DE102009018539A1 - Modulare Mischer - Google Patents

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Jens Dr. Hepperle
Karl-Robert Boos
Frank Dr. Herbstritt
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Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH
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Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft modulare Mischer für Anwendungen in der modularen Mikroverfahrenstechnik.

Description

  • Die Erfindung betrifft modulare Mischer für Anwendungen in der modularen Mikroverfahrenstechnik.
  • Die Mikroverfahrenstechnik bzw. Mikroreaktionstechnik ist in den letzten Jahren zunehmend zu einem wichtigen Hilfsmittel in der chemischen Forschung und Entwicklung geworden. Ursache ist die Forderung des Marktes, in immer kürzeren Zeiten neue Produkte und verbesserte Prozesse zu entwickeln.
  • Die modulare Mikroverfahrenstechnik bietet die Möglichkeit, verschiedene Mikroprozessmodule nach einem Baukastenprinzip zu einer kompletten Produktionsanlage im Kleinstformat zusammenzufügen. Neben der daraus resultierenden hohen Flexibilität und der Reduzierung von Abfällen aufgrund der verminderten Mengen an Chemikalien, die für Experimente in Mikroreaktionsanlagen benötigt werden, weist die Mikroverfahrenstechnik unmittelbare Vorteile für die chemische Prozessführung auf: Mikrostrukturierte Apparate verfügen über ein sehr großes Oberflächen- zu Volumen-Verhältnis. Aus diesem Grund lassen sich beispielsweise Wärme- und Stofftransportvorgänge deutlich intensivieren.
  • Modulare Mikroreaktionssysteme werden kommerziell angeboten, z. B. von Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH. Die kommerziell verfügbaren Module umfassen Mischer, Reaktoren, Wärmetauscher, Sensoren und Aktoren und vieles mehr.
  • Als Mischer haben sich in der Mikroverfahrenstechnik statische Mischer etabliert. Während bei dynamischen Mischern die Homogenisierung einer Mischung durch bewegte Organe wie z. B. Rührer erreicht wird, wird bei statischen Mischern die Strömungsenergie des Fluids ausgenutzt: Eine Fördereinheit (z. B. eine Pumpe) drückt die Flüssigkeit 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. Einen Überblick über verschiedene Typen von statischen Mischern, wie sie in der konventionellen Verfahrenstechnik eingesetzt werden, gibt zum Beispiel der Artikel „Statische Mischer und ihre Anwendungen", M. H. Pahl und E. Muschelknautz, Chem.-Ing.-Techn. 52 (1980) Nr. 4, S. 285–291. Als Beispiel für statische Mischer seien hier SMX-Mischer genannt (vgl. Patentschrift US 40 62 524 ). Sie bestehen aus zwei oder mehr zueinander senkrecht stehenden Gittern von parallelen Streifen, die an ihren Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind und in einem Winkel gegen die Hauptströmungsrichtung des Mischgutes angestellt sind, um die Flüssigkeit in Teilströme zu teilen und zu mischen. 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. Als Beispiel eines statischen Mikromischers sei der in DE20219871U1 beschriebene Rautenmischer genannt.
  • Durch die Verkleinerung der charakteristischen Dimensionen verlaufen neben Wärmetransportvorgängen auch Mischvorgänge in Mikromischern deutlich schneller als in konventionellen Mischern. So liegen die Verfahrensgeschwindigkeiten in Mikromischern zum Teil um Zehnerpotenzen höher als in konventionellen Apparaten, und die Mischstrecken reduzieren sich auf wenige Millimeter.
  • Allerdings neigen die kleinen Kanäle in Mikromischern zur Verstopfung und sind daher nicht für alle chemischen Prozesse geeignet. So weist beispielsweise der in US 5,904,424 beschriebene Mischer enge Kanäle mit engen Fluidumlenkungen auf, in welchen sich Ablagerungen bilden können, die zu einer Verstopfung führen können. Weiterhin sind die Durchsätze und/oder die Verweilzeiten kommerziell verfügbarer Mikromischer aufgrund des geringen bereitgestellten effektiven Volumens begrenzt. Werden in den Mikromischern chemische Reaktionen mit gegenüber der verfügbaren Verweilzeit geringen Reaktionsgeschwindigkeiten durchgeführt, so müssen ggf. mehrere Mikromischer hintereinander geschaltet werden, um eine für die Vervollständigung der Reaktion ausreichende Verweilzeit zur Verfügung zu haben. Eine serielle Verbindung mehrerer Mikromischer hat jedoch mehrere Nachteile. Zum einen führt die serielle Verbindung von mehreren Mikromischern zu einem hohen Druckverlust. Daneben müssen die einzelnen Mikromischer und insbesondere die Verbindungsstellen gegenüber der Außenwelt abgedichtet werden, was bei einer zunehmenden Zahl an Mikromischern einen zunehmenden Aufwand bedeutet. Ferner verursachen eine hohe Anzahl an Mikromischern auch entsprechend hohe Investitionskosten. Weiterhin verfügen die bekannten Mikromischer in der Regel über keine variable Mischwirkung.
  • Es wäre wünschenswert, ein Mischmodul zur Verfügung zu haben, das auf das jeweilige chemische Verfahren angepasst werden kann. Insbesondere wäre es wünschenswert, Mischmodule zur Verfügung zu haben, die höhere Durchsätze und/oder längere Verweilzeiten als die kommerziell verfügbaren Mikromischer erlauben.
  • Schließlich wäre es wünschenswert, die aus konventionellen Produktionsanlagen etablierten Mischer auch im Mikromaßstab zur Verfügung zu haben, um ein Scale-up eines Prozesses im Mikromaßstab auf eine Großanlage zu vereinfachen.
  • Es stellt sich daher ausgehend vom bekannten Stand der Technik die Aufgabe, ein Mischmodul bereitzustellen, das kompatibel zu einem kommerziell verfügbaren modularen Mikroreaktionssystem ist, das mit weiteren Modulen eines modularen kommerziell verfügbaren Mikroreaktionssystems zu einer Mikroreaktionsanlage kombiniert werden kann, das auf verschiedene chemische Verfahren angepasst werden kann, das einen höheren Durchsatz und/oder eine höhere Verweilzeit als die kommerziell erhältlichen Systeme ermöglicht, das weniger zur Verstopfung neigt, das kostengünstig hergestellt werden kann und das intuitiv einsetzbar ist.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Mischmodul mindestens umfassend einen Grundkörper mit einem Einlass und einem Auslass an gegenüberliegenden Stirnflächen des Grundkörpers und einen Kanal zwischen Einlass und Auslass, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal ein Volumen im Bereich von 0,2 ml bis 3 ml zur reversiblen Aufnahme eines variablen Mischkörpers bereitstellt.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Mischmodul einen Grundkörper mit einem Einlass und einem Auslass an gegenüberliegenden Stirnflächen des Grundkörpers. Der Grundkörper ist bevorzugt als polyederförmiger Körper, besonders bevorzugt als Quader mit optional abgerundeten Ecken ausgeführt. Ein Polyeder ist ein Körper, der durch ebene Polygone begrenzt wird. Ein Polygon (Vieleck) erhält man, indem man mindestens drei voneinander verschiedene Punkte in einer Zeichenebene durch Strecken so miteinander verbindet, dass eine geschlossene Figur entsteht. Dreiecke, Vierecke und Sechsecke sind aus dem Alltag bekannte Beispiele für Polygone. Als Stirnflächen werden hier alle Flächen bezeichnet, die den Grundkörper des Mischmoduls nach außen begrenzen.
  • Die gegenüberliegenden Stirnflächen des Grundkörpers, die einen Einlass bzw. einen Auslass aufweisen, sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Der Einlass und der Auslass sind bevorzugt rund ausgeführt. Sie verfügen vorzugsweise über denselben Durchmesser. Zwischen dem Einlass und dem Auslass verläuft ein Kanal durch den Grundkörper, der den Einlass und den Auslass miteinander verbindet. Der Kanal dient der reversiblen Aufnahme eines austauschbaren, geometrisch variabel gestaltbaren Mischkörpers. Dazu stellt der Kanal ein Volumen im Bereich von 0,2 ml bis 3 ml, bevorzugt im Bereich von 0,25 ml bis 2,5 ml, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 ml bis 1,5 ml zur Verfügung. Unter austauschbarer Aufnahme wird verstanden, dass ein Mischkörper in den Kanal eingebracht und nach Verwendung des erfindungsgemäßen Mischmoduls wieder entfernt werden kann. Unter einem geometrisch variabel gestaltbaren Mischkörper wird verstanden, dass das erfindungsgemäße Mischmodul nicht auf einen speziellen Mischkörper beschränkt ist, sondern dass verschiedene (variable) Mischkörper in den Kanal eingebracht werden können. Der erfindungsgemäße Mischkörper macht damit statische Mischer, wie sie in der konventionellen Verfahrenstechnik eingesetzt werden, auch für die Mikroverfahrenstechnik bzw. Mikroreaktionstechnik verfügbar.
  • Der Kanal ist bevorzugt zylinderförmig ausgeführt. Ein Zylinder ist ein Körper, der von zwei identischen parallelen, ebenen Flächen (Grund- und Deckfläche) und einer Mantelfläche, die von parallelen Geraden gebildet wird, begrenzt wird. Er entsteht durch Verschiebung einer ebenen Fläche oder Kurve entlang einer Geraden, die nicht in dieser Ebene liegt. Eine spezielle Ausführungsform eines Zylinders ist ein Kreiszylinder. Ein zylinderförmiger Kanal im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Raum, dessen äußere Begrenzung der Mantelfläche eines Zylinders entspricht. Da ein erfindungsgemäßer Kanal zwischen dem Einlass und dem Auslass durchgängig ausgeführt ist, ist bei einem zylinderförmigen Kanal keine einem zylinderförmigem Körper entsprechende Grund- und Deckfläche vorhanden. Der zylinderförmige Kanal verfügt bevorzugt über einen elliptischen, runden oder n-eckigen Querschnitt, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist. Besonders bevorzugt ist ein runder oder rechteckiger Querschnitt des Kanals.
  • In dem Kanal können Vorsprünge vorliegen, welche zur Fixierung des Mischkörpers dienen. Der Kanal weist einen kleineren oder den gleichen Durchmesser auf wie der Einlass und der Auslass. Der Kanal verläuft bevorzugt senkrecht zu den beiden Stirnflächen, die den Einlass bzw. den Auslass enthalten. Der Kanal dient der reversiblen Aufnahme eines Mischkörpers. Als Mischkörper kommen nach dem Stand der Technik bekannte statische Mischer in Frage, wie z. B. Kenics-Mischer oder SMXL-Mischer, oder aber neuartige Mischelemente, welche zur Einbringung in Strömungskanäle vorgesehen sind. Eine Auswahl an verwendbaren statischen Mischkörpern findet sich z. B. in M. H. Pahl (Hrsg.): „Mischen von Kunststoff- und Kautschukprodukten", VDI-Verlag, 1993, S. 351–391. Bevorzugt wird als Mischkörper ein SMX-Mischer verwendet.
  • Der Grundkörper besteht aus einem chemisch inerten Material, z. B. aus Kunststoff, Glas oder einem Metall bzw. einer Legierung. Bevorzugt ist er aus einem A4-Edelstahl (z. B. DIN 1.4571 oder 1.4401) oder Hastelloy C 276 (DIN 2.4819) ausgeführt.
  • Optional verfügt das erfindungsgemäße Mischmodul über Deckel, die reversibel (das heißt lösbar) mit den beiden Stirnseiten, welche den Einlass bzw. den Auslass beinhalten, verbunden werden können. Jeder Deckel weist eine Durchgangsbohrung auf, die mit dem Einlass bzw. dem Auslass einen durchgängigen Kanal bildet. Die Deckel dienen zur Reduzierung oder Erweitung des Einlass- bzw. Auslassquerschnitts und/oder zur Fixierung des Mischkörpers innerhalb des erfindungsgemäßen Mischmoduls. Dementsprechend verfügen die Deckel über einen Durchmesser der Durchgangsbohrung, der kleiner ist als der Durchmesser des Einlasses bzw. des Auslasses.
  • Die Deckel werden bevorzugt über eine reversible Steck-, Schraub- oder Klemmverbindung mit dem Grundkörper verbunden. Dazu weisen die Deckel in einer bevorzugten Ausführungsform Durchgangsbohrungen zur Durchführung von Steckelementen oder Schrauben auf. Der Grundkörper weist korrespondierende Bohrungen zur Aufnahme der Steckelemente oder Schrauben auf, mit denen Grundkörper und Deckel verbunden werden. Ferner weisen die Deckel auf ihren Verbindungsflächen zum Grundkörper Mittel zur Aufnahme einer Dichtung auf, die vorzugsweise als ringförmige Aussparung (Dichtnut) um die Durchgangsbohrung ausgeführt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Deckel auf der dem Einlass bzw. dem Auslass zugewandten Seite jeweils einen ringförmigen Vorsprung auf, der in den Einlass bzw. den Auslass eingeführt werden kann und der Zentrierung des jeweiligen Deckels gegenüber dem Grundkörper dient. Ist der Durchmesser des Kanals zur Aufnahme des Mischkörpers kleiner als der Einlass- bzw. Auslassdurchmesser, so schließt der ringförmige Vorsprung des Deckels bevorzugt bündig mit dem Vorsprung, der sich durch die unterschiedlichen Durchmesser von Einlass bzw. Auslass und Kanal zur Aufnahme des Mischkörpers bildet, ab. Die Deckel können aus demselben Material wie der Grundkörper oder aus einem anderen Material ausgeführt sein. Sie sind bevorzugt aus demselben Material ausgeführt wie der Grundkörper.
  • Das Mischmodul ist so ausgeführt, dass es mit anderen Modulen eines modularen Mikroreaktionssystems reversibel verbunden werden kann. Durch die Einlage unterschiedlicher Mischkörper kann die Mischwirkung des erfindungsgemäßen Mischmoduls und der zur Fluidförderung benötigte Druck bei gleichen Apparatedimensionen variabel gestaltet werden.
  • Weiterhin verfügt das erfindungsgemäße Mischmodul über mindestens eine Bodenplatte zur Positionierung des Mischmoduls auf einer Grundplatte. Die mindestens eine Bodenplatte und der Grundkörper können aus einem Stück gefertigt sein oder es können verschiedene Bauteile des Mischmoduls sein. Bevorzugt ist die mindestens eine Bodenplatte als separates Bauteil ausgeführt, das über mindestens eine lösbare Verbindung mit dem Grundkörper verbunden werden kann. Die mindestens eine Bodenplatte weist Mittel auf, die eine Positionierung des erfindungsgemäßen Mischmoduls auf einer Grundplatte ermöglichen. Dadurch kann das Mischmodul mit weiteren Modulen eines baukastenartigen, modularen Mikroreaktionssystems zu einer komplexeren Anlage verbunden werden. Bevorzugt weist die Bodenplatte Führungselemente auf, die in Nuten der Grundplatte greifen und eine Ausrichtung des Mischmoduls auf der Grundplatte bewirken. Bodenplatten können aus demselben Material ausgeführt sein wie der Grundkörper. Im Falle einer bevorzugten thermischen Entkopplung von Grundkörper und Grundplatte sind Bodenplatten aus einem Material ausgeführt, das die thermische Entkopplung von Mischmodul und Grundplatte ermöglicht. Zum Beispiel eignet sich als Material für die Bodenplatte ein Polyaryletherketon wie das Polymer VICTREX® PEEK der Firma Victrex Plc. Im Falle einer beheizten Grundplatte sind die erfindungsgemäßen Bodenplatten bevorzugt aus einem Material ausgeführt, das eine thermische Kopplung des Mischmoduls mit der Grundplatte ermöglicht. Zum Beispiel eignet sich als Material für die Bodenplatte Aluminium.
  • Die Verbindung des erfindungsgemäßen Mischmoduls mit weiteren Mikromodulen eines modularen Mikroreaktionssystems erfolgt bevorzugt über eine kraftschlüssige Verbindung. Wie zum Beispiel in dem Prospekt „Modulare Mikroreaktionstechnik" der Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH vom 5.8.2008 auf der Seite 1–5 ausgeführt, werden die einzelnen Module mittels einer oder mehrerer Bodenplatten auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet. Zwischen den einzelnen Modulen werden Dichtscheiben angeordnet, welche die Verbindungsstellen zweier benachbarter Module gegenüber der Außenwelt abdichten. Als Dichtmaterialien können z. B. perfluorierte Elastomere wie Perfluorkautschuk (FFKM) oder Teflon (PTFE) verwendet werden. An den beiden Enden einer Reihe aus nebeneinander angeordneten Modulen werden Spannmodule eingesetzt, die über einen Stempel verfügen, der mittels einer Schraube in Richtung des benachbarten Moduls bewegt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Module innerhalb einer Reihe gegeneinander zu verspannen und die Verbindungsstellen gegenüber der Außenwelt abzudichten.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung mindestens umfassend ein erfindungsgemäßes Mischmodul und mindestens einen Mischkörper. Der mindestens eine Mischkörper ist in den Kanal des Mischmoduls eingebracht. Als Mischkörper kommen die nach dem Stand der Technik bekannten statischen Mischer in Frage, wie sie beispielhaft aber nicht vollständig in M. H. Pahl (Hrsg.): „Mischen von Kunststoff- und Kautschukprodukten", VDI-Verlag, 1993, S. 351–391, beschrieben sind.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Mischmodul und ein Eingangsmodul. Mischmodul und Eingangsmodul sind bevorzugt über ein Dichtmittel miteinander lösbar verbunden.
  • Das Eingangsmodul dient zur Zusammenführung verschiedener Fluidströme und/oder der Zuführung von Fluidströmen zum erfindungsgemäßen Mischmodul.
  • Das Eingangsmodul umfasst einen Grundkörper, der bevorzugt polyederförmig ist. An Stirnflächen des Grundkörpers sind Einlässe angebracht. Diese sind bevorzugt an verschiedenen Stirnflächen angebracht. Der Grundkörper eines Eingangsmoduls verfügt über mindestens zwei Einlässe, bevorzugte Ausführungsformen weisen 2 oder 3 Einlässe auf. Die Einlässe weisen bevorzugt einen runden Querschnitt auf. Die Einlässe gehen in Kanäle über, die auf eine gemeinsame Stirnfläche des Grundkörpers zulaufen. Einige oder alle der Kanäle können innerhalb des Grundkörpers zu einem einzigen Kanal zusammenlaufen, der an der genannten Stirnfläche in einem einzigen Auslass mündet. Ebenso ist es denkbar, dass die Kanäle in dem Grundkörper nicht zusammenlaufen, sondern an der gemeinsamen Stirnfläche in separate Auslässe münden. In dem Vorzugsweise sind alle Kanäle zylinderförmig ausgeführt. Vorzugsweise verfügen die Einlasskanäle über einen gleichgroßen Durchmesser und die Auslasskanäle ebenso über einen gleichgroßen Durchmesser, wobei der Durchmesser der Einlasskanäle bevorzugt größer ist als der Durchmesser der Auslasskanäle.
  • Der Grundkörper des Eingangsmoduls ist aus einem chemisch inerten Material ausgeführt, z. B. aus Kunststoff, Glas oder einem Metall bzw. einer Legierung. Bevorzugt ist er aus einem A4-Edelstahl (z. B. DIN 1.4571 oder 1.4401) oder Hastelloy C 276 (DIN 2.4819) ausgeführt.
  • Das Eingangsmodul umfasst weiterhin mindestens eine Bodenplatte zur Positionierung des Eingangsmoduls auf einer Grundplatte. Die Bodenplatte und der Grundkörper des Eingangsmoduls können aus einem Stück gefertigt sein oder es können zwei verschiedene Bauteile sein. Bevorzugt ist die Bodenplatte als separates Bauteil ausgeführt, das über mindestens eine lösbare Verbindung mit dem Grundkörper verbunden werden kann. Bevorzugt werden die Bodenplatte und der Grundkörper über Steckelemente, Schrauben oder äquivalente Befestigungsmittel miteinander verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper Bohrungen zur Aufnahme von Steckelementen oder Schrauben und die Bodenplatte Durchgangsbohrungen auf, so dass Steckelemente oder Schrauben durch die Durchgangsbohrungen der Bodenplatte geführt und in die Bohrungen des Grundkörpers gesteckt oder geschraubt werden können. Die Bodenplatte weist Mittel auf, die eine Positionierung auf einer Grundplatte ermöglichen. Dadurch kann das Eingangsmodul mit weiteren Modulen eines modularen Mikroreaktionssystems, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Mischmodul zu einer Anlage verbunden werden. Bevorzugt weist die Bodenplatte Führungselemente auf, die in Nuten der Grundplatte greifen und eine Ausrichtung des Mischmoduls auf der Grundplatte bewirken.
  • Die Bodenplatte kann aus demselben Material ausgeführt sein wie der Grundkörper. Bevorzugt ist die Bodenplatte aus einem Material ausgeführt, das die thermische Entkopplung von Eingangsmodul und Grundplatte ermöglicht, wie z. B. VICTREX® PEEK der Firma Victrex Plc. Im Falle einer beheizten Grundplatte sind die erfindungsgemäßen Bodenplatten bevorzugt aus einem Material ausgeführt, das eine thermische Kopplung des Mischmoduls mit der Grundplatte ermöglicht. Zum Beispiel eignet sich als Material für die Bodenplatte Aluminium.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mischmodul und Eingangsmodul über ein Dichtmittel miteinander verbunden, d. h. zwischen Mischmodul und Eingangsmodul ist ein Dichtmittel angebracht, das die Verbindungsstelle zwischen Mischmodul und Eingangsmodul gegenüber der Außenwelt abdichtet. Als Dichtmittel kann z. B. ein Ring aus einem perfluorierten Elastomer wie Perfluorkautschuk (FFKM) oder Teflon (PTFE) verwendet werden. Ebenso ist es denkbar, die beim modularen Mikroreaktionssystem der Fa. Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH verwendeten Dichtscheiben zu verwenden. Eingangsmodul und Mischmodul sind auf einer gemeinsamen Grundplatte aufgebracht und werden bevorzugt kraftschlüssig miteinander verbunden, z. B. auf die oben für das modulare Mikroreaktionssystem der Fa. Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH beschriebenen Weise mittels Verspannung über Spannmodule.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung mindestens umfassend ein Mischmodul, ein Eingangsmodul und einen Mischkörper. Der Mischkörper ist in den Kanal des Mischmoduls eingebracht. Das Mischmodul und das Eingangsmodul sind lösbar, bevorzugt kraftschlüssig miteinander verbunden.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines Mischmoduls, einer Vorrichtung umfassend ein Mischmodul und einen Mischkörper und einer Vorrichtung umfassend ein Mischmodul, einen Mischkörper und ein Eingangsmodul in einem bevorzugt modularen Mikroreaktionssystem.
  • Beispiele
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.
  • Beispiel 1 – Mischmodul (6 mm)
  • 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßes Mischmoduls in einer Explosionsdarstellung. Das Mischmodul umfasst einen Grundkörper (2), zwei Deckel (3) und zwei Bodenplatten (1). Zwischen den Deckeln (3) und dem Grundkörper (2) sind Dichtmittel in Form von Dichtungsringen (4) eingebracht. Die Deckel werden über Schraubverbindungen (5) lösbar mit dem Grundkörper (2) verbunden. Die Bodenplatten (1) werden lösbar mittels Schrauben (6) oder andere Steckmittel mit dem Grundkörper (2) verbunden.
  • 2 zeigt den Grundkörper (2) des erfindungsgemäßen Mischmoduls (a) in einer perspektivischen Darstellung, (b) von vorne und (c) im Querschnitt entlang der in 2(a) dargestellten gestrichelten Linie.
  • Zwei gegenüberliegende Stirnflächen (2-20, 2-21) weisen Bohrungen auf, die einen Einlass (2-10) und einen Auslass (2-11) bilden. Zwischen Einlass (2-10) und Auslass (2-11) ist ein Kanal angebracht, der Einlass und Auslass miteinander verbindet. Dieser Kanal (2-12) dient zur Aufnahme eines Mischkörpers, im vorliegenden Fall der Aufnahme eines SMX-Mischers der Firma Sulzer mit einem Durchmesser von 6 mm oder eines anderen zylinderförmigen Mischers (z. B. Kenics). Der Durchmesser des Kanals beträgt entsprechend 6,1 mm. Das Volumen, das der Kanal bereitstellt, beträgt etwa 0,9 ml.
  • An den Stirnseiten sind Gewindebohrungen angebracht, mittels derer die Anbringung von Deckeln an den Stirnseiten möglich ist. An der Unterseite des Grundkörpers (2) befinden sich weitere Bohrungen, mittels derer die Anbringung von Bodenplatten möglich ist. Als Bodenplatten können hier zum Beispiel den 1 und 3 dargestellten Bodenplatten (6) angebracht werden.
  • Beispiel 2 – Mischmodul (3 mm)
  • 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischmoduls in perspektivischer Darstellung. In 3 sind der Grundkörper (2), der Auslass (2-11) an einer der Stirnflächen des Grundkörpers und die Bodenplatten (1) gezeigt. Die Bodenplatten weisen Führungselemente (1-10) auf, mit denen das erfindungsgemäße Mischmodule mit einer Grundplatte verbunden und auf der Grundplatte ausgerichtet werden kann.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch den Grundkörper (2) des erfindungsgemäßen Mischmoduls entlang der in 3 gezeigten gestrichelten Linie. Einlass (2-10) und Auslass (2-11) sind über einen Kanal (2-12) miteinander verbunden. Der Kanal wird durch zwei Bohrungen gebildet, die vom Einlass und Auslass ausgehen. Dort, wo die Bohrungen aufeinandertreffen, liegen Vorsprünge vor, die zur Fixierung eines Mischkörpers, der in den Kanal eingeführt wird, dienen können. Der Grundkörper weist ferner Bohrungen (2-40) im Boden auf, um Bodenplatten wie in 3 gezeigt am Grundkörper befestigen zu können.
  • Der Kanal dient der Aufnahme eines Mischers mit einem Durchmesser von 3 mm.
  • Beispiel 3 – Eingangsmodul für zwei Ströme
  • 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eingangsmoduls zur Zusammenführung von zwei Fluidströmen (a) in perspektivischer Darstellung, (b) im Querschnitt entlang der in 5(a) gezeigten gestrichelten Linie. Das Eingangsmodul weist einen Grundkörper (8) und eine Bodenplatte (1) auf. In verschiedenen Stirnflächen des Grundkörpers befinden sich zwei Einlässe (8-1) und (8-2). Von diesen gehen Kanäle (8-6) und (8-7) aus, die schräg in Richtung einer gemeinsamen Stirnfläche (8-4) verlaufen. Die Stirnfläche (8-4) weist einen Auslass (8-5) auf, von dem zwei Kanäle (8-8) und (8-9) ausgehen, die im Grundkörper mit den Kanälen (8-6) bzw. (8-7) zusammenlaufen.
  • Beispiel 4 – Eingangsmodul für drei Ströme
  • 6 zeigt den Grundkörper (9) einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eingangsmoduls zur Zusammenführung von drei Fluidströmen (a) in perspektivischer Darstellung, (b) im Querschnitt entlang der in 6(a) gezeigten gestrichelten Linie. An drei verschiedenen Stirnflächen befinden sich Einlässe (9-1), (9-2) und (9-3). Von diesen Einlässen gehen Kanäle (Einlasskanäle) in Richtung einer gemeinsamen Stirnfläche aus, in der sich ein Auslass (9-5) befindet. Vom Auslass (9-5) gehen drei Kanäle (Auslasskanäle) in Richtung der Einlasskanäle aus. Je ein Auslasskanal trifft im Grundkörper (9) des Eingangmoduls auf einen Einlasskanal.
    • 1
    Bodenplatte
    1-10
    Führungselemente
    2
    Grundkörper eines Mischmoduls
    2-10
    Einlass beim Mischmodul
    2-11
    Auslass beim Mischmodul
    2-12
    Kanal zur Aufnahme eines Mischkörpers
    2-20
    Stirnfläche eines Mischmoduls
    2-21
    Stirnfläche eines Mischmoduls
    2-30
    Gewindebohrung
    2-40
    Bohrung
    2-50
    Vorsprung
    3
    Deckel
    4
    Dichtmittel
    5
    Schrauben
    6
    Steckelemente
    8
    Grundkörper eines Eingangmoduls für zwei Ströme
    8-1
    Einlass beim Eingangsmodul
    8-2
    Einlass beim Eingangsmodul
    8-4
    Stirnfläche beim Eingangsmodul
    8-5
    Auslass beim Eingangsmodul
    8-6
    Einlasskanal
    8-7
    Einlasskanal
    8-8
    Auslasskanal
    8-9
    Auslasskanal
    9
    Grundkörper eines Eingangmoduls für drei Ströme
    9-1
    Einlass beim Eingangsmodul
    9-2
    Einlass beim Eingangsmodul
    9-3
    Einlass beim Eingangsmodul
    9-5
    Auslass beim Eingangsmodul
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 4062524 [0005]
    • - DE 20219871 U1 [0005]
    • - US 5904424 [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - „Statische Mischer und ihre Anwendungen”, M. H. Pahl und E. Muschelknautz, Chem.-Ing.-Techn. 52 (1980) Nr. 4, S. 285–291 [0005]
    • - M. H. Pahl (Hrsg.): „Mischen von Kunststoff- und Kautschukprodukten”, VDI-Verlag, 1993, S. 351–391 [0015]
    • - DIN 1.4571 [0016]
    • - 1.4401 [0016]
    • - Hastelloy C 276 (DIN 2.4819) [0016]
    • - „Modulare Mikroreaktionstechnik” der Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH vom 5.8.2008 auf der Seite 1–5 [0022]
    • - M. H. Pahl (Hrsg.): „Mischen von Kunststoff- und Kautschukprodukten”, VDI-Verlag, 1993, S. 351–391 [0023]
    • - DIN 1.4571 [0027]
    • - 1.4401 [0027]
    • - Hastelloy C 276 (DIN 2.4819) [0027]

Claims (9)

  1. Modulares Mischmodul mindestens umfassend einen Grundkörper mit einem Einlass und einem Auslass an gegenüberliegenden Stirnflächen des Grundkörpers und einen Kanal zwischen Einlass und Auslass, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal ein Volumen im Bereich von 0,2 ml bis 3 ml zur reversiblen Aufnahme eines variablen, zylinderförmigen Mischkörpers bereitstellt.
  2. Mischmodul nach Anspruch 1, weiterhin umfassend jeweils einen Deckel für die Stirnfläche mit dem Einlass und für die Stirnfläche mit dem Auslass, wobei die Deckel durch jeweils mindestens eine lösbare Verbindung reversibel mit den Stirnflächen verbunden werden können, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Deckel jeweils eine Bohrung aufweist, welche mit dem Einlass bzw. dem Auslass einen durchgängigen Kanal bildet.
  3. Mischmodul nach Anspruch 2, weiterhin umfassend Dichtmittel zwischen den Deckeln und den Stirnflächen des Gehäuses.
  4. Mischmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend mindestens eine Bodenplatte zur Positionierung des Mischmoduls auf einer Grundplatte.
  5. Mischmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bodenplatte über mindestens eine lösbare Verbindung reversibel mit dem Grundkörper verbunden werden kann und Führungselemente aufweist, die in Nuten der Grundplatte greifen und eine Ausrichtung des Mischmoduls auf der Grundplatte bewirken.
  6. Vorrichtung mindestens umfassend ein Mischmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und mindestens einen Mischkörper, der in den Kanal des Mischmoduls reversibel eingebracht ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6 weiterhin umfassend mindestens ein Eingangsmodul und ein Dichtmittel zwischen dem mindestens einen Mischmodul und dem Eingangsmodul, wobei das Eingangsmodul einen Grundkörper umfasst, der über mindestens zwei Einlässe verfügt, die an verschiedenen Stirnflächen des Eingangsmoduls angeordnet sind und von denen Kanäle ausgehen, die durch den Grundkörper in Richtung auf eine gemeinsame Stirnfläche des Eingangsmoduls zulaufen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mischmodul und Eingangsmodul auf einer gemeinsamen Grundplatte kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
  9. Verwendung eines Mischmoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 in einem modularen Mikroreaktionssystem.
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