mischelements gemäß dem Schnitt A-A aus Fig. 5; es sind: 4.1 Hülse
4.2 Querstreben
4.3 Stege
Fig. 5 zeigt die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Mischelements; es sind:
5.1 Hülse
5.2 Querstreben
5.3 Stege
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen statischen Mischers bestehend aus zwei erfindungsgemäßen Mischelementen mit eingezeichneten Pfeilen, die die Kraftflüsse durch die Stege und die Querstrebe andeuten, wenn die Kraft senkrecht von oben auf das Mischelement wirkt; es sind:
6.1 Hülse des oberen Mischelements
6.2 Querstreben des oberen Mischelements
6.3 Stege des oberen Mischelements
6.4 Hülse des unteren Mischelements
6.5 Querstreben des unteren Mischelements
6.6 Stege des unteren Mischelements
6.7 Kraftflüsse (durch Pfeile angedeutet)
6.8 Dicke dQ der Querstrebe des oberen Mischelements
6.9 Breite der Querstrebe des oberen Mischelements
6.10 Dicke dQ der Querstrebe des unteren Mischelements
6.11 Breite der Querstrebe des unteren Mischelements
6.12 Hauptströmungsrichtung Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines statischen Mischer bestehend aus zwei erfindungsgemäßen statischen Mischelementen mit einem Öffnungswinkel O von etwa gleich 90°; es sind:
7.1 Hülse des oberen Mischelements
7.2 Querstreben des oberen Mischelements
7.3 Stege des oberen Misch elements
7.4 Hülse des unteren Mischelements
7.5 Querstreben des unteren Mischelements
7.6 Stege des unteren Mischelements
7.7 Öffnungswinkel O
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt eines statischen Mischer bestehend aus zwei erfindungsgemäßen statischen Mischelementen mit einem Öffnungswinkel O größer 90°; es sind:
8.1 Hülse des oberen Mischelements
8.2 Querstreben des oberen Mischelements
8.3 Stege des oberen Mischelements
8.4 Hülse des unteren Mischelements
8.5 Querstreben des unteren Mischelements
8.6 Stege des unteren Mischelements
8.7 Öffnungswinkel O
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt eines statischen Mischer bestehend aus zwei erfindungsgemäßen statischen Mischelementen mit einem Öffnungswinkel O kleiner 90°; es sind:
9.1 Hülse des oberen Mischelements
9.2 Querstreben des oberen Mischelements
9.3 Stege des oberen Mischelements
9.4 Hülse des unteren Mischelements 9.5 Querstreben des unteren Mischelements
9.6 Stege des unteren Mischelements
9.7 Öffnungswinkel O
Fig.10 zeigt links einen Längsschnitt durch einen herkömmlichen statischen Mischer und rechts einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen statischen Mischer mit verringerter Bauhöhe. Die um etwa 23 % verminderte Bauhöhe des erfindungsgemäßen statischen Mischers gegenüber der Bauhöhe des statischen Mischers aus dem Stand der Technik ist gut zu erkennen. Auch ist gut zu erkennen, dass eines der beiden Mischelemente gegenüber dem anderen Mischelement um seine zur Hauptströmungsrichtung senkrechte und parallel zu den Querstreben liegende Achse um 180° gedreht ist, so dass die Querstrebenseiten dieser Mischelemente, die den Stegen des jeweiligen Mischelements abgewandt sind, unmittelbar aufeinander liegen und sich vollflächig berühren.
Fig. 11 zeigt eine Vollansicht eines erfindungsgemäßen statischen Mischers.

Claims

Patentansprüche
1. Mischelement, das mindestens eine Querstrebe aufweist, von der rechtwinklig zur längsten Ausdehnung der Querstrebe mindestens drei Stege ausgehen, wobei von diesen mindestens drei Stegen bezüglich der längsten Ausdehnung der Querstrebe mindestens ein Steg alternierend gegenüber mindestens zwei Stegen liegt und die auf gegenüber liegenden Seiten der Querstrebe liegenden Stege einen Öffnungswinkel O von 60° bis 120° einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Querstrebe (dQ) an ihrer dicksten Stelle maximal 0,9 bis 1,1 mal der Dicke der Stege (dS) multipliziert mit dem Cosinus des halben Öffnungswinkels O dividiert durch den Sinus des vollen Öffnungswinkels O entspricht.
2. Mischelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf gegenüber liegenden Seiten der Querstrebe liegenden Stege einen Öffnungswinkel O von 75° bis 105°, besonders bevorzugt von 85° bis 95°, insbesondere von 90° einschließen.
3. Mischelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Querstrebe (dQ) an ihrer dicksten Stelle 0,95 bis 1,05 mal der Dicke der Stege (dS) multipliziert mit dem Cosinus des halben Öffnungswinkels O dividiert durch den Sinus des vollen Öffnungswinkels O entspricht, also dQ = (1 +/- 0,05) * dS * cos (0,5 * O) / sin O, ganz besonders bevorzugt 0,98 bis 1,02 der Dicke der Stege (dS) multipliziert mit dem Cosinus des halben Öffnungswinkels O dividiert durch den Sinus des vollen Öffnungswinkels O, also dQ = (1 +/- 0,02) * dS * cos (0,5 * O) / sin O, insbesondere ist die Dicke der Querstrebe dQ = dS * cos (0,5 * O) / sin O.
4. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Hauptströmungsrichtung die Breite der Öffnung zwischen zwei benachbarten Stegen, die auf der gleichen Seite der Querstrebe liegen, von der sie abgehen, größer ist als die Breite eines Steges.
5. Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Hülse aufweist.
6. Statischer Mischer, umfassend mindestens zwei Mischelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 5. 7. Statischer Mischer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unmittelbar benachbart sind. Statischer Mischer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ausschließlich aus Mischelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufgebaut ist.
Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mischelement, bevorzugt alle Mischelemente eine Hülse aufweisen.
Verfahren zum Mischen von Fluiden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eingesetzt wird.
Verfahren zum Mischen von Fluiden, dadurch gekennzeichnet, dass ein statischer Mischer nach einem der Ansprüche 6 bis 9 eingesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung von Polymeren oder Polymergemischen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eingesetzt wird.
13. Verfahren zur Herstellung von Polymeren oder Polymergemischen, dadurch gekennzeichnet, dass ein statischer Mischer nach einem der Ansprüche 6 bis 9 eingesetzt wird.
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