CH616088A5

CH616088A5 -

Info

Publication number: CH616088A5
Application number: CH603976A
Authority: CH
Inventors: Dieter Brauner; Guenter Imhaeuser; Hans Kaluza; Edgar Muschelknautz
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1975-05-17
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1980-03-14
Also published as: US4220416A; BE841913A; DK151209B; DE2522106A1; DK151209C; DE2522106B2; ES447948A1; FR2311578B1; IT1061044B; NL7605209A; AT343614B; JPS5537941B2; ATA354876A; GB1538170A; DD125470A5; JPS51140265A; DK213676A; BR7603066A; DE2522106C3; NL169418B

Description

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen fliessfähiger Stoffe, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Mischeinsatz, der aus in zwei sich schneidenden, schräg zur Gehäusewandung ausgerichteten Ebenen angeordneten Stegen besteht, wobei sich jeweils zwischen zwei Stegen ein Durchströmschlitz befindet.

Vorrichtungen zum statischen Mischen, z. B. zum Zwecke des Homogenisierens, des Wärmeaustausches oder zum Einleiten von Reaktionen, finden immer mehr Anwendung, insbesondere wenn es gilt, in kontinuierlichen Verfahrensabläufen an bestimmten Stellen Misch- oder Reaktionsstufen einzuschalten. Ein besonderer Vorteil ist, dass statische Mischeinrichtungen keine drehenden Teile besitzen und demzufolge keine Schwierigkeiten bezüglich der Abdichtungen von Lagern und Wellen vorhanden sind.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art besteht beispielsweise aus einem rohrartigen Gehäuse, in dem blattartige gekrümmte Einsätze angeordnet sind, die das strömende Produkt abwechselnd nach rechts und links umlenken. Die blattartigen Einsätze sind dabei zueinander winkelversetzt angeordnet. Dadurch wird das ankommende Produkt durch jeden Einsatz in neue Teilströme aufgeteilt, so dass ein sehr guter Mischeffekt bei geringstem Druckverlust erreicht wird. Von Nachteil ist bei dieser Vorrichtung die grosse Baulänge.

Es sind deshalb auch schon Vorrichtungen entwickelt worden, deren Baulänge etwa nur ein Fünfte] bis ein Zehntel der vorstehend erwähnten Vorrichtung beträgt. Diese kompakten Vorrichtungen haben jedoch einen recht hohen Druckverlust. Ihrer Verwendung sind keine bautechnischen Grenzen gesetzt, so dass sie gern verwendet werden, um zu einer kompakteren Bauweise von Anlagen zu gelangen. Bezogen auf die Baulänge haben diese kurz bauenden Mischvorrichtungen einen vielfach höheren Mischeffekt als die lang bauenden.

Eine solche kompakte Mischvorrichtung besteht z. B. aus einander durchgreifenden kammartigen Plattenpaaren, so dass im Rohr ein schräg zur Strömungsrichtung angeordnetes System sich kreuzender Stege gebildet ist. Diese Ausführungsform gewährleistet bei geringer Baulänge und nicht zu hohem Druckverlust eine gute Homogenisierung. Bei manchen Mischproblemen, insbesondere wenn es sich um reaktive Komponenten handelt oder wenn die Möglichkeit einer Ablagerung besteht, können die an der Rohrwandung anliegenden Stegverbindungen störend wirken. Die einzelnen Mischeinsätze sind dabei aus zwei Einzelstücken in Form von kammartigen Platten zusammengesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen von kurzer Baulänge und geringem Druckverlust zu schaffen, die einen guten Homogenisierungseffekt auch in den Randzonen, d. h. an der Rohrwandung, gewährleistet. Ausserdem soll sich die Vorrichtung durch leichte Herstellbarkeit auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Stege der beiden Ebenen an einem gemeinsamen, senkrecht zur Längsachse der Stege verlaufenden, sich quer durch das Gehäuse erstreckenden Verbindungssteg angeordnet sind, mit dem sie ein einziges Stück bilden, und dass die Durchströmschlitze bis an die Gehäusewandung reichen.

Dadurch wird erreicht, dass die Enden der einzelnen Stege im Bereich der Gehäusewandung von Querverbindungen frei sind, so dass auch in diesem Bereich eine ungestörte Strömung erzielt wird und sich keine Ablagerungen bilden können.

Die einzelnen Mischeinsätze lassen sich sehr vorteilhaft im Spritzgiessverfahren oder im Stanzverfahren herstellen. Bei Vorrichtungen mit grossem Gehäusedurchmesser kann auch die Vorfertigung der Stege und deren Verschweissen mit dem Verbindungssteg rentabel sein. Die Fertigung durch Stanzen ist besonders günstig, da aus einem vorgeformten Blech lediglich die Stege voneinander getrennt und abwechselnd nach rechts und links abgewinkelt zu werden brauchen. Dabei ergeben sich automatisch und ohne Materialverlust die Durchströmschlitze. Die Befestigung eines solchen Mischeinsatzes im Gehäuse erfolgt durch Einschrumpfen, Einklemmen, vorzugsweise jedoch durch Anschweissen bzw. Anlöten. Auch eine Verschraubung oder Vernietung mit der Gehäusewandung ist möglich.

Die beiden Ebenen, in denen die Stege angeordnet sind, schliessen vorzugsweise einen Winkel von 90° ein und bilden

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somit Winkel von 45° mit der Gehäusewandung. Durch Wahl anderer Winkeigrössen, beispielsweise zwischen 30 und 60° zur Gehäusewandung, lassen sich strömungstechnische Nuancen bewirken. Der Verbindungssteg verläuft vorzugsweise senkrecht durch die Mittelachse des Gehäuses. Aber auch eine exzentrische Anordnung ist möglich, um beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit über den Gehäusequerschnitt zu beeinflussen. Die Stege selbst haben vorzugsweise gleiche Breite, können aber auch unterschiedlich breit sein bzw. konisch gestaltet sein. Auch in sich verwundene Stege zeigen besondere Mischeffekte.

Bei der Anordnung mehrerer Mischeinsätze hintereinander sind die Verbindungsstege vorzugsweise gleichzeitig als Distanzstücke ausgebildet. Zu diesem Zweck ist entweder der Verbindungssteg entsprechend breit oder er besitzt Zapfen, die an dem Verbindungssteg des davor angeordneten Mischeinsatzes in eventuell vorhandene Klemmnuten oder Klemmlöcher eingreifen. Die Wahl einer bestimmten Distanz zweier Mischeinsätze kann von Einfluss sein auf den Druckverlust und den Mischeffekt in Abhängigkeit von der Viskosität und der Strömungsgeschwindigkeit der zu mischenden Stoffe.

Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungs-gemässen Vorrichtung sind zwei Mischeinsätze spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, wobei die Verbindungsstege zueinander weisen. Vorzugsweise bilden dabei die beiden Mischeinsätze mittels eines einzigen gemeinsamen Verbindungssteges ein einziges Stück. Diese in ihrer Gestalt «spanischen Reitern» ähnelnde Ausführungsform hat insbesondere bei gemeinsamen Verbindungsstegen den Vorteil geringeren Fertigungsaufwandes und grösserer Stabilität.

Wie auch bei den bekannten statischen Mischeinrichtungen sind vorzugsweise mehrere Mischeinsätze hintereinander angeordnet, so dass das Mischeffekt verstärkt wird.

Nach einer besonderen Ausführungsform sind mehrere Mischeinsätze mit ihren Stegen und Durchströmschlitzen ineinandergreifend angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die Baulänge der Mischeinrichtung klein gehalten wird.

Nach einer weiteren besonderen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, dass jeweils mehrere Mischeinsätze als Pakete hintereinander angeordnet sind. Entsprechend der nun beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten einzelner Mischeinsätze lassen sich auch die Pakete zueinander winkelversetzt und/oder einander entgegengerichtet anordnen. Überhaupt besteht für den Konstrukteur eine Vielzahl von Möglichkeiten der Anordnung von Mischeinsätzen und/oder daraus gebildeten Paketen. Die Möglichkeiten sind um so grösser, je mehr Mischeinsätze und/oder Pakete verwendet werden.

Während das Herstellen von Paketen von Mischeinsätzen grösseren Durchmessers keine Schwierigkeiten bereitet, verteuert sich relativ gesehen die Herstellung von Paketen kleineren Durchmessers, etwa unterhalb 100 mm, insbesondere unterhalb 20 mm Durchmesser, wegen der einzuhaltenden Toleranzen erheblich.

Um rationell zu fertigen, stellt man deshalb im Rahmen der vorliegenden Erfindung die einzelnen Mischeinsätze mit grobem Übermass her, setzt sie zu Paketen zusammen, verbindet vorzugsweise die einzelnen Mischeinsätze miteinander, giesst diese Pakete mit einem Hilfswerkstoff, z. B. einem niedrig schmelzenden Metall oder Kunststoff oder löslichen Kunststoff, aus, spannt diese Pakete auf eine Drehbank und dreht sie auf den Innendurchmesser des Gehäuses, in das sie eingesetzt werden sollen, ab. Auf diese Weise wird das Paket für das Überdrehen stabilisiert. Das Ausschmelzen des Hilfswerkstoffes kann vor oder nach dem Einsetzen des Paketes in das Gehäuse erfolgen. Bei geringen Durchmessern liessen sich die einzelnen Mischeinsätze nur mit grossem Aufwand so genau fertigen wie mit dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren.

In einer Zeichnung ist die erfindungsgemässe Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Mischeinsatzes in der Seitenansicht,

Fig. 2 den Mischeinsatz gemäss Fig. 1 in der Seitenansicht, um 90° gedreht,

Fig. 3 den gleichen Mischeinsatz in der Draufsicht, Fig. 4 paketweise Anordnung von Mischeinsätzen nach Fig. 1 bis 3, in einem rohrartigen Gehäuse,

Fig. 5 eine andere Anordnung der Mischeinsätze im Gehäuse,

Fig. 6 eine weitere Variante der Anordnung von Mischeinsätzen im Gehäuse,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Mischeinsatzes in der Seitenansicht,

Fig. 8 den Mischeinsatz gemäss Fig. 7 in der Seitenansicht, um 90° gedreht,

Fig. 9 den gleichen Mischeinsatz in der Draufsicht, Fig. 10 paketweise Anordnung von Mischeinsätzen nach Fig. 7 bis 9 in einem rohrartigen Gehäuse,

Fig. 11 die Anordnung nach Fig. 10, um 90° gedreht. In Fig. 1 bis 3 besteht der Mischeinsatz 1 aus einem Verbindungssteg 2 mit Distanzstücken 3, an dem in zwei Ebenen 4, 5 Stege 6 mit dazwischen vorgesehenen Durchströmschlitzen 7 angeordnet sind. Der Mischeinsatz 1 ist hergestellt aus einem halbelliptisch zugeschnittenen Stück Blech, das unter eine Stanze gelegt wurde, um die einzelnen Stege durch Längsschnitte voneinander zu trennen. Bezogen auf den verbleibenden Verbindungssteg wurden dabei gleichzeitig oder anschliessend die benachbarten Stege jeweils nach rechts oder links unter 45° abgewinkelt, so dass sie in zwei Ebenen zu liegen kamen, die miteinander einen Winkel von 90° einschliessen.

Gemäss Fig. 4 sind mehrere solcher Mischeinsätze 1 als Pakete 8, 9 in einem rohrartigen Gehäuse 10 kreisförmigen Querschnitts angeordnet, wobei das Paket 9 um 90° zu dem Paket 8 versetzt angeordnet und gleichzeitig gegensinnig in der Strömungsrichtung liegt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind jeweils zwei Mischeinsätze 1' in einem Gehäuse 10' gegensinnig und mit ihren Stegen einander durchgreifend angeordnet.

Fig. 6 zeigt in einem Gehäuse 10" mehrere Mischeinsätze 1", die um 90° versetzt bzw. zueinander gegensinnig angeordnet sind.

Der Mischeinsatz 11 gemäss Fig. 7 bis 9 zeigt im Prinzip zwei gegensinnig angeordnete und durch einen gemeinsamen Verbindungssteg 12 vereinigte Mischeinsätze nach Fig. 1 bis 3. Am Verbindungssteg 12 sind in vier Ebenen 14, 14', 15, 15' die Stege 16 angeordnet, zwischen denen sich jeweils Durchströmschlitze 17 befinden. Die Herstellung erfolgt aus einem elliptischen Blechzuschnitt in der zu Fig. 1 bis 3 beschriebenen Weise. Die Ebenen 14, 14' bzw. 15, 15' sind parallel versetzt, da sie jeweils von der Vorder- bzw. Hinterkante des Verbindungssteges 12 in entgegengesetzter Richtung verlaufen.

In Fig. 10 und 11 sind Mischeinsätze 12 gemäss Fig. 7 bis 9 als Pakete 18, 19 in einem Gehäuse 20 angeordnet, wobei die einzelnen Mischeinsätze 12 jedes Paketes 18, 19 mit ihren Stegen 16 und Durchströmschlitzen 17 einander durchgreifen.

Beispiel 1

Einem Produktstrom der Zähigkeit von 12 Poise und der Dichte von 1,0 g/cm3 soll bei einem Durchsatz von 175 kg/h 3 Gew. % eines niedrigviskosen Zusatzes von 0,1 Poise beigemischt werden. Es wird gefordert, dass die Standardabweichung der Messproben, deren Volumen jeweils 2,0 mm3 beträgt und die hinter dem Mischer entnommen werden, 1 %

nicht überschreitet. Als maximal zulässiger Druckverlust sind 3 bar veranschlagt.

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Es wurde folgende Mischvorrichtung entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 10 und 11 ausgewählt:

Innendurchmesser des Gehäuses 30 mm; Breite der Stege und Durchströmschlitze jeweils 2 mm. Der zwischen Stegen und Gehäusewandung eingeschlossene Winkel betrug 45°.

Es wurden 9 Pakete mit je 7 Mischeinsätzen verwendet; die Pakete waren jeweils um 90° zueinander versetzt. Die Länge der Mischvorrichtung betrug 540 mm. Es wurde ein Druckverlust von ca. 1,3 bar gemessen.

Beispiel 2

Die Baulänge der Mischvorrichtung lässt sich noch verkürzen, wenn keine ausgesprochene Mischaufgabe vorliegt. Will man beispielsweise eine Kunststoffschmelze der Viskosität von 1100 Poise und einer Dichte von 1,05 g/cm3 bei einer Tempe4

ratur von 250° C und einem Durchsatz von 48 kg/h bezüglich Verweilzeit und Temperaturverteilung vergleichmässigen, so entspricht dies der Zumischung von etwa 10 Gew.% einer annähernd gleichviskosen Komponente.

s Die Standardabweichung der Messproben, deren Volumen jeweils 2,0 mm3 ausmacht, darf etwa 5 % betragen. Wenn der Druckverlust zwischen 10 und 20 bar betragen darf, eignet sich eine Mischvorrichtung mit Mischeinsätzen gemäss Fig. 7 bis 9 mit folgenden Abmessungen:

io Innendurchmesser des Gehäuses 30 mm, Breite der Stege/ Durchströmschlitze jeweils 2 mm. Der zwischen Gehäusewandung und Stegen eingeschlossene Winkel beträgt 45°. Es wurden 8 Pakete mit je 4 Mischeinsätzen verwendet. Die Mischerlänge beträgt 240 mm. Es wurde ein Druckverlust von 15 etwa 15 bar gemessen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zum kontinuierlichen statischen Mischen fliessfähiger Stoffe, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Mischeinsatz, der aus in zwei sich schneidenden, schräg zur Gehäusewandung ausgerichteten Ebenen angeordneten Stegen besteht, wobei sich jeweils zwischen zwei Stegen ein Durchströmschlitz befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (6, 16) der beiden Ebenen (4, 5, 14, 15) an einem gemeinsam, senkrecht zur Längsachse der Stege (6, 16) verlaufenden, sich quer durch das Gehäuse (10, 20) erstreckenden Verbindungssteg (2, 12) angeordnet sind, mit dem sie ein einziges Stück bilden, und dass die Durchströmschlitze (7, 17) bis an die Wandung des Gehäuses (10, 20) reichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Mischeinsätze (1) spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Verbindungsstege (2) zueinander weisen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mischeinsätze (1) mittels eines einzigen gemeinsamen Verbindungssteges (12) ein einziges Stück (11) bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mischeinsätze (1,11) hintereinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mischeinsätze (1, 11) mit ihren Stegen (6, 16) und Durchströmschlitzen (7,17) einander durchgreifend angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinsätze (1, 11) zueinander winkelversetzt angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere Mischeinsätze (1,11) als Pakete (8, 9, 18, 19) hintereinander angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pakete (8, 9, 18, 19) zueinander winkelversetzt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Pakete (8, 9, 18, 19) einander entgegengerichtet angeordnet sind.

10. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blechzuschnitt für den Mischeinsatz hergestellt wird, die einzelnen Stege voneinander getrennt und, bezogen auf den Verbindungssteg, unter einem vorbestimmten Winkel abwechselnd nach der einen und der anderen Seite abgebogen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mit Übermass gefertigte Mischeinsätze zu einem Paket zusammengesetzt werden und das gebildete Paket mit einem niedrigschmelzenden oder löslichen Hilfswerkstoff ausgegossen, anschliessend auf das gewünschte Aussenmass bearbeitet und im Gehäuse fixiert wird und dass der Hilfswerkstoff entfernt wird.