[0001] Die Erfindung betrifft eine statische Mischvorrichtung zur Invertierung von fliessfähigen Stoffen, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bestehend aus einem rohrartigen Gehäuse mit einem darin angeordneten wendelförmigen Mischeinsatz und mindestens zwei danach angeordneten als Platten ausgebildeten Mischeinsätzen. Die Wendel weisen um die Längsachse einen Verdrehwinkel (beta ) im Bereich zwischen 210 deg. und 360 deg. auf. Die jeweilige Platte deckt an mindestens einer Stelle in Längsrichtung des rohrartigen Gehäuses (1) dessen Querschnitt teilweise ab und ist in einem Winkel von höchstens 80 deg. zur Längsachse des rohrartigen Gehäuses an diesem befestigt. Die Mischeinsätze können im rohrartigen Gehäuse hintereinander positioniert werden, wobei sich die Mischeinsätze direkt berühren oder auch Abstände zwischen den Mischeinsätzen aufweisen können.
Bei langen, rohrartigen Gehäusen werden vorzugsweise mehrere Strömungsinverter mit Abstand eingebaut. Die zu mischenden, fliessfähigen Stoffe können flüssige, beispielsweise hochviskose Medien sein. Statische Mischvorrichtungen sind in vielen Ausführungen bekannt und in der Industrie verbreitet. Fast alle Ausführungen haben die Aufgabe, das Mischgut bei geringem Energieeintrag und kurzer Einbaulänge homogen zu vermischen. Lange, rohrartige Gehäuse erzeugen bei hochviskosen Flüssigkeiten eine parabelförmige Strömung, die auch als laminare Leerrohrströmung bekannt ist. Diese Eigenschaft führt dazu, dass die Verweilzeit der Flüssigkeit, im rohrartigen Gehäuse sehr unterschiedlich wird. In vielen industriellen Anwendungen führen unterschiedliche Verweilzeiten zu unterschiedlichen und unerwünschten Produkteigenschaften der Flüssigkeit. Sie sind somit zu vermeiden.
Daher werden in vielen Fällen die rohrartigen Gehäuse mit statischen Mischern gefüllt, was zu ausgezeichneten Produkteigenschaften der Flüssigkeit, aber auch zu sehr hohen Druckverlusten führt. Der Einsatz von Leerrohren in verfahrenstechnischen Prozessen ist darum nicht zu vermeiden. Betrachtet man die laminare Strömung im Leerohr, so stellt man fest, dass in der Rohrmitte die Strömungsgeschwindigkeit sehr hoch ist und an der Rohrwand sehr gering. Setzt man in einem langen rohrartigen Gehäuse nun mit Abstand statische Mischvorrichtungen ein, die gezielt die Flüssigkeit von der Rohrwand in die Mitte führen, so gelingt es, die langsam strömende Flüssigkeit der schnell strömenden zuzuführen und somit die Verweilzeitunterschiede auszugleichen. Man spricht hier von einer gezielten Invertierung der Flüssigkeitsströmung, um ein enges Verweilzeitspektrum zu erzielen.
Als Strömungsinverter ist die Patentschrift EP 0 063 729 bekannt. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass der Druckverlust und die Fertigungskosten hoch sind. Zusätzlich weist der Inverter kritische Zonen auf, wo die Flüssigkeitspartikel sehr hohe Verweilzeiten aufweisen.
[0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statische Mischvorrichtung zur Invertierung von fliessfähigen Stoffen zu schaffen, welche bei geringem Druckverlust die Flüssigkeitspartikel am Rand des rohrartigen Gehäuses in die Mitte führt.
Ferner sollen Mischeinsätze geschaffen werden, welche einfach und kostengünstig gefertigt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beansprucht.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Raumdarstellung der statischen Mischvorrichtung zur Invertierung von fliessfähigen Stoffen und zwei danach angeordneten Platten in Form von beispielsweise gebogenen Platten.
[0003] Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeigt gemäss Fig. 1 ein rohrartiges Gehäuse (1) mit einem darin angeordneten wendelförmigen Mischeinsatz (2) und zwei danach angeordneten als Platten ausgebildeten Mischeinsätzen (3, 4), die an zwei Stellen des rohrartigen Gehäuses (1) dessen Querschnitt abdecken. Die Platten sind in einem Winkel (alpha ) von 50 deg. zur Längsachse am rohrartigen Gehäuse (1) befestigt.
Die Mischeinsätze sind im rohrartigen Gehäuse (1) hintereinander positioniert, wobei die zwei Mischeinsätze in Form von Platten (3, 4) einen geringen Abstand zum schraubenförmig gekrümmten, blattartigen Mischeinsatz (2) aufweisen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann mit dieser einfachen Geometrie besonders im laminaren Strömungsbereich hervorragend die Flüssigkeit von der Rohrwand in die Mitte führen und umgekehrt von der Mitte zur Rohrwand. So gelingt es bei geringem Druckverlust, langsam strömende Flüssigkeitsanteile den schneller strömenden Flüssigkeitsanteilen zuzuführen und zu vermischen und somit Verweilzeitunterschiede effizient auszugleichen. Die Invertierung der Flüssigkeitsströmung wurde mittels CFD-Berechnungen untersucht und optimiert.
Berechnungen und Versuche haben ergeben, dass die langsameren Randströmungen praktisch vollständig abgelöst werden können. Eine optimale Strömungsinvertierung kann bei grossen Strömungsbereichen, bei newtonschen oder strukturviskosen Flüssigkeiten über den Krümmungswinkel (beta ) und die Form der Platten (3, 4) eingestellt werden.
The invention relates to a static mixing device for inverting flowable materials, according to the preamble of claim 1, consisting of a tubular housing with a helical mixing insert disposed therein and at least two thereafter arranged as plates mixing inserts. The helixes have a twisting angle (beta) in the range between 210 ° about the longitudinal axis. and 360 deg. on. The respective plate covers at least one point in the longitudinal direction of the tubular housing (1) whose cross section partially and is at an angle of at most 80 °. attached to the longitudinal axis of the tubular housing at this. The mixing inserts can be positioned one behind the other in the tubular housing, wherein the mixing inserts can touch directly or can also have gaps between the mixing inserts.
For long, tubular housings preferably several flow inverters are installed at a distance. The flowable substances to be mixed can be liquid, for example, highly viscous media. Static mixing devices are known in many designs and are widely used in the industry. Almost all versions have the task of mixing the mix homogeneously with low energy input and short installation length. Long, tube-like housings produce a parabolic flow in highly viscous liquids, which is also known as laminar empty tube flow. This property causes the residence time of the liquid in the tubular housing to become very different. In many industrial applications, different residence times lead to different and undesirable product properties of the liquid. They are therefore to be avoided.
Therefore, in many cases, the tube-like housings are filled with static mixers, which leads to excellent product properties of the liquid, but also to very high pressure drops. The use of empty conduits in process engineering processes is therefore unavoidable. Looking at the laminar flow in the empty tube, it can be seen that the flow velocity in the center of the tube is very high and very low at the tube wall. If, in a long tubular housing, static mixing devices are now used at a distance, which specifically guide the liquid from the pipe wall to the center, it is possible to supply the slowly flowing liquid to the rapidly flowing one and thus to compensate for the residence time differences. This is called a deliberate inversion of the liquid flow in order to achieve a narrow residence time spectrum.
As a flow inverter, the patent EP 0 063 729 is known. In practice, however, it has been shown that the pressure loss and the manufacturing costs are high. In addition, the inverter has critical zones where the liquid particles have very high residence times.
The invention has for its object to provide a static mixing device for inverting flowable materials, which leads at low pressure loss, the liquid particles at the edge of the tubular housing in the middle.
Furthermore, mixing inserts are to be created, which can be manufactured easily and inexpensively.
The stated object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1.
In the dependent claims preferred embodiments of the invention are claimed.
Reference to the drawings, embodiments of the invention are explained in detail.
Show it:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a spatial representation of the static mixing device for inverting fluent materials and two plates arranged thereafter in the form of, for example, curved plates.
1, a tubular housing (1) arranged therein with a helical mixing insert (2) and two thereafter arranged as plates mixing inserts (3, 4) which at two points of the tubular housing (1). cover its cross section. The plates are at an angle (alpha) of 50 deg. attached to the longitudinal axis of the tubular housing (1).
The mixing inserts are positioned one behind the other in the tubular housing (1), the two mixing inserts in the form of plates (3, 4) being at a small distance from the helically curved, sheet-like mixing insert (2).
The device according to the invention can excellently convey the liquid from the tube wall into the middle with this simple geometry, particularly in the laminar flow region, and conversely from the middle to the tube wall. With low pressure loss, it is thus possible to supply slowly flowing liquid portions to the faster flowing liquid portions and to mix them, thus efficiently compensating for residence time differences. The inversion of the liquid flow was investigated and optimized by means of CFD calculations.
Calculations and experiments have shown that the slower edge currents can be almost completely removed. An optimal flow inversion can be adjusted for large flow areas, for Newtonian or pseudoplastic fluids over the bending angle (beta) and the shape of the plates (3, 4).