Statischer Mischer

Abstract

 Es wird ein statischer Mischer beschrieben, bestehend wenigstens aus einem Mischereinsatz (2), gegebenenfalls einem Auflager (3) und gegebenenfalls einem Niederhalter (4), mit einem umschließenden Gehäuse (1), wobei der Mischereinsatz (2) aus einer Vielzahl von ineinander verschachtelten Gittern von zueinander parallelen, in übereinander liegenden Lagen (5a, 5b) angeordneten Stegen (2a, 2b, 2c; 12a, 12b, 12c) zusammengesetzt ist und wobei die Gitter gegeneinander um einen Winkel α um die Hauptströmungsrichtung durch den Mischer verdreht angeordnet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer, bestehend wenigstens aus einem Mischereinsatz, gegebenenfalls einem Auflager und gegebenenfalls einem Niederhalter, mit einem umschließenden Gehäuse, wobei der Mischereinsatz aus einer Vielzahl von ineinander verschachtelten Gittern von zueinander parallelen, in übereinander liegenden Lagen angeordneten Stegen zusammengesetzt ist und wobei die Gitter gegeneinander um einen Winkel α um die Hauptströmungsrichtung durch den Mischer verdreht angeordnet sind.

[0002] Zum Mischen von insbesondere hochviskosen Flüssigkeiten werden vielfach statische Mischer eingesetzt. Eine Pumpe drückt die Flüssigkeit dabei durch ein mit statischen Mischereinbauten versehenes Rohr, wobei die der Hauptströmungsachse folgende Flüssigkeit in Teilströme aufgeteilt wird, die je nach Art der Einbauten miteinander verwirbelt und vermischt werden.

[0003] Beispielhaft für statische Mischer seien die zwei folgenden Vorrichtungen genannt:

[0004] Bei den sogenannten Kenics-Mischern (siehe "Mischen beim Herstellen und Verarbeiten von Kunststoffen", Herausgeber VDI Ges. Kunststofftechnik, VDI-Verlag 1986, S. 238-241) wird die Flüssigkeitsströmung des Mischgutes durch ein in ein Rohr eingebautes Trennblech in Teilströme geteilt. Dieses Trennblech ist um die Rohrachse tordiert. In jedem der Teilströme entsteht eine wirbelförmige Strömung, die zur Umverteilung der Flüssigkeit im Querschnitt des Rohres führt. Üblicherweise werden mehrere solcher Mischelemente hintereinander angeordnet, um die Flüssigkeit immer wieder neu zu teilen und ein hinreichendes Mischerergebnis zu erzielen. Eine befriedigende Mischung wird typischerweise erst nach 10 bis 12 Mischelementen erreicht.

[0005] Die weiter bekannten sogenannten SMX-Mischer (vgl. Patentschrift US 40 62 524) bestehen aus zwei oder mehr zueinander senkrecht stehenden Gittern von parallelen Blechstreifen, die an ihren Kreuzungspunkten miteinander verschweißt sind und in einem Winkel gegen die Hauptströmungsrichtung des Mischgutes angestellt sind, um die Flüssigkeit in Teilströme zu teilen und zu mischen. Der Herstellungsaufwand für diese Mischer ist wegen der vielen zu tätigenden Schweißverbindungen sehr hoch. Ein einzelnes Mischelement ist als Mischer ungeeignet, da eine Durchmischung nur entlang einer Vorzugsrichtung quer zur Hauptströmungsrichtung erfolgt. Deshalb müssen mehrere Mischelemente, die zueinander um 90° verdreht sind, hintereinander angeordnet werden. Eine gute Durchmischung erfordert typischerweise 5 bis 6 hintereinander angeordnete Mischerelemente.

[0006] Dies lässt sich wie folgt erklären: Ein SMX-Mischer weist nur zwei gegeneinander um 180° verdrehte Gitter paralleler Stege auf. Diese Gitter bestehen aus Lagen äquidistanter Stege. Benachbarte Lagen sind zueinander fluchtend angeordnet. Jede Lage stellt eine Symmetrieebene dar, die bei der Mischung nicht überquert wird.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, einen statischen Mischer bereit zu stellen, der die Mischwirkung der bekannten Mischer, insbesondere des SMX-Mischers, übertrifft und mit einem minimalen Fertigungsaufwand herzustellen ist.

[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen statischen Mischer bestehend wenigstens aus einem Gehäuse mit gegebenenfalls einem Auflager und eventuell einem Niederhalter und mit einem Mischereinsatz bestehend aus mindestens drei gegeneinander um die Strömungsrichtung verdrehten Gittern paralleler Stege, die zur Strömungsrichtung angestellt sind.

[0009] Gegenstand der Erfindung ist ein Statischer Mischer bestehend wenigstens aus einem Mischereinsatz, gegebenenfalls einem Auflager und gegebenenfalls einem Niederhalter, mit einem umschließenden Gehäuse, wobei der Mischereinsatz aus mindestens drei ineinander verschachtelten Gittern von zueinander parallelen, in übereinander liegenden Lagen angeordneten Stegen zusammengesetzt ist und wobei die Gitter gegeneinander um einen Winkel α um die Hauptströmungsrichtung durch den Mischer verdreht angeordnet sind.

[0010] Bei dieser Konstruktion können die Stege eines Gitters durch die Stege der anderen Gitter in ihrer Position gehalten werden ohne dass sie miteinander verbunden werden müssen. Deshalb ist kein zusätzlicher Aufwand für das Zusammenschweißen der Stege bei dieser Konstruktionsweise erforderlich.

[0011] Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung gibt es keine Spiegelsymmetrieebene, so dass die Mischwirkung biaxial erfolgt.

[0012] Eine bevorzugte Ausführung des statischen Mischers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stege zur Hauptströmungsrichtung durch den Mischer um einen Winkel β bevorzugt von 30 bis 60°, angestellt sind.

[0013] In einer bevorzugten Variante des statischen Mischers sind die Stege eines Gitters durch die Stege der anderen Gitter, das Gehäuse sowie bei den endständigen Stegen durch das Auflager und/oder den Niederhalter in ihrer Position fixiert.

[0014] Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Gitter des Mischereinsatzes des statischen Mischers drei oder vier.

[0015] Insbesondere bevorzugt ist der statische Mischer rotationssymmetrisch entsprechend der Anzahl der Gitter aufgebaut.

[0016] Eine bevorzugte Ausführung des statischen Mischers ist dadurch gekennzeichnet, dass drei Gitter mit parallelen Stegen aus parallelen Lagen von Stegen aufgebaut sind, wobei jeweils benachbarte Lagen zueinander auf Lücke sitzen.

[0017] Eine andere bevorzugte Ausführung des statischen Mischers ist dadurch gekennzeichnet, dass vier Gitter mit parallelen Stegen aus parallelen Lagen von Stegen aufgebaut sind, wobei benachbarte Lagen miteinander fluchten.

[0018] In einer weiteren bevorzugten Form des statischen Mischers sind benachbarte Gitterebenen eines Gitters gegeneinander versetzt angeordnet und die Anzahl der Gitter beträgt vier.

[0019] Wenn der statische Mischer auch als Wärmetauscher verwendet werden soll, können die Stege als Hohlstege ausgebildet werden, die in der Gehäusewand münden, wobei die Gehäusewand eine in mehrere Kammern geteilte Ummantelung mit Zuführungen und Ableitungen für ein Wärmeträgermedium aufweist.

[0020] Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen statischen Mischers zur Mischung von hochviskosem Mischgut, insbesondere von Polymerschmelzen oder Polymerlösungen mit Zusatzstoffen, anderen Polymeren, Farbstoffen, Pigmenten oder Stabilisierungsmitteln.

[0021] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, weiter erläutert.

[0022] Es zeigen:

Figur 1a

einen erfindungsgemäßen Mischer in einer perspektivischen Ansicht, dabei ist das Gehäuse geschnitten dargestellt.

Figur 1b

den Mischer aus Figur 1a in der Draufsicht

Figur 2

das Gehäuse des Mischers aus Figur 1 im Längsschnitt

Figur 3

die Anordnung der Stege innerhalb des Mischers aus Figur 1a in perspektivischer Ansicht

Figur 4

die Anordnung der Stege innerhalb des Mischers aus Figur la bei Blickrichtung entlang der Stege

Figur 5

eine Anordnung von Stegen für einen Mischer mit einem quadratischen Querschnitt und mit vierzähliger Rotationssymmetrie

Figur 6

die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Mischers in der Funktion als Wärmetauscher

Figur 7

den Querschnitt durch den Mischer/Wärmetauscher aus Fig. 6

Figur 8

den Längsschnitt durch den Mischer/Wärmetauscher aus Fig. 6

Figur 9

den Mischereinsatz im Mischer/Wärmetauscher aus Fig. 6

Figur 10

einen alternativen Mischereinsatz mit vier Gittern

Beispiele:

Beispiel 1

[0023] In Figur 1a ist ein erfindungsgemäßer statischer Mischer in einer perspektivischen Ansicht dargestellt; dabei ist das Gehäuse 1 aufgeschnitten dargestellt.

[0024] In der Draufsicht auf den Mischer gemäß Figur 1b ist zu erkennen, dass der Mischer dreifach rotationssymmetrisch um die Strömungsmischung aufgebaut ist.

[0025] Im Längsschnitt des Gehäuses 1 in Figur 2 ist die Anordnung des Auflagers 3 und des Niederhalters 4 zu erkennen.

[0026] In der Darstellung des bloßen Mischereinsatzes nach Figur 3 ist zu erkennen, dass die drei ineinander verschachtelten Gitter mit parallelen Stegen aus parallelen Lagen 5a, 5b von Stegen 2a, 2b, 2c; 6a, 6b, 6c; 7a, 7b, 7c aufgebaut sind, wobei benachbarte Lagen 5a (mit den Stegen 2a, 2b, 2c) und 5b (mit den Stegen 12a, 12b, 12c) zueinander auf Lücke sitzen.

[0027] Figur 4 zeigt einen Blick entlang der Stege eines Gitters. Es ist zu erkennen, dass die Stege 2a, 2b, 2c durch die Stege 6a, 6b, 6c bzw. 7a, 7b, 7c der anderen Gitter in ihrer Lage fixiert sind. Nur in der obersten und untersten Lage werden Stege zusätzlich durch das Auflager 3 bzw. den Niederhalter 4 (in Fig. 4 nicht gezeichnet) fixiert.

Beispiel 2

[0028] Figur 5 zeigt eine Anordnung von Stegen für einen Mischereinsatz mit einem quadratischen Querschnitt und mit vierzähliger Rotationssymmetrie der Stege zueinander. Dieser Mischereinsatz erfordert ein Gehäuse 1 mit quadratischem Querschnitt.

Beispiel 3

[0029] Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen einen Mischer/Wärmetauscher bestehend aus einem Außengehäuse 10 und einem Innengehäuse 1, mit Stutzen 13 für die Produktzufuhr und Stutzen 14 für die Produktabfuhr, sowie einer Zuleitung 11 und einer Ableitung 12 für ein Temperiermedium. Wände zwischen Außengehäuse 10 und Innengehäuse 1 teilen den Zwischenraum in zwei Kammern 15 und 16 für die Zu- und Ableitung des Wärmeträgermediums. Figur 9 zeigt die Anordnung der als Rohre ausgebildeten Stege 17 im Inneren des Mischer/Wärmetauschers. Sie ist gekennzeichnet durch vier Gitter mit parallelen Stegen, die gegeneinander um 90° bezüglich der Strömungsrichtung verdreht angeordnet sind.

[0030] Eine besonders enge Rohranordnung wird dadurch erreicht, dass benachbarte Gitterebenen eines Gitters gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Beispiel 4

[0031] Figur 10 zeigt eine alternative Anordnung der Hohlstege des Mischereinsatzes für einen Mischer/Wärmetauscher wie in Beispiel 4 dargestellt. Benachbarte Gitterebenen fluchten miteinander, die Anzahl der Gitter beträgt vier.

[0032] Solch ein Mischer/Wärmetauscher ist besonders für 2-phasige Strömungen geeignet. Da der Abstand der Rohre quer zur Strömungsrichtung groß ist gegenüber dem Abstand in Hauptströmungsrichtung, ergeben sich große Strömungskanäle für das Produkt. Durch die Anordnung der Rohre ergibt sich in diesen Strömungskanälen eine Drallströmung mit Trennung in eine Gasströmung im Kanalinneren und eine Flüssigkeitsströmung an der Außenseite des Kanals. Dadurch kann der Druckverlust beim Durchströmen eines solchen Mischer/Wärmetauschers klein gehalten werden.

Ansprüche

1. Statischer Mischer bestehend wenigstens aus einem Mischereinsatz (2), gegebenenfalls einem Auflager (3) und gegebenenfalls einem Niederhalter (4), mit einem umschließenden Gehäuse (1), wobei der Mischereinsatz (2) aus mindestens drei ineinander verschachtelten Gittern von zueinander parallelen, in übereinander liegenden Lagen (5a, 5b) angeordneten Stegen (2a, 2b, 2c; 12a, 12b, 12c) zusammengesetzt ist und wobei die Gitter gegeneinander um einen Winkel α um die Hauptströmungsrichtung durch den Mischer verdreht angeordnet sind.

2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2a, 2b, 2c; 12a, 12b, 12c) zur Hauptströmungsrichtung durch den Mischer um einen Winkel β angestellt sind.

3. Statischer Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel β von 30 bis 60° beträgt.

4. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2a, 2b, 2c; 12a, 12b, 12c) eines Gitters durch die Stege (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) der anderen Gitter, das Gehäuse (1) sowie bei den endständigen Stegen (2a, 2b, 2c) durch das Auflager (3) und/oder den Niederhalter (4) in ihrer Position fixiert sind.

5. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gitter drei beträgt.

6. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gitter vier beträgt.

7. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer rotationssymmetrisch entsprechend der Anzahl der Gitter aufgebaut ist.

8. Statischer Mischer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Gitter mit parallelen Stegen (2a, 2b, 2c; 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) aus parallelen Lagen von Stegen (2a, 2b, 2c; 12a, 12b, 12c) aufgebaut sind, wobei jeweils benachbarte Lagen zueinander auf Lücke sitzen.

9. Statischer Mischer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Gitter mit parallelen Stegen aus parallelen Lagen von Stegen aufgebaut sind, wobei benachbarte Lagen miteinander fluchten.

10. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2a, 2b, 2c; 12a, 12b, 12c) als Hohlstege ausgebildet sind und in der Gehäusewand münden, wobei die Gehäusewand eine in mehrere Kammern geteilte Ummantelung mit Zuführungen und Ableitungen für ein Wärmeträgermedium aufweist.

11. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Gitterebenen eines Gitters gegeneinander versetzt angeordnet sind und die Anzahl der Gitter vier beträgt.

12. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Gitterebenen eines Gitters miteinander fluchtend angeordnet sind und die Anzahl der Gitter vier beträgt.

13. Verwendung des statischen Mischers nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Mischung von hochviskosem Mischgut, insbesondere von Polymerschmelzen oder Polymerlösungen mit Zusatzstoffen, anderen Polymeren, Farbstoffen, Pigmenten oder Stabilisierungsmitteln .

Zeichnung