DD218989A3 - DEVICE FOR STATIC MIXING FLOW-PROOF MEDIA - Google Patents
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- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur Mischung, Kontaktierung und Homogenisierung von Komponentenstroemen in der chemischen Industrie, Lebensmittel- und Papierindustrie und anderen artverwandten Industriezweigen einsetzbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexibel einsetzbare, einfach herzustellende Vorrichtung zum Mischen, Kontaktierung und Emulgieren fliessfaehiger Medien in kanalartigen Gehaeusen zu schaffen, die unter Vermeidung von Totraeumen bereits nach kurzer Lauflaenge einen hohen Vermischungsgrad hervorruft. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass in dem kanalartigen Gehaeuse Mischeinrichtungen installiert sind, deren Grundscheiben im mittigen Bereich um eine oder mehrere Faltachsen, die zueinander stufenfoermig und parallel verlaufen, abgewinkelt sind, wobei die der Stroemung am weitesten entgegengesetzte Faltachse vorzugsweise ausserhalb der Kanalachse angeordnet ist. Aus den beiden peripheren Leitflaechen eines Mischelementes sind Teilflaechen an stufenfoermig und parallel verlaufenden Faltkanten abgewinkelt. Saemtliche von den Koerperflaechen eingeschlossenen Faltwinkel sind als Stufen- beziehungsweise Wechselwinkel ausgebildet. Fig. 5The invention relates to a device which can be used for mixing, contacting and homogenization of component flows in the chemical industry, food and paper industry and other related industries. The invention has for its object to provide a flexible usable, easy to produce device for mixing, contacting and emulsifying flowable media in channel-like housings, which causes a high degree of mixing while avoiding dead spaces already after a short run length. The object is achieved in that mixing devices are installed in the channel-like housing whose base disks are angled in the central region about one or more folding axes, which are stepped and parallel to each other, wherein the folding axis farthest opposite the flow is preferably arranged outside the channel axis , From the two peripheral guide surfaces of a mixing element Teilflaechen angled stepfoermig and parallel folding edges. All folding angles enclosed by the body surfaces are designed as stepped or alternating angles. Fig. 5
Description
a) Titel der Erfindung a) Title of the invention
,Vorrichtung zum statischen Mischen fließfähiger Medien, Device for static mixing of flowable media
b) Anwendungsgebiet der Erfindung b) Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zura statischen Mischen fließfähiger Medien beziehungsweise zur Eon-· taktierung und Homogenisierung von Komponentenströsen, die in der chemischen Industrie, Lebensmittel- und. Papierindustrie und anderen* artverwandten Industriezweigen einsetzbar ist.The invention relates to a device for the static mixing of flowable media or for the ionization and homogenization of component streams which are used in the chemical, food and beverage industries. Paper industry and other related industries.
c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen c) Characteristic of the known technical solutions
Bekannt sind Mischvorrichtungen unterschiedlichster Bauart, die in ihrer Wirkungsweise und dem Herstellungsaufwand erheblich voneinander abweichen können.Mixing devices of various types are known, which can differ considerably in their mode of operation and the production costs.
In der DE OS 2459 355 wird ein durch Faltung von Gründscheiben 3ίΓαΤ£ίμΓΪβΓΐβΓ Mischeinsatz offenbart, der aus einem flachen, rechteckigen Zentralteil und an diesem beidseitig angrenzenden Paaren winklig zueinander stehenden Lappen besteht. Diese sich selbst verblockenden Miseheinsätze sind in einer Leitung so angeordnet, daß der flache, rechteckige Zentralteil, welcher einen sogenannten Dr^ftraum definiert, parallel zur Leitungsachse verläuft. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß sich der Mischvorgang vorrangig auf Leitwirkungen gründet, während kleinräuniige ¥irbelgebiete fehlen. Schwierige Mischaufgaben dürften somitIn DE OS 2459 355, a folding insert 3 GrαΤ £ ίμΓΪβΓΐβΓ a mixing insert is disclosed which consists of a flat, rectangular central part and on this both sides adjacent pairs of mutually angled lobes. These self-locking Miseheinsätze are arranged in a line so that the flat, rectangular central part, which defines a so-called Drπftraum, parallel to the line axis. The disadvantage of this solution lies in the fact that the mixing process is based primarily on conductivities, while small-scale irrelevant areas are lacking. Difficult mixing tasks are likely
_ . β η Λ _ . β η Λ
problematisch sein, zumindest aber große Baulängen erfordern. .be problematic, but at least require large lengths. ,
Ein weiterer Mischeinsatz wird in dam DD AP 125 470 . dargestellt und zeigt winklig zueinander stehende beziehungsweise sich kreuzende.Stege, die mittels eines quer verlaufenden Zentralsteges gehalten werden. Diese Lösung bietet, da die einzelnen Mischelemente in der gezeigten Form über eine nur unzureichende Stabi-r lität verfugen, keine Gewähr für einen störungsfreien und zuverlässigen Einsatz. Die Veröffentlichungen der Herstellerfirma zum Sortiment an statischen Mischern weist Mischeinrichtungen entsprechend DD AP 125 470 aus, de^en einzelne Mischelemente an den Berührungsstellen miteinander verschweißt sind. Dadurch,wird der Fertigungsaufwand erheblich vergrößert» Ein weiterer Nachteil besteht im Fehlen von Leitwirkungen der Mischelemente. Der Mischaffekt wird überwiegend durch die an den Stegen verursachte ¥irbelbildung realisiert, was zusätzliche Druckverluste verursacht, die nicht an der Vermischung beteiligt sind.,Another mixing insert is in dam DD AP 125 470. shown and shows angle to each other standing or crossing .Stege, which are held by means of a transverse central web. This solution offers, as the individual mixing elements in the form shown insufficient in Stabi-r quality, no guarantee for a trouble-free and reliable use. The publications of the manufacturer to the range of static mixers has mixing devices according to DD AP 125 470, the individual mixing elements are welded together at the contact points. As a result, the production cost is considerably increased. "Another disadvantage is the absence of conductive effects of the mixing elements. The Mischaffekt is predominantly realized by the πbelbelbildung caused on the webs, which causes additional pressure losses, which are not involved in the mixing.,
d) Ziel der Erfindung νd ) Aim of the invention ν
Das Ziel der Erfindung liegt darin begründet, eine Vorrichtung zum statischen Mischen fließfälliger Medien zu schaffen, die sich durch eine einfache Bauart und geringen Druckverlust bei einem hohen Vermischungsgrad auszeichnet sowie durch hohe Variabilität an unterschiedlichste Mischprobleme anpaßbar ist.The object of the invention is to provide a device for static mixing of fluid media, which is characterized by a simple design and low pressure loss at a high degree of mixing and is adaptable to a wide variety of mixing problems by high variability.
e) Darlegung des ¥esens der Erfindung e) Presentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexibel einsetzbare Vorrichtung einfacher Bauart zum statischen Mischen, Kontaktieren beziehungsweise Emulgieren fließfähiger Medien in kanalartigen Gehäusen zu schaffen, die durch Überlagerung großräumiger Quer- und Drallströmungen und infolge von Perforation induzierterThe invention has for its object to provide a flexible device of simple design for static mixing, contacting or emulsifying flowable media in channel-like housings, which induced by superposition of large-scale transverse and swirl flows and as a result of perforation
kleinräimiger ¥irbelgebiete bereits nach kurzer Baulänge einen hohen Vermischungsgrad hervorruft und durch Vermeidung· von Toträumen ein verbessertes Verweilzeitverhalten aufweist.Even after a short length of small particle mist areas, it produces a high degree of mixing and, by avoiding dead spaces, has an improved residence time behavior.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch, gelöst, daß in dem kanalartigen Gehäuse Mischeinrichtungen installiert sind, deren Grundscheiben im mittigen Bereich um eine oder mehrere Faltachsen, die zueinander stufenförmig und parallel verlaufen, abgewinkelt sind, wobei die der Strömung aa weitesten entgegengerichtete Faltachse vorzugsweise außerhalb der Kanalachse angeordnet ist. Aus den beiden peripheren Leitflächen eines —· Mischelementes sind Teilflächen an stufenförmig und paThe object is achieved in that, are installed in the channel-like housing mixing devices, the base disks in the central region about one or more folding axes, which are stepped and parallel to each other, angled, wherein the flow aa farthest opposite folding axis preferably outside the channel axis is arranged. From the two peripheral guide surfaces of a mixing element, partial surfaces are step-shaped and pa
rallel verlaufenden Faltkanten abgewinkelt. Sämtliche von den Körperflächen eingeschlossenen Faltwinkel sind als Stufen- beziehungsweise ¥echselwinkel ausgebildet,Angled extending folding edges. All folding angles enclosed by the body surfaces are designed as step or angle angles,
f) Ausführungsbeispiel f) embodiment
Das erfinderische Lösungsprinzip der Einrichtung soll nun an einigen Ausfühi'ungsbeispielen näher erläutert werden* Dabei stellen dar:The inventive solution principle of the device will now be explained in more detail on some Ausfühi'ungsbeispielen *
Figur 1: Mischelement mit einer zentralen Faltachse ohne;ZwischenstegeFigure 1: mixing element with a central folding axis without ; interbars
Figur 2: Mischelement mit einer zentralen Faltachse ψ . . und ZwischenstegenFigure 2: mixing element with a central folding axis ψ . , and intermediate bridges
und Stegen, wobei aus der zentralen Teilfläche Stege und aus dem zentralen Steg eine Teilfläche abgewinkelt istand webs, wherein from the central part of webs webs and from the central web a partial surface is angled
Figur k: Mischelement mit drei stufenförmig und parallel zueinander verlaufenden Faltachsen und abgewinkelten TeilflächenFigure k: mixing element with three stepped and parallel to each other folding axes and angled faces
Figur 5' Winklig zueinander versetzte Mischeinheiten im rohrartigen GehäuseFigure 5 ' angularly offset from each other mixing units in the tubular housing
Figur 6: Mischeinheit, bestehend aus parallelen, zwei Faltachsen enthaltenden MischelementenFIG. 6: mixing unit, consisting of parallel mixing elements containing two folding axes
In den Figuren 1, 2 und 3 werden Varianten des arfindungsgemäßen Mischelementes für den Einbau in einen rohrförrnigen Strömungskanal in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die sich entsprechend dem Kanalschrägschnitt ergebende Form der Grundscheibe des Mischelementes ist elliptisch, wobei der Schnittwinkel 16 zwischen der Kanalachse 14 und der orthogonal auf der Faltachse 1 stehenden großen Achse der Grund-, scheibe 45 beträgt. Bei den oben genannten drei Varianten liegt die Faltachse 1 in der Rohrmitte und schließt mit der Kanalachse 14 einen ¥inkel von 90 ein. Die beiden peripheren Leitflächen 4 stehen entsprechend dem Schnittwinkel 15 in einem doppelt so großen Faltwinkel 9 von 90 zueinander. Aus jeder peripheren Leitfläche 4 sind Teilflächen 5 an FaIt-. kanten 8, die stufenförmig und parallel zur Faltachse, 1 verlaufen, derart abgewinkelt, daß die durch die Teilflachen 5 und die angrenzenden peripheren Leitflächen 4 und der von den peripheren Leitflächen 4 selbst eingeschlossene ¥inkel als ¥echselwinkel ausgebildet sind. Die Teilflächen 5 wurden so abgewinkelt, daß sich die beiden peripheren Leitflächen 4 diametral gegenüberstehen j natürlich ist deren spiegeIsymmetrische Anordnung ebenso möglich. In the figures 1, 2 and 3 variants of the inventive artefact mixing element for installation in a rohrförrnigen flow channel are shown in a perspective view. The shape of the base disk of the mixing element resulting in accordance with the channel bevel cut is elliptical, the angle of intersection 16 between the channel axis 14 and the large axis orthogonal to the folding axis 1 being the basic disk 45. In the case of the abovementioned three variants, the folding axis 1 lies in the center of the pipe and encloses a channel of 90 with the channel axis 14. The two peripheral guide surfaces 4 are corresponding to the intersection angle 15 in a twice as large folding angle 9 of 90 to each other. From each peripheral guide surface 4 are partial surfaces 5 to FaIt-. edges 8, which run in a stepped manner and parallel to the folding axis 1, are angled in such a way that the angles formed by the partial surfaces 5 and the adjacent peripheral guide surfaces 4 and by the peripheral guide surfaces 4 themselves are designed as angle of change. The faces 5 were angled so that the two peripheral guide surfaces 4 are diametrically opposed j of course, their spiegeIsymmetrische arrangement is also possible.
In Figur 2 ist eine Variante dargestellt, die zwischen benachbarten Teilflächen 5 liegende Stege 13 aufweist, welche bei der in Figur 1 gezeigten Variante fehlen. Übereinstimmend erfolgte die Anordnung der Faltkanten bezüglich der Faltachse 1 stufenförmig mit sich monoton veränderndem Abstand, während das Mischelement gemäß Figur 3 im mittigen Bereich der peripheren Leitflächen 4 ein Maximum beziehungsweise Minimum des Abstandes zwischen der Faltachse 1 und den Faltkanten 8 aufweist.FIG. 2 shows a variant which has webs 13 which lie between adjacent sub-areas 5 and which are missing in the variant shown in FIG. The arrangement of the folding edges with respect to the folding axis 1 has coincidently been stepped with a monotonously varying distance, while the mixing element according to FIG. 3 has a maximum or minimum of the distance between the folding axis 1 and the folding edges 8 in the central area of the peripheral guide surfaces 4.
Dies wurde dadurch erreicht, daß aus der zentralen Teilfläche 5 Stege 13 und aus dem zentralen Steg 13 eine Teilfläche 5 abgewinkelt wurde. Als Teilflächen. 5 einer peripheren Leitfläche k- werden zu dieser winklig stehende Körperflächen und als Stege 13 in dieser liegende, über mindestens eine benachbarte Faitkante hinausragende beziehungsweise zu dieser parallel verlaufende Körperflächen bezeichnet.This was achieved in that 5 webs 13 and from the central web 13 a partial surface 5 was angled out of the central part surface. As partial surfaces. 5 of a peripheral guide surface k- be referred to this angled body surfaces and referred to as webs 13 in this lying, projecting beyond at least one adjacent Faitkante or parallel to this body surfaces.
Figur h zeigt ein Mischelernent nach dem Prinzip der ' ' Faltkantenanordnung der in Figur 1 dargestellten Va-N riante, jedoch mit drei im mittigen Bereich stufenförmig und parallel verlaufenden Faltkanten 1,2, 3. Figure H shows a Mischelernent on the principle of '' Faltkantenanordnung the Va N shown in Figure 1 riante, but with three step-like and extending in parallel in the central portion folded edges 1,2; 3.
,---'Ζ , Die Breite der zentralen Leitflächen 6, 7 stehen in . , --- 'Ζ , The width of the central fins 6, 7 are in.
V" einem Verhältnis von 2:1», Sämtliche von den Körper-. V "a ratio of 2: 1», all of the body.
flächen eingeschlossenen Winkel sind gleich groß und stehen als Stufen- oder ¥echselwinkel zueinander. Eine symmetrische Variante mit zwei Faltachsen 1, 2 ist in Figur 6 dargestellt, deren Teilflächen 5 in entgegengesetzter Richtung abgewinkelt sind.Areas enclosed by the surfaces are the same size and are in the form of a step or angle angle. A symmetrical variant with two folding axes 1, 2 is shown in Figure 6, the faces 5 are angled in the opposite direction.
Als besonders vorteilhaft in ihrer Mischwirkung haben sich. Mische leinen te 17 erwiesen, die aus perforiertem Grundmaterial, insbesondere Streckmetall, gefertigt wurden» Des,weiteren ist es möglich, durch zielgerichtete Orientierung der Öffnungen des perforierten Materials auf die großräumige Strömung Einfluß zu nehmen, :0 - So kann beispielsweise die Orientierung der ÖffnungenAs particularly advantageous in their mixing effect have. Mische linen te 17 proved that were made of perforated base material, in particular expanded metal "Des, further, it is possible to take by targeted orientation of the openings of the perforated material to the large-scale flow influence: 0 - For example, the orientation of the openings
des perforierten Materials bezüglich der beiden peripheren Leitflächen k eines Mischelementes 17 entgegengesetzt gerichtet sein und eine wesentliche Strömungskomponente orthogonal zur Kanalachse 14 verursachen, wodurch der Dralleffekt der Hauptströmung verstärkt oder unterdrückt wird. Eine derartige Anordnung kann bei Einsatz von Streckmetall als Grundmaterial eine zweistückige Ausführung der Grundscheibe des Mischelementes 17 sinnvoll machen.of the perforated material with respect to the two peripheral guide surfaces k of a mixing element 17 are directed opposite and cause a substantial flow component orthogonal to the channel axis 14, whereby the swirl effect of the main flow is enhanced or suppressed. Such an arrangement can make sense in the use of expanded metal as a base material a two-piece design of the base plate of the mixing element 17.
Die Mischelernen te 17 werden zu Mischeinheiten 18 komplettiert und bestehen aus mindestens zwei zueinander parallelen oder entgegengesetzt parallelen I4ischelementen 17. Aufeinanderfolgende Mischeinheiten 18 werden vorzugsweise um einen Winkel von 90 versetzt angeordnet. . ·The Mischelernen te 17 are completed to mix units 18 and consist of at least two mutually parallel or oppositely parallel I4ischelementen 17. Successive mixing units 18 are preferably arranged offset by an angle of 90. , ·
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Erfindung beschrieben : . .. '.The operation of the invention will be described below: .. '.
Alle Varianten des erfindungsgemäßen Mischelementes 17 decken den Kanalquerschnitt vollständig ab, so daß eine ständige Grenzschichtablösung und -erneuer-ung stattfinden kann, was bei laminaren Strömungsverhältnissen von besonderer Bedeutung ist. All variants of the mixing element 17 according to the invention cover the channel cross-section completely, so that a permanent boundary layer separation and renewal can take place, which is of particular importance in laminar flow conditions.
Beim Auftreffen de.s Produktstromes auf die schrägstehenden peripheren' Leitflächen 4 und gegebenenfalls auf die zentralen Leitflächen 6, 7 wird dem Fluid eine großräumige Querströmung aufgezwungen.Upon impact of the product stream on the inclined peripheral 'guide surfaces 4 and optionally on the central guide surfaces 6, 7 the fluid is forced a large-scale cross flow.
Die der Strömung am weitesten entgegengerichtete -FaIiachse 1, 2 bewirkt, je nach ihrer Lage. ±m Kanal, eine mehr oder weniger gleichmäßige Aufteilung des Stoffstromes« Des weiteren wird durch die stufenförmig abgewinkelten Teilflachen 5 eine Drallströmung hervorgerufen, die durch eine entsprechende Perforation des Grundmaterials noch verstärkt werden kann. Beim Passieren der Schnittkanten der abgewinkelten Teilflächen 5 kommt es infolge einer mittelräumigen Aufteilung des Teilstroaes unter Fließgeschwindigkeitserhöhungen und Wirbelbildung zu intensiven Vermischungseffekten.The flow of the farthest opposite-axis axis 1, 2 causes, depending on their location. ± m channel, a more or less uniform division of the flow of material «Furthermore, a swirling flow is caused by the stepped angled surfaces 5, which can be enhanced by a corresponding perforation of the base material. When passing through the cut edges of the angled faces 5, there is intensive mixing effects due to a medium-scale division of the partial flow under flow rate increases and vortex formation.
Kleinräumige Fluidwirbel können sehr wirkungsvoll durch den Einsatz von perforiertem Grundmaterial, insbesondere Streckmetall, -induziert werden und bewirken nachhaltig die Feirivermischung benachbarter Stromelemente. Außerdem wird dadurch die Bildung von Toträumen völlig ausgeschlossen, was zu einer gleichmäßigen Verweilzeitver-· teilung der Ströniungspartikel führt, und als Voraussetzung für die Realisierung anspruchsvoller MischaufgabenSmall-scale fluidic vortices can be very effectively induced by the use of perforated base material, in particular expanded metal, and effectively effect the Feirivermischung of adjacent flow elements. Moreover, this completely excludes the formation of dead spaces, which leads to a uniform residence time distribution of the stripping particles, and as a prerequisite for the realization of demanding mixing tasks
erforderlich ist. Der Drucicverlust wird dabei in sehr niedrigen Bereichen gehalten.is required. The pressure loss is kept at very low levels.
Die zielgerichtete Kombination unterschiedlicher ¥irkprinzipien, wie Leitwirkung und- Wirbelbildung, zur Erzielung einer homogenen Mischung stellt den entscheidenden Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung dar, Sr realisiert sich durch die Überlagerung von großräumigen Stromaufteilungen, Quer- und Drallströtnungen, mittelräumigen Vermischungs- und Wirbelzonen lund kleinräumigen Wirbelgebieten»The purposeful combination of different irk principles, such as directivity and vortex formation, to achieve a homogeneous mixture represents the decisive advantage of the solution according to the invention, Sr realized by the superposition of large-scale power splits, transverse and vortex flows, medium-scale mixing and vortex zones l and small-scale vortex areas "
, Vorteile der Erfindung sind somit:, Advantages of the invention are thus:
- Kurze Mischerbaulängen, auch bei anspruchsvollen Mischaufgaben;- Short mixer lengths, even with demanding mixing tasks;
- Geringer Druckverlust bei Einsatz von perforiertem Grundmaterial;- Low pressure loss when using perforated base material;
- Das gute Verweilzeitverhalten des Mischers ermöglicht auch dessen Einsatz für schwierige Aufgaben in Strömungsreaktoren.- The good residence time behavior of the mixer also allows its use for difficult tasks in flow reactors.
Claims (4)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19820992A1 (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-18 | Babcock Anlagen Gmbh | Device for mixing a gas stream flowing through a channel |
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1983
- 1983-05-19 DD DD83251038A patent/DD218989A3/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19820992C2 (en) * | 1998-05-11 | 2003-01-09 | Bbp Environment Gmbh | Device for mixing a gas stream flowing through a channel and method using the device |
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