EP1384502B1 - Mischer/Wärmeaustauscher - Google Patents

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Publication number
EP1384502B1
EP1384502B1 EP03015959A EP03015959A EP1384502B1 EP 1384502 B1 EP1384502 B1 EP 1384502B1 EP 03015959 A EP03015959 A EP 03015959A EP 03015959 A EP03015959 A EP 03015959A EP 1384502 B1 EP1384502 B1 EP 1384502B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixer
heat exchanger
tubes
fins
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03015959A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1384502A1 (de
Inventor
Klemens Dr. Kohlgrüber
Peter Jähn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer Technology Services GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Technology Services GmbH filed Critical Bayer Technology Services GmbH
Publication of EP1384502A1 publication Critical patent/EP1384502A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1384502B1 publication Critical patent/EP1384502B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/93—Heating or cooling systems arranged inside the receptacle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0058—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having different orientations to each other or crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/47—Mixing liquids with liquids; Emulsifying involving high-viscosity liquids, e.g. asphalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0422—Numerical values of angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0486—Material property information
    • B01F2215/0495—Numerical values of viscosity of substances

Definitions

  • the invention relates to a combination of static mixer and heat exchanger for the processing of thermally sensitive viscous media, consisting of several parallel side by side, one above the other or staggered tubes which are transversely at an angle, preferably of 90 ° to the product flow direction in a housing and be streamed.
  • the tubes have on the outer diameter raised radially arranged webs or curved, which are arranged axially offset from the tube axis and are offset from each other on the tube axis.
  • the raised contours are arranged so that a good mixing effect occurs in particular for viscous and highly viscous substances and mixtures and at the same time a fast product-gentle temperature control is made possible by the significantly enlarged outer tube surface.
  • tubes with external wound or pressed or welded technically thin sheet metal discs are still known.
  • the outer thin disks do not have complete contact with the actual support tube, so that they are preferably used for use for temperature control of air in the highly turbulent flow region.
  • These designs are not pressure-stable and have no mixing properties for viscous substances in the laminar flow range. Therefore, such pipe systems are not suitable for the tempering of viscous and highly viscous liquids.
  • these outer panes and the support tube completely coated with a Niedertemperaturlot to increase product contact areas and thus increase the heat conduction.
  • the solders used e.g., zinc, tin
  • the solders used can not be used in chemical processes with high corrosion requirements, furthermore, the mechanical strength of such solders, especially at high temperature stress, is very low.
  • the temperature-controllable static mixer reactor (DE 2 839 564 A1) is known. This reactor mixes the product flowing through, wherein the mixing internals consist of meandering curved tubes. This device exists from a heatable housing, in which the mixing internals are replaced by a specially shaped meander tube bundle.
  • the pipe bundle consists of several parallel curved thin tubes.
  • the ends of the tubes are welded to a flange from which the heating or cooling agent is fed to control the temperature of the Produlctstroms.
  • the parallel curved tubes are inserted as tempered internals parallel to the flow direction of the product in the housing.
  • the meandering tubes are at an alternating angle in the product flow direction and extend across the hydraulic diameter of the housing.
  • the parallel tubes in the bundle intersect each other in the axial direction of the housing, according to the known principle of the static mixer.
  • the mixing tubes show in this construction a round to elliptical inflow cross-section, the tubes are inclined to the product flow at an angle, so that only a small distributing deflection or mixing of the product stream to be tempered takes place. Since flowed round profiles have a low mixing effect, a homogeneous temperature distribution in a highly viscous product flow in a short way is not sufficient.
  • the length of the insertable meander tube bundle is always a multiple of the hydraulic housing diameter.
  • the meandering curved tubes have a large heat transferring area due to their elongated length. Through the connecting flange, the supply and removal of the liquid heat carrier takes place, which emits its energy through the product flow around the tube bundle. In particular, in the tempering of viscous substances that have heat-insulating properties, the large heating surface can not be used effectively, since the internals have no good mixing effect.
  • the bent pluggable tube bundles are susceptible to large pressure gradients. During start-ups or product clogging by highly viscous products high pressure gradients occur, so that the meandering curved heating / cooling tubes in the product flow direction tensile or pressure loaded and stretched. The internal heat-transmitting internals of the apparatus tend to deform and further tempering of the product by the then missing deflection of the product is no longer possible. The unwanted stretching of the tube bundle is irreparable and can lead to system downtime with high failure costs.
  • the temperature-controllable meandering tube bundle Due to the ideally stretched length of the individual tube and the small flow cross-section, the temperature-controllable meandering tube bundle shows a high pressure loss and a long residence time on the temperature control side. Both, pressure loss and residence time e.g. of the tempering medium in the meandering coils leads to high differences between the inlet and outlet temperature and reduces the important for heat transfer average temperature difference crucial. Due to this, the performance of such meandering tube bundles is low. In practice, a plurality of tube bundles are often connected in series, which in turn increases the investment costs, the pressure loss, the residence time of the material to be tempered and increases the assembly costs.
  • a uniform and gentle tempering of highly viscous, single-phase or multiphase product streams with a simultaneously low residence time can be achieved with the known systems, e.g. Static mixers with heatable housings or the temperature-controlled meandering tube bundles do not take place.
  • Another temperature-controllable static mixer reactor describes EP-A-1067352.
  • This reactor consists of a channel in which the highly viscous material flow flows in the shell space of a specially arranged tube bundle and static mixers are placed in the tube bundle.
  • the static mixer consists of crossing each other Web plates whose width, length and distance between each other are proportional to the pipe diameter and which show at an angle of 42 ° to 48 ° to the pipe axis. The mixing with this system is also not sufficient to achieve the desired uniform and gentle tempering.
  • the new temperature-controlled static mixer should have a low pressure drop on the heat transfer medium side, so that can be expected with large temperature differences to the temperature-controlled product flow. Furthermore, the new apparatus concept should be applicable to large hydraulic housing diameters. Additional improvements in terms of high mechanical strength, high pressure gradient capability, and the ability to use a variety of heat-conductive and corrosion-resistant materials to meet different product requirements would be advantageous.
  • the invention is intended to show significant advantages for the use of viscous to highly viscous substances (viscosity 0.001 to 20,000 Pa.s).
  • the mechanical stability during start-up procedures or during assembly should be increased so that a higher level of operational reliability is achieved.
  • the new apparatus will be a compact heat exchanger, which can be installed in production plants with a low installation wall and low production costs.
  • the object of the invention is to provide a static mixer / heat exchanger in summary, which avoids the disadvantages of the known constructions of the prior art, allows a significantly improved temperature control with lower apparatus volume, reduces the manufacturing cost of the apparatus and a higher robustness, reliability and durability than known heat exchangers having.
  • the object is achieved by a mixer / heat exchanger according to the preamble of claim 1 with the characterizing features of claim 1.
  • the invention relates to a static mixer / heat exchanger for the treatment of viscous and highly viscous products, comprising at least one optionally temperature-controlled housing for passage of the product, in particular transverse to the main flow direction of the product at least two, preferably one behind the other arranged temperable tubes, in particular tempered by passage a heat transfer medium, are arranged distributed on the circumference of the tubes a plurality of heat exchanger webs, characterized in that the heat exchanger webs along each tube in at least two parallel layers are aligned and the webs of the various layers by an angle ⁇ of 45 ° 135 °, preferably from 70 ° to 100 °, more preferably from 85 ° to 95 ° to each other about the axis of the tube are arranged rotated and that the webs of the various layers to the main flow direction of the product by the Geh use at an angle ⁇ are of ⁇ 10 ° to ⁇ 80 °.
  • the webs of the various layers are in a preferred embodiment to the main flow direction of the product through the housing at an angle ⁇ from + 30 ° to ⁇ 60 °, and more preferably at an angle ⁇ of ⁇ 40 ° to ⁇ 50 °.
  • a mixer / heat exchanger characterized in that a web which faces this web on the pipe is arranged for each web of a layer. In the simplest case, both webs then face each other on the pipe exactly at an angle of 180 °.
  • a mixer / heat exchanger characterized in that the webs of the various layers of webs over the length of the tube are arranged alternately. This further improves the mixing effect.
  • the webs are formed so that the webs of the various web layers are arranged along the tubes to each other in gap.
  • the distances of the webs of the various layers along the tube to each other to gap to reduce the pressure loss.
  • the distances of the webs of the various layers along the tube are chosen so that the gap between rohraxialen adjacent webs is greater than the respective web width.
  • the gaps increase the product flow area and reduce the pressure loss. If the gaps are smaller than the respective axial web width, the pressure loss and at the same time the heat-transferring surface of the tubes increases.
  • the web width / gap ratio between two webs of two adjacent web layers is less than 1, preferably less than 0.7 and particularly preferably less than 0.5 in order to reduce the pressure loss.
  • a mixer / heat exchanger characterized in that a plurality of tubes with webs in the housing are mounted side by side transversely to the main flow direction.
  • the direction parallel to the longitudinal extent of the housing is referred to, which follows the product flow, with a tubular housing the direction parallel to the central axis of the housing.
  • the tubes have tempering channels for the passage of a liquid heat carrier, wherein in the outflow of each channel, a nozzle with a reduced relative to the channel hydraulic diameter, for limiting the flow rate of the temperature control is attached.
  • the diameter of the nozzle is only half as large as the hydraulic channel diameter of the respective tube.
  • the preferred integrated nozzle at the end of the tempering channel, in the discharge area of the tubes, reduces the flow rate of the liquid tempering medium when the channel is completely flooded. This increases the uniform flow through many parallel arranged straw pipes of the mixer / heat exchanger.
  • the housing of the mixer / heat exchanger has a separate supply and a separate dissipative housing portion for the heat transfer medium to the Supply inflow or outflow of the temperature control. In this case, there is a forced flow through the straw tubes.
  • the temperature-controlled mixer / heat exchanger may have a circular (hydraulic) or a rectangular cross-section, so that the cross-sectional shape of the module of the procedural need can be adjusted.
  • the mixer has a height of length to diameter L / D ⁇ 10, preferably with larger diameters, the L / D ratio is ⁇ 5 and more preferably the L / D ratio is ⁇ 1.
  • a preferred variant of the mixer / heat exchanger is characterized in that pipes which are provided with webs in a plurality of planes one behind the other (in the main flow direction), in particular pipes provided with different web forms or variants of execution, are mounted in the housing.
  • this multi-stage design makes it possible to mix the mixed material more intensively on the other hand, and on the other hand, a temperature gradient along the mixing section is made possible by the different heating surfaces of the tubes standing one behind the other in the product flow direction.
  • the outer webs can form mutually defined gaps.
  • the vertical pipe distances "h” gaps between the individual mixing levels can form, so that a pressure loss reduction occurs and a good welding connection of the trained in segments mixing elements with the housing is possible.
  • a preferred mixer / heat exchanger is constructed such that the radial extent of the adjacent adjacent heat exchanger webs overlaps on adjacent tubes.
  • the variation of the tube spacing transversely to the product flow direction or the variation of the distances in the product flow direction enables an improvement of the mixing and tempering processes with a simultaneously smaller volume of the apparatus (hold-up).
  • hold-up When flowing through the mixer / heat exchanger takes place in a close arrangement, an intermeshing of Temperierstege, juxtaposed or successively arranged pipes. This increases the flow rate and, as a result, the temperature control and mixing performance.
  • Preference is furthermore a mixer / heat exchanger, characterized in that the radial webs are hollow on the tubes and the web cavity has a direct connection to the tube interior.
  • the guide surfaces of the webs are sublime structured, so that the heat-exchanging surface is further increased and additional mixing or flow effects occur especially when passing low-viscosity materials.
  • the radial extent of the webs and thereby increased effective heat exchange surface while reducing the local pressure loss can not be chosen arbitrarily large due to the heat conduction properties of the pipe material used and the substance-specific heat transfer coefficient of the product to be tempered.
  • a large radial extent of the webs can take place when the webs are hollow and the web cavity has a direct connection to the channel of the pipe. Is the process side a high dispersing performance demanded the radial extent of the webs can be made large, so that the webs overlap in different planes or webs of adjacent tubes interlock.
  • the tubes with hollow webs can be produced in one piece by casting. Due to modern welding processes (laser welding) also a welded construction is economical.
  • the inner wall of the tubes has a contouring to increase its surface, in particular in the form of longitudinal ribs.
  • the outer surfaces of the tempering tubes and in particular the webs are preferably provided with contours in order to increase the product-side heat transfer surface.
  • the mixer / heat exchanger is preferably designed so that the tubes are provided with an electrical resistance heater.
  • the mixer / heat exchanger is used as a heater with electrical heating cartridges inserted into the pipes, the separately formed conducting and dissipating pipes for temperature control medium are dispensed with, so that the pipes which are directly connected to the enclosing housing can be fitted on one side with the heating cartridges.
  • the temperature range of the mixer / heat exchanger is from -50 ° C to + 300 ° C. Above 300 ° C, the mixer / heat exchanger can be operated with electric heating cartridges up to 500 ° C.
  • a further preferred design of the mixer / heat exchanger is advantageous, which is characterized in that Tubes and / or the webs are coated on their wetted surface with a catalyst.
  • the tubes of the mixer / heat exchanger are integrally formed, e.g. in that the tubes are manufactured with bars in the casting process or as a forging.
  • the production of the pipes with bars or the pipes through casting or forming technology has cost advantages.
  • the homogeneous material structure ensures good heat conduction from the temperature control medium flowing through to the outer surface in contact with the product and prevents cold bridges.
  • metallic, alloyed CrNi materials, Cu compounds, aluminum, titanium, high-alloy nickel steels or precious metals are preferred materials.
  • the mixing action and heat exchanger function are particularly effective in a preferred mixer / heat exchanger in which the straw tubes are arranged in the housing transversely to the main flow direction of the product at an angle ⁇ of at most +/- 15 degrees.
  • a preferred mixer / heat exchanger is advantageous in which tubes are provided in the housing in several levels in the flow direction one behind the other with webs, and the tubes of the planes have differently dimensioned webs in comparison to the webs of the tubes of adjacent planes.
  • a mixer / heat exchanger characterized in that at least one behind the other arranged two parallel flocks of tubes with webs have different web shapes.
  • a mixer / heat exchanger is constructed, characterized in that at least one tube with webs in a plane is guided on one side with a pipe extension through the zu oftenden or dissipating tempering outside the housing and the channel of the web tube is closed on one side and at least two radial openings forms a connection from the channel of the web tube to the product chamber through which flows through the mixer / heat exchanger in order to direct an additional liquid or gaseous component into the main stream of the mixed material and to mix directly.
  • the direct feed of an additional substance via an outwardly extended web tube allows the use of the mixer / heat exchanger as a reactor.
  • a dye or an additive or an entraining agent can be metered in, e.g. to dye viscous products, to realize admixtures or to supply cleaning agents for a downstream purification stage.
  • Another procedural use becomes possible when e.g. a reaction component is metered into the main stream via the flow cross section of the mixer / heat exchanger, thereby initiating or starting a chemical reaction. A possibly resulting heat of reaction, by the start of an exothermic reaction, can be removed immediately in order to keep the process isothermal.
  • a further preferred embodiment of the invention with plug-in temperature control units is possible if the housing of the product-side flow channel has lateral openings in the flow direction through which the tempering unit can be inserted transversely to the flow direction, so that the product-side flow cross section is completely filled with the temperature-controllable static mixer unit.
  • Several plug-in temperature control units can then be introduced into the product-carrying channel of the housing, each offset by 90 degrees in the main flow direction.
  • the single-sided adjustable temperature control units in this version are one-sided with heating medium supplied, so that over a prolonged extending into the tempering Kappilare the tempering the flow conditions of the heat exchanger means uniform and eliminates a further narrowing of the tempering.
  • mixer / heat exchanger tubes with outer webs or baffles are arranged one above the other in a U-shaped housing and welded both U-shaped housing shells to a sealed housing, so that forms a rectangular flow area for the product to be tempered ( Figure 2, 2a).
  • Another user-friendly design of the mixer / heat exchanger is when tempering Stegrohrenden each in separate heating pockets, for the supply and discharge of the temperature, used, welded and unilaterally provided with a flange to be used as pluggable temperature control units in a customized housing.
  • the stacked tubes with the single-sided distributor pockets can be pushed into tempered housings as plug-in units.
  • there is a particularly large amount of heating surface in a small space so that a temperature-gentle temperature control takes place with a short residence time.
  • a special advantage for the user is the possibility of cleaning the temperature-controlled mixer unit.
  • mixers / heat exchangers can be arranged one behind the other, optionally in combination with known static mixers.
  • the mixer / heat exchanger can thereby be arranged at an angle ⁇ of 45 to 135 °, for example of 90 ° to the housing center axis rotated to each other.
  • the mixer / heat exchanger is a powerful tempering apparatus that provides high heat transfer performance even at laminar flow rates.
  • the mixer / heat exchangers according to the invention are preferably suitable for the construction of backmixing-poor flow reactors, for carrying out exothermic and endothermic processes.
  • a rapid heat exchange is desired and after dwell time regions which have less temperature-regulating effect and only a mixing is required is distinguished.
  • Residence time ranges of flow reactors may be e.g. tempered tubes be used with known static mixers.
  • the main application of the invention is in the field of gentle rapid tempering of viscous to highly viscous material systems.
  • in addition to an effective temperature always a good and effective mixing is required to achieve temperature stability across the flow cross-section.
  • additives or dyes can be mixed in so that additional mixing sections can be dispensed with in a process plant.
  • entrainers can be metered directly into the melt, at the same time takes place by the effective temperature gentle gentle heating of the polymer to a higher temperature level, without initiating a thermal product damage, so that a downstream Evaporation step as a purification step, for example, a lower-boiling undesirable component, can be performed.
  • mixers / heat exchangers can be used to design backmixing tube reactors. It can e.g. a reaction component over the additional feed of a preferred mixer / heat exchanger evenly distributed in the reaction space (product space). In endothermic reactions, the energy required for the reaction can be supplied directly in the course of the flow. If heat is generated during the reaction, the reaction heat can be dissipated directly when a refrigerant is added.
  • small, compact high-performance heat exchangers for low-viscosity and high-viscosity, liquid and gaseous substances can be formed.
  • the apparatuses show a very stable design, can be used due to the stable design at high pressure gradients, have a large heat transfer surface and work backmixing.
  • the advantages are particularly noticeable due to small residence times.
  • the flow behavior of very high-viscosity material systems implies a very high pressure drop, which is why only small flow velocities are economically possible.
  • the expert speaks of creeping currents.
  • the heat exchange between the heat transfer medium and the product is particularly bad.
  • an intensive mixing process is necessary to achieve a gentle and uniform heating of the product.
  • the temperature of the product is carried out with a corresponding arrangement of the tubes with very small residence time and a small residence time spectrum, so that in particular temperature-sensitive substances can be tempered with the mixer / heat exchanger according to the invention.
  • the apparatus always works with small temperature differences between the inlet and outlet of the heat carrier or the coolant, so that a high power transfer when tempering and a very good use of secondary energy is possible.
  • the invention enables compact, pressure-resistant and inexpensive heat transfer apparatuses or backmixing poor tube reactors.
  • the form of plug-in mixer / heat exchanger units into appropriate tempered housings results in particularly easy-to-use appliances that allow easy cleaning.
  • the width of the web region is chosen here such that two web layers, each with two webs 2a, 2a 'and 2b, 2b', are arranged radially offset from one another in the housing 6 along the tube axis, and they adjoin each other without gaps in their axial extent (see FIG 1a).
  • the shape or configuration of the webs and the web surface condition may be different.
  • the surface of the lands and the pipe may be structured by raised knobs, warts or grooves to increase the heat transferring area and to produce additional flow effects. Essentially, it depends on the process task or requirement. Examples are given in FIGS. 3 to 9.
  • the webs may be arranged radially symmetrically (as in FIGS. 3-5) or also asymmetrically (FIGS. 7-9) on the outer circumference of the tube 1 and may show different angles relative to one another, it also being possible to combine different web shapes with one another and FIG -9 correspond with each other.
  • the ridge shape may differ from the radial simple shape in that they additionally show a curved shape as a vane, which is particularly advantageous when the concentric regions intersect and secondary flows are forced.
  • FIG. 3a show a cross-section or longitudinal section through a tube 1 similar to FIG. 1 with two webs 32a, 32a 'which have a constant diameter and have a flattening 31 transverse to the main flow direction 21 at their ends.
  • the webs 42 a, 42 a ' are tapered in cross-section at the end.
  • the webs 52a, 52a 'according to the variant of FIG. 5, 5a are similar to FIG. 4, but with widened foot according to the diameter of the tube 1 executed.
  • Fig. 6 shows a variant of a web tube 1 similar to that of FIG. 5, but with only one web 62 'in a web position.
  • the design according to FIG. 7 combines web shapes according to FIGS. 4 and 5 here with different radial extent of the webs 72, 72 '.
  • Fig. 8 which is similar to Fig. 7, both webs 82, 82 'in cross-section and at an angle of 170 ° C are rotated around the tube axis to each other.
  • the angular offset is 90 ° C., between the webs 92 and 92 'compared with the arrangement according to FIG. 7.
  • the heat-transferring surface on the product-contacted side and also the flow around the pipe and thus the important mixing process can be favored.
  • a defined arrangement of the webs on the outer circumference of the tube is useful to achieve in addition to the heat transfer and an effective mixing effect.
  • the inner contour of the straw tubes 1, which is in contact with the temperature control can also be equipped with ribs. As a result, the heating surface is significantly increased on the heat or brine side.
  • the tubular shape with any number or selectively arranged web areas on the outer pipe diameter can be produced economically by casting or in a forging process, thereby always ensures that there is a complete metallic contact between the pipe and raised outer contour.
  • the radial webs may be hollow, so that the web cavity has a direct connection to the temperature control and everywhere constant wall thicknesses are present. Requirements regarding mechanical strength and required compressive strength are made by appropriate choice of wall thickness.
  • the pipes can be made of different materials to ensure a sufficiently high corrosion resistance.
  • the casting process allows economical production of only a specific pipe length. Larger pipe lengths must be made by connecting several pipe units with a suitable welding process.
  • FIG. 2 Another mixer / heat exchanger is shown in Figure 2 in longitudinal section.
  • Six tubes 1 have two parallel layers of webs 2a and 2b, each with two radially offset webs 2a, 2a 'on the outer circumference of the tubes.
  • the tubes 1 project with one end into a heat carrier feed chamber 4 and end in a heat transfer chamber 5 (FIG. 2a).
  • the tubes 1 are welded to the supply 4 and the discharge chamber 5.
  • the tubes 1 are at an angle ⁇ of about 5 degrees transverse to the main flow direction 21 of the product.
  • the tubes 1 with the webs are positioned so that the webs are positioned at an angle ⁇ of 45 degrees to the product inlet 21.
  • the webs 2a are offset to the webs 2b at an angle ⁇ of 90 degrees.
  • the Zufiihrhunt 4 and discharge chamber 5 of the temperature control consist of a welded to the housing 6 pocket or a half pipe (not shown).
  • FIG. 10 shows a mixer / heat exchanger unit, with a rectangular housing 6 and three strut tubes 1, 1 ', 1 ".
  • the struts 12a, 12b correspond in their design to the types shown in FIG. 3 and are along the length of the tubes 1 , 1 ', 1 "arranged in an alternating position.
  • FIG. 11 In the cross section in FIG. 11 along the line CC from FIG. 10, it can be seen that two chambers 4, 5 are formed by an outer casing 15, which chambers are connected to a supply line 16 or a discharge line 17 for a liquid heat carrier (see FIG 12).
  • the tubes 1, 1 ', 1 "are flowed through by the heat transfer medium 18 during operation, as shown in Fig. 11. At their one end, the tubes 1, 1', 1" have a constriction 3 'in the channel 3.
  • the mixer / heat exchanger (see cross-sectional view in FIG. 12) has a rectangular product flow area formed by the housing 6.
  • shaped mixer / heat exchanger units are arranged one behind the other in the flow direction and connected flush to a product line. The product flows through the units according to FIG. 10 from above (flow direction 21).
  • Another way of supplying and discharging the heat transfer liquid is that around the heat exchanger housing with inner struts a ring or jacket tube, which in turn has two dividers to ensure a separation between flow and return of the heat carrier (see Figure 14), slipped and welded.
  • a ring or jacket tube which in turn has two dividers to ensure a separation between flow and return of the heat carrier (see Figure 14), slipped and welded.
  • the temperature-adjustable tubes 1 with their webs in the Anstrulbene of the product of different lengths.
  • the web shape and direction, in conjunction with the horizontal pipe distances "a" or the vertical pipe distances "h” with each other form an optimal temperature-mixable mixer / heat exchanger geometry, with large heat transfer surface and high mixing effect.
  • the tubes with the outer webs can show different pipe spacings, they can be chosen so narrow that the concentric web areas overlap and the outer mixing webs intersect with each other (see Figure 13). Thereby, the heat transferring area per unit volume can be varied and the residence time of the product can be reduced.
  • the tubes in a plane can show different web shapes and arrangements.
  • FIG. 13 shows a mixer heat exchanger arrangement similar to that shown in FIG. 10, but with two further rows of stanchions 131, 132 arranged one behind the other in the product flow direction 21.
  • the first series of string tubes 1, 1 ', 1 "with webs 12 a, 12 b corresponds to the shape shown in Fig. 10.
  • the tubes 131, 132 are arranged with the outer webs in such a way that the terminal webs in each case face the housing 6 in a defined gap in order to allow the flow tubes, in particular to the housing wall 6, to flow around as completely as possible (FIG. 13, level 2u ).
  • This gap prevents the formation of dead spaces in the direction of flow, in which products can be deposited which reduce the quality of the products due to long temperature stress leads.
  • the temperature-controllable mixers / heat exchangers can be used to distribute a component to be admixed uniformly in the product.
  • small inlet openings 14 are introduced into the central tube 13 in the region of the webs 2a, 2b, which allow a politicianmischende component via a pipe extension (13) through the Schuffenraum to feed and uniformly introduced via the introduced openings 14 over the entire product flow cross-section ( Figure 14, 14a).
  • a combination of several mixers / heat exchangers 9, 9a, 9b, 9c to form a flow reactor is shown schematically in section in FIG.
  • the unit 9a here has an L / D ratio of 1.5 while the remaining units of the reactor have an L / D ratio of 0.75.
  • the units are offset from each other by 90 degrees.
  • the supplying heat transfer chambers 4 and dissipating town umankammem 5 of the mixer / heat exchanger units are all connected in parallel with the heat carrier supply.
  • the tempering tubes 1 with webs are indicated in the units 9, 9b by broken lines and in the units 9a, 9c by the crossing points of the broken lines.
  • the units in the horizontal and in the vertical plane or in the main flow direction 21 have different numbers of flow tubes for temperature control in order to effect a differentiated tempering and dispersing performance in the respective module.
  • the central tube is open only on one side (similar to the embodiment in Figure 14a) and extended by a capillary 13 on one side by the tempering 4 until outside the mixer / heat exchanger unit 9.
  • a metering pump the not shown in FIG. 15, can be connected to, for example, a further substance (additive, entrainment agent, reactants). over the entire flow cross-section of the module or the unit to dose and distribute. Holes or nozzles 14 along the tube in the product flow ensure a uniform distribution over the flow cross-section of the unit.
  • the inner diameter 3 of the tube in the outlet region to the dissipative heat transfer chamber is reduced in short distance, e.g. on the inner diameter 3 ', similar to that shown in Figure 11. If steam is used as an energy source, this narrowing of the inner diameter 3 of the tube 1 is not required.
  • Compact heat exchangers have the task in a short time a medium flowing through as high as possible, ie to heat as close to the heating medium temperature, so that due to a short-term temperature load no thermal damage to the product occurs.
  • Compact heat exchangers should have smaller apparatus dimensions, as known heat exchangers with the same performance, so that in a process engineering system only a small space requirement and thus low installation and investment costs arise.
  • An essential feature for comparing different types of heat exchangers is the heat transfer performance, the required heat exchange area and the product-side apparatus volume.
  • the mixer / heat exchanger according to the invention was compared with a device from the prior art (Offenlegungsschrift DE-2 839 564 A1).
  • the investigated mixer / heat exchanger according to the invention basically corresponded to the embodiment shown in FIGS. 2 and 2a with four rather than two tubes arranged side by side transversely of the product flow direction and overall nine instead of three seen in the flow direction 21 successively arranged tube packages (see Figure 2a).
  • a highly viscous substance (silicone oil) with a viscosity of 10 Pa.s was selected as the product and pumped through the heat exchangers with a gear pump, so that the mass flow could be determined gravimetrically in the outlet area of the respective apparatus.
  • the heat exchangers were connected to an electrically heated and regulated thermostat (heating power 3 kW) for the test. Water was chosen as the heat transfer medium so that the thermostat for the flow temperature at the thermostat was set to 90 ° C.
  • the inlet and outlet temperature of the heat transfer medium and the product side were measured by means of a Pt-100 thermocouple and registered and stored on a data acquisition system.
  • the apparatus data show constructive deviations. From Table 1 it can be seen that the mixer / heat exchanger has a shorter design and thus a lower product-side volume (hold-up). In addition, the mixer / heat exchanger has an effective heat transfer area of less than 0.01 square meters. Due to the design, a partial area of the housing is always tempered in the mixer / heat exchanger. For the evaluation of the test, the effective overall tempering surface has been used. From the experiments carried out, the measured temperatures and pressures, the characteristic characteristics were calculated and compared in Table 2 for both heat exchangers. The transferred heat output, the average heat transfer coefficient and the pressure loss were calculated from the recorded measured values.
  • Table 2 shows the calculated performance data of the heat exchangers for a constant volume flow (silicone oil) of approx. 30 l / h. ⁇ b> ⁇ u> Table 2 ⁇ / u> ⁇ /b> Stand d. technology Mixer / heat exchanger Heat transfer performance 400W 520 W Product inlet temperature 22.6 ° C 22.5 ° C Product exit temperature 55.2 ° C 67.3 ° C Average heat transfer coefficient 98 W / sqm / K 160 W / sqm / K Pressure loss (product page) 1.5 bar 1 bar
  • test result confirms a substantial improvement in the heat transfer performance with less residence time by the mixer / heat exchanger according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kombination von statischem Mischer und Wärmeaustauscher zur verfahrenstechnischen Behandlung thermisch empfindlicher viskoser Medien, bestehend aus mehreren parallel neben-, übereinander oder versetzt zueinander angeordneten Rohren, die quer in einem Winkel, vorzugsweise von 90°, zur Produktströmungsrichtung in einem Gehäuse stehen und angeströmt werden. Die Rohre besitzen auf dem äußeren Durchmesser erhabene radial angeordnete Stege oder auch gekrümmte, die axial zur Rohrachse versetzt angeordnet sind und auf der Rohrachse zueinander versetzt sind. Die erhabenen Konturen sind so angeordnet, dass insbesondere bei viskosen und hochviskosen Stoffen und Stoffgemischen eine gute Mischwirkung eintritt und gleichzeitig durch die wesentlich vergrößerte Rohraußenfläche eine schnelle produktschonende Temperierung erst ermöglicht wird.
  • Das schnelle gleichmäßige und schonende Temperieren von viskosen und hochviskosen Produkten, z.B. Polymerschmelzen, erfolgt nur ungenügend mit den bekannten unten beschriebenen Statikmischersystemen. Als direkte Heizfläche für derartige Aufgabenstellungen steht nur die äußere temperierte Gehäuse- oder Rohrwand zur Verfügung. Zur Temperierung eines Produktes, wird dieses mehrfach durch die bekannten Statikmischer von der Gehäuse- bzw. Rohrmitte zur temperierten Gehäusewand geleitet, so dass mit zunehmender Länge der Heizstrecke die gewünschte Produkttemperatur erreicht wird. Solche Temperieraufgaben erfordern aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der meisten organischen Stoffe lange temperierte Mischstrecken, die zu einer hohen Verweilzeit und hohem Druckverlust führen und dadurch viskose Stoffe (> 1 mPa.s) bei laminarer Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere solche mit temperaturempfindlichem Charakter, schädigen. Ein zusätzlicher Nachteil der langen Mischstrecken sind die hohen Bauart-bedingten Investitionskosten solcher Systeme. Nachteile, wie die geringe mechanische Stabilität und hohe Druckverluste bekannter Statikmischer führen zu großen Strömungsquerschnitten, die wiederum eine Temperierung erschweren.
  • Eine geringfügige Verbesserung bei Temperieraufgaben wird erreicht, wenn bekannte Statikmischer in Rohrleitungen oder in Gehäuse eingepresst bzw. eingewalzt werden. Dadurch wird ein begrenzter metallischer Kontakt zwischen der beheizten inneren Gehäusewand und den kleinen äußeren Querschnittsflächen der metallischen Statikmischer gebildet. Der eingezogene oder eingewalzte Statikmischer kann jedoch nur eine unzureichende Kontaktfläche mit der temperierten Gehäusewand bilden. Die Kontaktflächen sind erfahrungsgemäss nicht vollständig ausgebildet, so dass immer Spalte zur inneren Gehäusewand entstehen. Durch diese engen Spalte wird geringfügig, durch höhere Wärmeleiteigenschaften der metallischen Mischstege, Wärme radial in den Strömungsbereich des Statikmischers geleitet. Diese Methode ermöglicht nur bei sehr kleinen Gehäuse- bzw. Rohrdurchmessern eine geringe Verbesserung, da die Wärmeleitung zur Mitte des Statikmischers bzw. des Gehäuses durch die kleinen nicht vollständig ausgebildeten Kontaktflächen begrenzt ist. Weiterhin sind diese Spalte "Totstellen", die zur Stippenbildung, z.B. in Polymerschmelzen beitragen. Die Stippen (Verunreinigungen) mindern die Qualität der Verkaufsprodukte (z.B. Thermoplaste).
  • Etwas bessere Temperiereigenschaften besitzen bekannte Statikmischer, die in Gehäuse oder Rohrleitungen eingelötet sind. Das Einlöten erfordert ein präzises vorbereitetes Gehäuse bzw. Rohr und einen an seinem Außendurchmesser bearbeiteten Statikmischer, damit eine gute und vollständige Lötverbindung zustande kommen kann. Die mechanischen Vorbereitungen der einzulötenden Teile sind aufwendig und kostenintensiv. Eingelötete Statikmischer zeigen bei guter Verlötung eine gute Kontaktfläche zur inneren temperierten Gehäusewand. Aufgrund des geometrischen Aufbaus der Statikmischer ist die Kontaktfläche zur beheizten Gehäusefläche jedoch sehr klein, so dass nur eine geringfügig höhere Temperierleistung zum Produktstrom möglich ist. Die Vergrößerung der temperierten Fläche im Vergleich zu den eingewalzten Statikmischern ist nicht wesentlich höher, so dass Mischstecken mit gelöteten Statikmischern, nicht entscheidend verkürzt werden können. Das Lötverfahren ist wegen der begrenzten Lötofenbaugröße und wegen des Verzuges der Rohre beim Verlöten nur mit geringer Rohrlänge (i.a. < 2 m) möglich.
  • Durch das eingesetzte Lot, treten zudem häufig zusätzliche Korrosionsprobleme auf die bei der Anwendung solcher Mischer berücksichtigt werden müssen, damit z. B. Reinheit und Qualität eines Produkts durch Verunreinigungen infolge von Korrosion nicht verschlechtert wird.
  • Für die Wärmeübertragung bei flüssigen und gasförmigen Stoffen sind weiterhin Rohre mit äußeren aufgezogenen oder eingepressten bzw. schweißtechnisch angehefteten dünnen Blechscheiben bekannt. Die äußeren dünnen Scheiben besitzen keinen vollständigen Kontakt zum eigentlichen Trägerrohr, so dass sie für den Einsatz zur Temperierung von Luft im hochturbulenten Strömungsbereich vorzugsweise eingesetzt werden. Diese Ausführungen sind nicht druckstabil und besitzen keine mischenden Eigenschaften für viskose Stoffe im laminaren Strömungsbereich. Deshalb sind derartige Rohrsysteme für die Temperierung viskoser und hochviskoser Flüssigkeiten nicht geeignet. Zur Verbesserung der wärmeübertragenden Eigenschaften werden z.B. diese äußeren Scheiben und das Trägerrohr mit einem Niedertemperaturlot vollständig überzogen um produktberührte Flächen zu vergrößern und somit die Wärmeleitung zu erhöhen. Die verwendeten Lote (z.B. Zink, Zinn) sind in chemischen Prozessen mit hohen Karrosionsanforderungen nicht einsetzbar, des weiteren ist die mechanische Festigkeit solcher Lote, insbesondere bei hoher Temperaturbeanspruchung, sehr gering.
  • Weiterhin ist der temperierbare Statikmischer Reaktor (DE 2 839 564 Al) bekannt. Dieser Reaktor vermischt das durchströmende Produkt, wobei die mischenden Einbauten aus mäanderförmig gebogenen Rohren bestehen. Diese Vorrichtung besteht aus einem temperierbaren Gehäuse, in dem die mischenden Einbauten durch ein besonders geformtes Mäander - Rohrbündel ersetzt sind.
  • Das Rohrleitungsbündel besteht aus mehreren parallel verlaufenden gebogenen dünnen Rohren. Die Enden der Rohre sind an einem Flansch angeschweißt, von dem aus das Heiz- bzw. Kühlmittel zur Temperierung des Produlctstroms eingespeist wird.
  • Die parallel verlaufenden gebogenen Rohre werden als temperierte Einbauten parallel zur Strömungsrichtung des Produkts in das Gehäuse eingesteckt. Die mäanderförmigen Rohre stehen unter einem alternierenden Winkel in der Produktströmungsrichtung und verlaufen quer über den hydraulischen Durchmesser des Gehäuses. Die parallel angeordneten Rohre im Bündel kreuzen sich untereinander in axialer Richtung des Gehäuses, nach dem bekannten Prinzip der Statikmischer. Die mischenden Rohre zeigen bei dieser Konstruktion einen runden bis elliptischen Anströmquerschnitt, die Rohre sind zum Produktstrom unter einem Winkel geneigt, so dass nur eine geringe verteilende Umlenkung bzw. Mischung des zu temperierenden Produktstromes erfolgt. Da angeströmte runde Profile eine geringe Mischwirkung haben, ist eine homogene Temperaturverteilung in einer hochviskosen Produktströmung auf kurzem Weg nicht ausreichend.
  • Die Länge des einsteckbaren Mäander - Rohrbündels beträgt immer ein Vielfaches des hydraulischen Gehäusedurchmessers. Die mäanderformig gebogenen Rohre haben aufgrund ihrer gestreckten Länge eine große wärmeübertragende Fläche. Durch den Verbindungsflansch erfolgt die Zu- und Abfuhr des flüssigen Wärmeträgers, der seine Energie über das vom Produkt umströmte Rohrbündel abgibt. Insbesondere bei der Temperierung viskoser Stoffe, die wärmeisolierende Eigenschaften besitzen, kann die große Heizfläche nicht effektiv genutzt werden, da die Einbauten keine gute Mischwirkung haben.
  • Die gebogenen einsteckbaren Rohrbündel sind anfällig gegen große Druckgradienten. Bei Anfahrvorgängen oder bei Produktverstopfung durch hochviskose Produkte treten hohe Druckgradienten auf, so dass die mäanderförmig gebogenen Heiz-/ Kühlrohre in Produktströmungsrichtung zug- oder druckbelastet und gestreckt werden. Dabei neigen die inneren wärmeübertragenden Einbauten des Apparates zur Deformation und eine weitere Temperierung des Produkts durch die dann fehlende Umlenkung des Produkts ist nicht mehr möglich. Das ungewollte Strecken des Rohrbündels ist irreparabel und kann zum Anlagenstillstand mit hohen Ausfallkosten führen.
  • Das temperierbare mäanderförmige Rohrbündel zeigt aufgrund der ideal gestreckten Länge des Einzelrohres und des kleinen Strömungsquerschnittes einen hohen Druckverlust und eine lange Verweilzeit auf der Temperierseite. Beides, Druckverlust und Verweilzeit z.B. des Temperiermediums in den Mäanderschlangen, führt zu hohen Differenzen zwischen Ein- und Austrittstemperatur und reduziert die zur Wärmeübertragung wichtige mittlere Temperaturdifferenz entscheidend. Aufgrund dessen ist die Leistungsfähigkeit solcher mäanderförmigen Rohrbündel gering. In der Praxis werden häufig mehrere Rohrbündel hintereinander geschaltet, das erhöht wiederum die Investitionskosten, den Druckverlust, die Verweilzeit des zu temperierenden Stoffes und erhöht den Montageaufwand.
  • Ein gleichmäßiges und schonendes Temperieren von hochviskosen, einphasigen oder mehrphasigen Produktströmen bei gleichzeitig geringer Verweilzeit kann mit den bekannten Systemen, wie z.B. Statikmischern mit beheizbaren Gehäusen oder den temperierbaren mäanderförmigen Rohrbündeln nicht erfolgen.
  • Ein weiterer temperierbarer Statikmischer Reaktor beschriebt EP-A-1067352. Dieser Reaktor besteht aus einem Kanal, in dem der hochviskose Stoffstrom im Mantelraum eins speziell angeordneten Rohrbündel fließt und statische Mischer im Rohrbündel platziert sind. Der statische Mischer besteht aus sich kreuzend hindurchreichenden Stegplatten, dessen Breite, Länge und Abstand zwischen einander proportional zum Rohrdurchmesser sind und die in einem Winkel von 42 ° bis 48 ° zur Rohrachse zeigen. Die Durchmischung ist mit diesem System auch nicht ausreichend, um das gewünschte gleichmäßige und schonende Temperieren zu erreichen.
  • Daraus resultiert die Notwendigkeit einen temperierbaren Statikmischer zu entwickeln, der Heizkanäle im Produktstrom und gute Mischeigenschaften besitzt. Die neuen temperierbaren Statikmischer sollen einen geringen Druckverlust auf der Wärmeträgerseite besitzen, so dass mit großen Temperaturdifferenzen zum temperierbaren Produktstrom gerechnet werden kann. Des Weiteren soll das neue Apparatekonzept auf große hydraulische Gehäusedurchmesser anwendbar sein. Zusätzliche Verbesserung in Bezug auf eine hohe Robustheit gegen mechanische Einwirkungen, gegen hohe Druckgradienten und die Möglichkeit diverse wärmeleitende und korrosionsfeste Materialien einzusetzen, um den unterschiedlichen Produktanforderungen gerecht zu werden, wäre vorteilhaft.
  • Weitere Anforderungen bestehen bezüglich einer guten Anpassung auf unterschiedliche verfahrenstechnische Aufgabenstellungen hinsichtlich geringem Druckverlust auf der produktberührten und der temperierten Seite, hohe Mischleistung, eines geringen Verweilzeitspektrums auf der Produktseite, große Temperierfläche und hohe Wärmeübertragungsleistung. Die Erfindung soll für den Einsatz von viskosen bis hochviskosen Substanzen (Viskosität 0,001 bis 20 000 Pa.s) wesentliche Vorteile zeigen.
  • Die mechanische Stabilität bei Anfahrvorgängen bzw. bei Montagen soll erhöht werden, so dass auch eine höhere Betriebssicherheit erreicht wird.
  • Der neue Apparat soll ein Kompaktwärmeaustauscher sein, der mit einem niedrigen Installationswand und niedrigen Herstellungskosten in Produktionsanlagen eingebaut werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es zusammenfassend einen statischen Mischer/Wärmeaustauscher bereitzustellen, der die Nachteile der bekannten Konstruktionen des Standes der Technik vermeidet, eine wesentlich verbesserte Temperierung bei geringerem Apparatevolumen ermöglicht, die Herstellungskosten des Apparates reduziert und eine höhere Robustheit, Betriebssicherheit und Standzeit als bekannte Wärmeaustauscher aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Mischer/Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein statischer Mischer/Wärmeaustauscher für die Behandlung viskoser und hochviskoser Produkte, wenigstens umfassend mindestens ein gegebenenfalls temperierbares Gehäuse zur Durchleitung des Produktes, in dem insbesondere quer zur Hauptströmungsrichtung des Produkts mindestens zwei, bevorzugt hintereinander angeordnete temperierbare Rohre, insbesondere temperierbar mittels Durchleitung eines Wärmeträgermediums, angeordnet sind, wobei auf dem Umfang der Rohre eine Vielzahl von Wärmeaustauscherstegen verteilt angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherstege entlang jedes Rohres in mindestens zwei parallelen Lagen ausgerichtet sind und die Stege der verschiedenen Lagen um einen Winkel α von 45° bis 135°, bevorzugt von 70° bis 100°, besonders bevorzugt von 85° bis 95° zueinander um die Achse des Rohres verdreht angeordnet sind und dass die Stege der verschiedenen Lagen zur Hauptströmungsrichtung des Produktes durch das Gehäuse unter einem Winkel β von ±10° bis ±80° stehen.
  • Die Stege der verschiedenen Lagen stehen in einer bevorzugten Ausführung zur Hauptströmungsrichtung des Produktes durch das Gehäuse unter einem Winkel β von +30° bis ±60° und besonders bevorzugt unter einem Winkel β von ±40° bis ±50°.
  • Bevorzugt ist ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Steg einer Lage ein zu diesem Steg auf dem Rohr gegenüberstehender Steg angeordnet ist. Im einfachsten Fall stehen sich beide Stege dann auf dem Rohr genau in einem Winkel von 180° gegenüber.
  • Bevorzugt ist auch ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege der verschiedenen Lagen von Stegen über die Länge des Rohres gesehen alternierend angeordnet sind. Damit wird die Mischwirkung weiter verbessert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stege so ausgebildet, dass die Stege der verschiedenen Steglagen entlang der Rohre zueinander auf Lücke angeordnet sind.
  • Zur Verarbeitung höher viskoser Produkte sind, in einer alternativen Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers, die Abstände der Stege der verschiedenen Lagen entlang des Rohres zu einander auf Lücke um den Druckverlust zu erniedrigen.
  • Zur Verarbeitung höher viskoser Produkte sind, in einer alternativen Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers, die Abstände der Stege der verschiedenen Lagen entlang des Rohres so gewählt, dass die Lücke zwischen rohraxialen benachbarten Stegen größer ist als die jeweilige Stegbreite.
  • Die Lücken vergrößern den Produktströmungsquerschnitt und reduzieren den Druckverlust. Sind die Lücken kleiner als die jeweilige axiale Stegbreite erhöht sich der Druckverlust und gleichzeitig auch die wärmeübertragende Fläche der Rohre.
  • In einer besonderen Ausführungsform ist das Stegbreite-/Lückenverhältnis zwischen zwei Stegen zwei benachbarter Steglagen kleiner 1, bevorzugt kleiner 0,7 und besonders bevorzugt kleiner 0,5, um den Druckverlust zu reduzieren.
  • Bevorzugt ist ebenfalls ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohre mit Stegen in dem Gehäuse quer zur Hauptströmungsrichtung nebeneinander angebracht sind.
  • Unter Hauptströmungsrichtung des Produktes wird die Richtung parallel zur Längsausdehnung des Gehäuses bezeichnet, die dem Produktstrom folgt, bei rohrförmigem Gehäuse die Richtung parallel zur Mittelachse des Gehäuses.
  • In einer bevorzugten Form des Mischer/Wärmeaustauschers besitzen die Rohre Temperierkanäle für die Durchleitung eines flüssigen Wärmeträgers, wobei im Ausströmbereich jedes Kanals eine Düse mit einem gegenüber dem Kanal verkleinerten hydraulischen Durchmesser, zur Begrenzung der Durchflussmenge des Temperiermittels, angebracht ist.
  • Bevorzugt ist der Durchmesser der Düse nur halb so groß wie der hydraulische Kanaldurchmesser des jeweiligen Rohres.
  • Die bevorzugte integrierte Düse am Ende des Temperierkanals, im Ausströmbereich der Rohre, reduziert die Durchflussmenge des flüssigen Temperiermediums bei vollständig geflutetem Kanal. Dadurch erhöht sich die gleichmäßige Durchströmung vieler parallel angeordneter Stegrohre des Mischer/Wärmeaustauschers.
  • In einer besonders bevorzugten Form des Mischer/Wärmeaustauschers weist das Gehäuse des Mischer-/Wärmeaustauschers einen separaten zuleitenden und einen separaten ableitenden Gehäusebereich für das Wärmeträgermedium auf, um die Einström- bzw. Ausströmbereiche der Temperierkanäle zu versorgen. Dabei erfolgt eine erzwungene Durchströmung der Stegrohre.
  • Der temperierbare Mischer/Wärmeaustauscher kann einen kreisrunden (hydraulischen) oder einen rechtwinkligen Querschnitt zeigen, so dass die Querschnittsform des Moduls der verfahrenstechnischen Notwendigkeit angepasst werden kann. Der Mischer hat eine Bauhöhe von Länge zu Durchmesser L/D<10, vorzugsweise bei größeren Durchmessern ist das L/D-Verhältnis <5 und besonders bevorzugt ist das L/D-Verhältnis <1.
  • Eine bevorzugte Variante des Mischer/Wärmeaustauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse in mehreren Ebenen hintereinander (in Hauptströmungsrichtung) mit Stegen versehene Rohre, insbesondere mit verschiedenen Stegformen- bzw. -ausführungsvarianten versehene Rohre, angebracht sind. Diese mehrstufige Ausführung ermöglicht einerseits ein örtlich intensiveres Vermischen des Mischgutes andererseits wird durch die unterschiedliche Heizfläche der hintereinander in Produktströmungsrichtung stehenden Rohre ein Temperaturgradient entlang der Mischstrecke ermöglicht.
  • Durch Wahl der Abstände "a" (vergleiche Fig. 13) der horizontalen Rohre können die äußeren Stege zueinander definierte Spalte bilden. Durch Variation der vertikalen Rohrabstände "h" können sich Spalte zwischen den einzelnen Mischebenen bilden, so dass eine Druckverlustminderung eintritt und eine gute schweißtechnische Verbindung der in Segmenten ausgebildeter Mischelemente mit dem Gehäuse möglich ist.
  • Zur weiteren Intensivierung der Mischwirkung und Temperierung ist ein bevorzugter Mischer/Wärmeaustauscher so aufgebaut, dass sich die radiale Ausdehnung der auf benachbarten Rohren angeordneten, jeweils benachbarten Wärmeaustauscherstege überschneidet.
  • Die Variation der Rohrabstände quer zur Produktströmungsrichtung oder die Variation der Abstände in Produktströmungsrichtung ermöglicht eine Verbesserung der Misch- und Temperiervorgänge bei gleichzeitig geringerem Apparatevolumen (Hold-up). Beim Durchströmen des Mischer/Wärmeaustauschers erfolgt bei enger Anordnung ein Ineinandergreifen der Temperierstege, der nebeneinander oder hintereinander angeordneten Rohre. Das erhöht die Strömungsgeschwindigkeit und in Folge die Temperier- und Mischleistung.
  • Bevorzugt ist weiterhin ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung der Stege mindestens das 0,5-fache bis zum 30-fachen, bevorzugt mindestens das 5-fache bis zum 15-fachen des Innendurchmessers des damit verbundenen Rohres beträgt.
  • Bevorzugt ist weiterhin ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Stege auf den Rohren hohl sind und der Steghohlraum eine direkte Verbindung zum Rohrinnenraum hat.
  • In besonderen Ausführungen sind die Leitflächen der Stege erhaben strukturiert, so dass die wärmeaustauschende Fläche weiter vergrößert wird und zusätzliche Misch- bzw. Strömungseffekte insbesondere bei Durchleitung von niederviskosen Stoffen auftreten.
  • Die radiale Ausdehnung der Stege und die dadurch vergrößerte wirksame Wärmeaustauschfläche bei gleichzeitiger Verminderung des lokalen Druckverlustes kann aufgrund der Wärmeleiteigenschaften des verwendeten Rohrwerkstoffes und der stoffspezifischen Wärmeübergangskoeffizienten des zu temperierenden Produkts nicht beliebig groß gewählt werden. Eine große radiale Ausdehnung der Stege kann erfolgen, wenn die Stege hohl ausgebildet sind und der Steghohlraum eine direkte Verbindung zum Kanal des Rohres hat. Ist prozessseitig eine hohe Dispergierleistung gefordert kann die radiale Ausdehnung der Stege groß gewählt werden, so dass sich die Stege in verschiedenen Ebenen überschneiden bzw. Stege benachbarter Rohre ineinander greifen. Die Rohre mit hohlen Stegen können gießtechnisch einstückig hergestellt werden. Aufgrund moderner Schweißverfahren (Laser-Schweißung) ist auch eine Schweißkonstruktion wirtschaftlich.
  • Ebenfalls bevorzugt ist eine Variante des Mischer/Wärmeaustauschers, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der Rohre eine Konturierung zur Vergrößerung ihrer Oberfläche aufweist, insbesondere in Form von Längsrippen. In Analogie zum Innenraum des Temperierrohres sind bevorzugt die äußeren Flächen der Temperierrohre und insbesondere die Stege mit Konturen versehen, um die produktseitige Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern.
  • Alternativ ist der Mischer/Wärmeaustauscher bevorzugt so gestaltet, dass die Rohre mit einer elektrischen Widerstandsheizung versehen sind.
  • Kommt der Mischer/Wärmeaustauscher als Erhitzer mit in die Rohre eingesteckten elektrischen Heizpatronen zum Einsatz, entfallen die separat ausgebildeten zuleitenden und ableitenden Leitungen für Temperiermittel, so dass die Rohre die mit dem umschließenden Gehäuse direkt verbunden sind, einseitig mit den Heizpatronen bestückt werden können.
  • Bei Verwendung flüssiger Temperiermittel liegt der Temperaturbereich des Mischer/Wärmeaustauschers von -50°C bis +300°C. Oberhalb von 300°C kann der Mischer/Wärmeaustauscher mit elektrischen Heizpatronen bis zu 500°C betrieben werden.
  • Für die Durchführung katalysierter Prozesse ist eine weitere bevorzugte Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers von Vorteil, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rohre und/oder die Stege auf ihrer von Mischgut berührten Fläche mit einem Katalysator beschichtet sind.
  • Bevorzugt sind die Stegrohre des Mischer/Wärmeaustauscher einstückig ausgebildet, z.B. dadurch, dass die Rohre mit Stegen im Gießverfahren oder als Schmiedestück gefertigt sind.
  • Die Fertigung der Rohre mit Stegen bzw. der Stegrohre durch Gieß- oder Umformtechnik hat Kostenvorteile. Insbesondere wird durch das homogene Werkstoffgefüge eine gute Wärmeleitung vom durchfließenden Temperiermittel zur produktberührten Außenfläche gesichert und Kältebrücken vermieden. Aus diesem Grunde sind insbesondere metallische, legierte CrNi-Werkstoffe, Cu-Verbindungen, Aluminium, Titan, hochlegierte Nickelstähle bzw. Edelmetalle als Werkstoffe bevorzugt.
  • Die Mischwirkung und Wärmeaustauscherfunktion sind besonders wirksam in einem bevorzugten Mischer/Wärmeaustauscher, bei dem die Stegrohre in Querrichtung zur Hauptströmungsrichtung des Produktes unter einem Winkel γ von höchstens + / - 15 Grad in dem Gehäuse angeordnet sind.
  • Bei besonderen Mischaufgaben ist ein bevorzugter Mischer/Wärmeaustauscher vorteilhaft, bei dem in dem Gehäuse in mehreren Ebenen in Strömungsrichtung hintereinander mit Stegen versehene Rohre angebracht sind, und die Rohre der Ebenen unterschiedlich dimensionierte Stege im Vergleich zu den Stegen der Rohre benachbarter Ebenen aufweisen.
  • Bevorzugt ist ein Mischer/Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens hintereinander angeordnet zwei parallele Scharen von Rohren mit Stegen unterschiedliche Stegformen besitzen.
  • Besonders bevorzugt ist ein Mischer/Wärmeaustauscher aufgebaut, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rohr mit Stegen in einer Ebene einseitig mit einer Rohrverlängerung durch den zuleitenden oder ableitenden Temperierbereich nach außerhalb des Gehäuses geftihrt ist und der Kanal des Stegrohres an einer Seite verschlossen ist und mindestens zwei radiale Öffnungen eine Verbindung vom Kanal des Stegrohres zum durchströmten Produktraum des Mischer/Wärmeaustauschers bildet, um eine zusätzliche flüssige oder gasförmige Komponente in den Hauptstrom des Mischgutes zu leiten und unmittelbar zu vermischen.
  • Die direkte Einspeisung einer zusätzlichen Substanz über ein nach außen verlängertes Stegrohr, ermöglicht die Verwendung des Mischer/Wärmeaustauschers als Reaktor. Zum einen kann ein Farbstoff bzw. ein Additiv oder ein Schleppmittel zudosiert werden um z.B. viskose Produkte zu färben, Beimischungen zu realisieren oder Reinigungsmittel zu zuführen für eine nachgeschaltete Reinigungsstufe. Eine andere verfahrenstechnische Verwendung wird möglich, wenn z.B. eine Reaktionskomponente über den Strömungsquerschnitt des Mischer/Wärmeaustauschers in den Hauptstrom zu dosiert und dadurch eine chemische Reaktion eingeleitet bzw. gestartet wird. Eine ggf. entstehende Reaktionswärme, durch den Start einer exothermen Reaktion, kann unmittelbar abgeführt werden, um den Prozess isotherm zu halten.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung mit steckbaren Temperiereinheiten ist möglich, wenn das Gehäuse des produktseitigen Strömungskanals in Strömungsrichtung seitliche Öffnungen hat, durch die die Temperiereinheit quer zur Strömungsrichtung eingesetzt werden kann, so dass der produktseitige Strömungsquerschnitt vollständig mit der temperierbaren Statikmischereinheit gefüllt wird. Mehrere steckbare Temperiereinheiten können dann, jeweils in Hauptströmungsrichtung um 90 Grad versetzt, in den produktführenden Kanal des Gehäuses eingebracht werden. Dadurch wird die De- und Montage der Vorrichtung zu Reinigungszwecken aufgrund z.B. eines Produktwechsels wesentlich vereinfacht. Die einseitig stegbaren Temperiereinheiten sind in dieser Ausführung einseitig mit Heizmittel versorgt, so dass über eine verlängerte in den Temperierkanal hineinreichende Kappilare der Temperierheit die Strömungsverhältnisse des Wärmetauschermittels vergleichmässigt und einer weitere Verengung des Temperierkanals entfällt.
  • In besonderen Ausführungen des Mischer/Wärmeaustauschers werden Rohre mit äußeren Stegen oder Leitflächen übereinander in ein U-förmiges Gehäuse angeordnet und beide U-förmigen Gehäuseschalen zu einem dichten Gehäuse verschweißt, so dass sich ein rechtwinkeliger Strömungsquerschnitt für das zu temperierende Produkt bildet (Figur 2, 2a).
  • Eine weitere anwenderfreundliche Ausführung des Mischer/Wärmeaustauscher besteht darin, wenn temperierende Stegrohrenden jeweils in separate Heiztaschen, für die Zuführung und Ableitung des Temperiermediums, eingesetzt, verschweißt und einseitig mit einem Flansch versehen werden, um als steckbare Temperiereinheiten in ein angepasstes Gehäuse eingesetzt zu werden.
  • Die übereinander positionierten Stegrohre mit den einseitigen Verteilertaschen können als Steckeinheiten in temperierte Gehäuse geschoben werden. In einer derartigen Anordnung befindet sich auf kleinem Raum besonders viel Heizfläche, so dass eine produktschonende Temperierung bei kurzer Verweilzeit erfolgt. Ein besonderer Vorteil für den Anwender ist die Reinigungsmöglichkeit der temperierbaren Mischereinheit.
  • Bevorzugt können mehrere Mischer/Wärmeaustauscher hintereinander angeordnet werden, gegebenenfalls in Kombination mit bekannten statischen Mischern. Die Mischer/Wärmeaustauscher können dabei um einen Winkel δ von 45 bis 135°, z.B. von 90°, um die Gehäusemittelachse verdreht zueinander angeordnet sein.
  • Durch das Hintereinander-Schalten von mehreren Mischer/Wärmeaustauschern kann eine chemische Reaktion in einem statisch-mischenden Reaktor ausreichend homogenisiert und isotherm gehalten werden.
  • Der Mischer/Wärmeaustauscher ist ein leistungsfähiger Temperierapparat, der selbst bei laminarer Strömungsgeschwindigkeit eine hohe Wärmeübertragungsleistung ermöglicht. Aus diesem Grund sind die erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauscher bevorzugt für den Aufbau von rückvermischungsarmen Strömungsreaktoren, für die Durchführung von exothermen und endothermen Prozessen geeignet. Je nach Aufgabenstellung kann in prozess-intensiven Reaktorbereichen, in denen eine Reaktion gestartet wird, ein schneller Wärmeaustausch gewünscht ist und nach Verweilzeitbereichen die weniger temperaturregulierend wirken und nur ein Vermischen gefordert ist unterschieden werden. Verweilzeitbereiche von Strömungsreaktoren können z.B. temperierte Rohre mit eingesetzten bekannten Statikmischern sein.
  • Die Hauptanwendung der Erfindung, liegt auf dem Gebiet der schonenden schnellen Temperierung von viskosen bis hochviskosen Stoffsystemen. Bei diesen Anwendungen ist neben einer effektiven Temperierung immer eine gleichzeitig gute und effektive Vermischung erforderlich um Temperaturkonstanz über den Strömungsquerschnitt zu erzielen.
  • Durch die Möglichkeit einen weiteren Stoff über die zusätzliche bevorzugte Stoffzuleitung direkt in den Hauptstrom einzuleiten und zu verteilen, können Additive bzw. Farbstoffe eingemischt werden, so dass in einer verfahrenstechnischen Anlage zusätzliche Mischstrecken entfallen können. Insbesondere bei Verfahren zur Entrnonomerisierung von Polymerschmelzen können sogenannte Schleppmittel direkt in die Schmelze eindosiert werden, gleichzeitig erfolgt durch die effektive Temperierung eine schonende Kurzzeit-Erhitzung des Polymers, auf ein höheres Temperaturniveau, ohne eine thermische Produktschädigung einzuleiten, so dass ein nachgeschalteter Verdampfungsschritt als Reinigungsschritt, von z.B. einer leichter siedenden unerwünschten Komponente, durchgeführt werden kann.
  • Mehrere hintereinander geschaltete Mischer/Wärmeaustauscher können dazu benutzt werden um rückvermischungsarme Rohrreaktoren zu konzipieren. Es kann z.B. eine Reaktionskomponente über die zusätzliche Stoffzuleitung eines bevorzugten Mischer/Wärmeaustauschers gleichmäßig in den Reaktionsraum (Produktraum) verteilt werden. Bei endothermen Reaktionen kann im Strömungsverlauf die zur Reaktion benötigte Energie unmittelbar zugeführt werden. Entsteht während der Reaktion Wärme, so kann bei Zuschaltung eines Kältemittels die Reaktionswärme unmittelbar abgeführt werden.
  • Mit der genannten Erfindung lassen sich kleine, kompakte Hochleistungs- Wärmeaustauscher für niederviskose und hochviskose, flüssige und gasförmige Stoffe bilden. Die Apparate zeigen eine sehr stabile Ausführung, können aufgrund der stabilen Ausführung bei hohen Druckgradienten eingesetzt werden, besitzen eine große wärmeübertragende Fläche und arbeiten rückvermischungsarm. Insbesondere bei Anwendungen zur Temperierung viskoser und hochviskoser einphasiger oder mehrphasiger Stoffsysteme sind aufgrund kleiner Verweilzeiten die Vorteile besonders erkennbar.
  • Das Strömungsverhalten von sehr hochviskosen Stoffsystemen impliziert einen sehr hohen Druckverlust, weshalb nur kleine Strömungsgeschwindigkeiten wirtschaftlich möglich sind. Der Fachmann spricht von schleichenden Strömungen. Hierbei ist der Wärmeaustausch zwischen Wärmeträger und Produkt besonders schlecht. Bei diesen Anwendung ist neben der großen wärmeaustauschenden Fläche gleichzeitig ein intensiver Mischvorgang notwendig um eine schonende und gleichmäßige Erwärmung des Produkts zu erzielen. Die Temperierung des Produkts erfolgt bei entsprechender Anordnung der Stegrohre bei sehr kleiner Verweilzeit und kleinem Verweilzeitspektrum, so dass insbesondere temperaturempfindliche Stoffe mit dem erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauscher temperiert werden können.
  • Mit der Erfindung kann in einzelnen Fällen sogar auf eine vollständig temperiertes Gehäuse verzichtet werden, wodurch u. a. Investitionskosten weiter reduziert werden.
  • Aufgrund der hohen konzeptionellen Flexibilität der erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauscher, durch Kombination der Rohrabstände "a" und "h" mit unterschiedlichen Stegbereichen, Variation der Anzahl der Stegrohre nebeneinander, untereinander oder versetzt untereinander, sowie der Variation der Rohrabstände quer oder mit der Hauptströmungsrichtung des Produkts, besteht die Möglichkeit allen verfahrenstechnischen und produktspezifischen Anforderungen gerecht zu werden.
  • Der Apparat arbeitet immer mit kleinen Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Austritt des Wärmeträgers bzw. des Kühlmittels, so dass ein hoher Leistungsübertrag beim Temperieren und eine sehr gute Nutzung der Sekundärenergien möglich ist.
  • Die Erfindung ermöglicht kompakte, druckfeste und preiswerte Wärmeübertragungsapparate bzw. rückvermischungsarme Rohrreaktoren. Die Form von einsteckbaren Mischer/Wärmeaustauscher-Einheiten in entsprechende temperierte Gehäuse ergibt besonders betriebsfreundliche Apparate, die eine einfache Reinigung zu lassen.
  • Insbesondere die Anwendung als rückvermischungsarmer Rohrreaktor, mit einer integrierten Einheit zur gleichmäßigen Einspeisung einer Reaktionskomponente über den hydraulischen Strömungsquerschnitt eines primären Hauptproduktstroms bietet weitere technische Einsatzmöglichkeiten, die bisher mit Aggregaten nach dem Stand der Technik nicht möglich sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, näher erläutert.
    • Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch das Gehäuse 6 eines erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauschers gemäß Linie A-A in Figur 1a und den Winkelversatz der Stege zu einander sowie die Winkelannordnung der Stege zur Hauptströmungsrichtung.
    Figur 1a
    Teil-Querschnitt und seitliche Ansicht des Rohres 1 mit Stegen 2a und 2b nach Figur 1.
    Figur 2
    zeigt einen Mischer/Wärmeaustauscher mit zwei parallel angeordneten Rohren 1 in einer Ebene mit Stegen 2a und 2a im Bereich der Produktströmung, sowie den Winkelbereich α der Stege 2a und 2b und den Winkelbereich β der Stege zur Hauptströmungsrichtung.
    Figur 2a
    zeigt den Mischer/Wärmeaustauscher gemäss der Linie B-B aus Figur 2 mit einer zuftihrenden Wärmeträgerkammer 4 und einer abführenden Wärmeträgerkammer 5 und den Winkelbereich γ für die Schrägstellung der Stegrohre im Bereich der Produktströmung.
    Figur 3, 3a
    eine Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1 im Querschnitt.
    Figur 4, 4a
    eine weitere Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
    Figur 5, 5a
    eine weitere Variante zu einem strömungsoptimierten Stegpaar 2a aus Figur 1.
    Figur 6, 6a
    eine Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1 mit nur einem Steg 62' und exzentrischem Heizkanal 3.
    Figur 7, 7a
    eine Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
    Figur 8, 8a
    eine weitere Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
    Figur 9, 9a
    eine weitere Variante zu einem Stegpaar 2a aus Figur 1.
    Figur 10
    einen Längsschnitt gemäss Linie D-D aus Figur 12, durch eine rechteckige Mischer/Wärmeaustauscher-Einheit mit drei nebeneinander liegenden Rohren 1, 1', 1" in einer Ebene und einer um das Gehäuse verlängerten Wärmeträgerzuleitungskammer 4.
    Figur 11
    einen Querschnitt durch eine Mischer/Wärmetauschereinheit, gemäss der Linie C-C aus Figur 10 und integrierter Düse bzw. Blende 3' im Austrittsbereich des Heizkanals 3.
    Figur 12
    eine Draufsicht auf eine Mischer/Wärmetauschereinheit nach Figur 10 mit Anschlüssen für die Wärmeträgerzuführung 4 und -ableitung 5.
    Figur 13
    einen Längsschnitt durch eine Mischer/Wärmetauschereinheit mit drei in Produkt-Hauptströmungsrichtung hintereinander angeordneten Reihen von nebeneinander liegenden Rohren mit unterschiedlich dimensionierten Stegen und mit verschiedenen Rohr-Mittenabständen "a" bzw. "h" sowie definierten Spalten zur Gehäusewandung und zwischen den einzelnen Rohrebenen für die Reduzierung von Toträumen.
    Figur 14
    zeigt einen Querschnitt auf ein Mischer/Wärmetauscher-Einheit mit getrenntem konzentrischen Wärmezuleitungs- 4 und Wärmeableitungsbereich 5, desweiteren ist durch den Wärmezuleitungsbereich 4 eine zuführende Kapillare 13 gezeigt, als einseitige Verlängerung des Temperierkanal, um eine zusätzliche Substanz über Verteilerbohrungen 14, in den Produkthauptstrom verteilt einleiten zu können.
    Figur 14a
    zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus Figur 14, insbesondere sind die Verteilerbohrungen 14 zur gleichmäßigen Verteilung einer zugeführten Substanz in den Produkthauptstrom.
    Figur 15
    zeigt eine modular aufgebauten Mischer/Wärmeaustauscher-Reaktor mit einer Stoff-Einleitung über Kapillare 13 und Verteilung über Bohrungen 14 für die Zuführung einer Reaktionskomponente, wobei die Anordnung vier hintereinander geschaltete Mischer/Wärmetauschereinheiten (9, 9a, 9b, 9c) mit unterschiedlichen L/D-Verhältnissen hat und die Mischer/Wärmeaustauscher-Einheiten um 90 Grad verdreht zueinander angeordnet sind.
    Beispiele Beispiel 1
  • Figur 1 zeigt ein einstückiges Rohr 1 in einem produktdurchströmten Gehäuse 6, welches auf dem äußeren Umfang einen Stegbereich hat und zwei unter einem Winkel β = 45 bzw. -135° zur Hauptströmungsrichtung (Pfeil) stehende radiale Mischstege 2a, 2a' in einen vorderen, im Schnitt dargestellten und einem hinteren Stegbereich mit zwei weiteren Stegen 2b, 2b' besitzt. Die Breite des Stegbereichs ist hier so gewählt, dass alternierend zwei Steglagen mit jeweils zwei Stegen 2a, 2a' und 2b, 2b' entlang der Rohrachse radial versetzt zueinander im Gehäuse 6 angeordnet sind, und sie sich in ihrer axialen Ausdehnung lückenlos anschließen (siehe Figur 1a).
  • Die Form bzw. Ausgestaltung der Stege und die StegoberflächenbeschaFfenheit kann unterschiedlich sein. Die Oberfläche der Stege und des Rohres kann z.B. strukturiert sein durch erhobene Noppen, Warzen bzw. Rillen oder Nuten, um die wärmeübertragende Fläche zu vergrößern und zusätzliche Strömungseffekte zu produzieren. Im Wesentlichen richtet sie sich nach der verfahrenstechnischen Aufgabe oder Anforderung. In den Figuren 3 bis 9 sind Beispiele hierzu wiedergegeben. Die Stege können am äußeren Umfang des Rohres 1 radial symmetrisch (wie in Fig. 3-5) oder auch asymmetrisch (Fig. 7-9) angeordnet sein und zueinander unterschiedliche Winkel zeigen, wobei auch unterschiedliche Stegformen miteinander kombiniert werden können und Fig. 7-9 miteinander korrespondieren. Die Stegform kann von der radialen einfachen Form abweichen dahingehend, dass sie zusätzlich eine gekrümmte Form als Leitschaufel zeigen, das ist besonders vorteilhaft wenn sich die konzentrischen Bereiche überschneiden und Sekundärströmungen erzwungen werden.
  • Figur 3, 3a zeigen einen Querschnitt bzw. Längsschnitt durch ein Rohr 1 ähnlich Fig. 1 mit zwei Stegen 32a, 32a' die einen konstanten Durchmesser aufweisen und eine Abflachung 31 quer zur Hauptströmungsrichtung 21 an ihren Enden haben.
  • In der Variante nach Fig. 4, 4a sind die Stege 42a, 42a' im Querschnitt am Ende verjüngt ausgebildet. Die Stege 52a, 52a' nach Variante gemäß Fig. 5, 5a sind ähnlich der Fig. 4, jedoch mit verbreiterten Fuß entsprechend dem Durchmesser des Rohres 1 ausgeführt.
  • Fig. 6 zeigt eine Variante eines Stegrohres 1 ähnlich der nach Fig. 5, jedoch mit nur einem Steg 62' in einer Steglage. Die Bauform nach Fig. 7 kombiniert Stegformen nach Fig. 4 und Fig. 5 hier mit unterschiedlicher radialer Ausdehnung der Stege 72, 72'. In der Ausführung nach Fig. 8, die Fig. 7 ähnlich ist, sind beide Stege 82, 82' im Querschnitt und einem Winkel von 170°C um die Rohrachse verdreht zueinander angeordnet.
  • In der Variante nach Fig. 9 beträgt der Winkelversatz 90°C, zwischen den Stegen 92 und 92' verglichen mit der Anordnung nach Fig. 7.
  • Durch die Form und Anordnung der Stege kann die wärmeübertragende Fläche auf der produktberührten Seite und auch das Umströmen des Rohres und damit auch der wichtige Mischvorgang begünstigt werden. Insbesondere bei Temperiervorgängen von hochviskosen Medien, mit einer Viskosität von größer 1 Pa.s, ist eine definierte Anordnung der Stege auf dem äußeren Umfang des Rohres sinnvoll, um neben der Wärmeübertragung auch eine effektive Mischwirkung zu erzielen. Zur Erhöhung der Heizleistung kann die innere Kontur der Stegrohre 1, die in Kontakt mit dem Temperiermittel steht, ebenfalls mit Rippen ausgestattet werden. Dadurch wird die Heizfläche auf der Wärme- oder Kälteträgerseite wesentlich erhöht.
  • Die Rohrform mit beliebig vielen bzw. gezielt angeordneten Stegbereichen auf dem äußeren Rohrdurchmesser kann wirtschaftlich im Gießverfahren oder in einem Schmiedeverfahren hergestellt werden, dadurch wird immer sichergestellt, dass ein vollständiger metallischer Kontakt zwischen Rohr und erhabene äußere Kontur besteht. In besonderen Fällen können die radialen Stege hohl ausgeführt sein, so dass der Steghohlraum eine direkte Verbindung zum Temperierraum hat und überall konstante Wanddicken vorliegen. Anforderungen bezüglich mechanischer Festigkeiten und benötigter Druckfestigkeit erfolgt durch entsprechende Wahl der Wanddicke.
  • Die Rohre können aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden, damit eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist.
  • Das Gießverfahren lässt eine wirtschaftliche Fertigung von nur einer bestimmten Rohrlänge zu. Größere Rohrlängen müssen durch Verbinden mehrerer Rohreinheiten mit einem geeigneten Schweißverfahren hergestellt werden.
    • Beispiel 2
  • Ein weiterer Mischer/Wärmeaustauscher ist in Figur 2 im Längsschnitt wiedergegeben. Sechs Rohre 1 haben zwei parallele Lagen von Stegen 2a und 2b mit jeweils auf dem äußeren Umfang der Rohre zwei radial versetzten Stegen 2a, 2a'. Die Rohre 1 ragen mit einem Ende in eine Wärmeträger-Zuführkammer 4 und enden in einer Wärmeträger-Ableitkammer 5 (Figur 2a). Die Rohre 1 sind mit der Zuführ- 4 und der Ableitkammer 5 verschweißt. Die Rohre 1 stehen in einem Winkel γ von ca. 5 Grad quer zur Hauptströmungsrichtung 21 des Produktes. Die Rohre 1 mit den Stegen sind so positioniert, dass die Stege in einen Winkel β von 45 Grad zur Produktanströmung 21 positioniert sind. Die Stege 2a stehen zu den versetzten Stegen 2b in einem Winkel α von 90 Grad.
  • Die Zufiihrkammer 4 und Ableitkammer 5 des Temperiermittels bestehen aus einer am Gehäuse 6 angeschweißten Tasche bzw. einem Halbrohr (nicht gezeichnet).
    • Beispiel 3
  • In Figur 10 ist eine Mischer/Wärmeaustauschereinheit gezeigt, mit einem rechteckigen Gehäuse 6 und drei Stegrohren 1, 1', 1". Die Stege 12a, 12b entsprechen in ihrer Bauform den in Fig. 3 gezeigten Typen und sind über die Länge der Rohre 1, 1', 1" in alternierenden Lage angeordnet.
  • Im Querschnitt in Fig. 11 gemäß Linie C-C aus Fig. 10 ist zu sehen, dass durch eine äußere Ummantelung 15 zwei Kammern 4, 5 gebildet werden, die mit einer Zuleitung 16 bzw. einer Ableitung 17 für einen flüssigen Wärmeträger verbunden sind (siehe Fig. 12). Die Rohre 1, 1', 1" werden wie in Fig. 11 gezeigt im Betrieb vom Wärmeträger 18 durchströmt. An ihrem einen Ende weisen die Rohre 1, 1', 1" eine Verengung 3' im Kanal 3 auf.
  • Der Mischer/Wärmeaustauscher (vergleiche Schnittbild in Fig. 12) hat einen durch das Gehäuse 6 gebildeten rechteckigen Produktströmungsbereich. Das weitere das Gehäuse 6 umgebende Gehäuse 15, das mit Trennstegen unterteilt ist, bildet die Kammern 4, 5 für den Wärmeträger 18. Mehrere gemäß Fig. 10 geformte Mischer/Wärmeaustauschereinheiten sind in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet und an eine Produktleitung bündig angeschlossen. Das Produkt durchströmt die Einheiten entsprechend Fig. 10 von oben (Strömungsrichtung 21).
  • Eine weitere Möglichkeit der Zu- und Ableitung der Temperierflüssigkeit besteht darin, dass um das Wärmeaustauschergehäuse mit innenliegenden Stegrohren ein Ring bzw. Mantelrohr, welches wiederum zwei Trennstege besitzt um eine Trennung zwischen Vor- und Rücklauf des Wärmeträgers zu gewährleisten (vergleiche Figur 14), gestülpt und verschweißt wird. Bei einer runden Wärmeträgerkammer und Gehäuse sind die temperierbaren Rohre 1 mit ihren Stegen in der Anströmebene des Produkts unterschiedlich lang.
  • Die Stegform und -richtung kann im Zusammenspiel mit den horizontalen Rohrabständen "a" oder den vertikalen Rohrabständen "h" untereinander eine optimale temperierbare Mischer/Wärmeaustauschergeometrie bilden, mit großer Wärmeübertragungsfläche und hoher Mischwirkung. Die Rohre mit den äußeren Stegen können unterschiedliche Rohrabstände zeigen, sie können so eng gewählt werden, dass die konzentrischen Stegbereiche sich überlappen und die äußeren Mischstege sich miteinander kreuzen (vergl. Figur 13). Dadurch kann die wärmeübertragende Fläche pro Volumeneinheit variiert und die Verweilzeit des Produkts verkleinert werden. Die Rohre in einer Ebene können unterschiedliche Stegformen und -anordnungen zeigen.
    • Beispiel 4
  • Fig. 13 zeigt eine Mischer Wärmeaustauscheranordnung ähnlich der in Fig. 10 gezeigten Form jedoch mit zwei weiteren Reihen von Stegrohren 131, 132, die in Produktströmungsrichtung 21 hintereinander angeordnet sind.
  • Die erste Reihe von Stegrohren 1, 1', 1" mit Stegen 12 a, 12b entspricht der in Fig. 10 gezeigten Form.
  • In den weiteren Reihen sind die Rohre 131, 132 mit den äußeren Stegen so angeordnet, dass die jeweils endständigen Stege zum Gehäuse 6 einen definierten Spalt zeigen, um ein möglichst vollständiges Umfließen der Stegrohre insbesondere zur Gehäusewand 6 zu ermöglichen (Figur13, Ebene 2u. 3). Dieser Spalt verhindert die Bildung von Toträumen in Strömungsrichtung, in denen sich Produkte ablagern können welches zur Qualitätsminderung der Produkte aufgrund langer Temperaturbelastung führt. Gleichzeitig erfolgt eine zusätzliche Temperierung durch die gezielte Führung des Produktes zum temperierten Gehäuse.
    • Beispiel 5
  • Die temperierbaren Mischer/Wärmeaustauscher können gemäß der Variante nach Fig. 14 dazu benutzt werden, um eine einzumischende Komponente gleichmäßig im Produkt zu verteilen. Bei dieser Anwendung werden in dem mittleren Rohr 13 im Bereich der Stege 2a, 2b kleine Eintrittsöffnungen 14 eingebracht, die es ermöglichen eine einzumischende Komponente über eine Rohrverlängerung (13) durch den Heizmittelraum zu zuführen und über die eingebrachten Öffnungen 14 über den gesamten Produktströmungsquerschnitt gleichmäßig einzutragen (Figur 14, 14a).
  • Eine Kombination mehrerer Mischer/Wärmeaustauscher 9, 9a, 9b, 9c zu einem Strömungsreaktor ist in Figur 15 skizzenhaft im Schnitt gezeigt. Die Einheit 9a hat hier ein L/D-Verhältnis von 1,5 während die übrigen Einheiten des Reaktors ein L/D-Verhältnis von 0,75 haben. Die Einheiten sind zueinander um 90 Grad versetzt angeordnet. Die zuleitenden Wärmeträgerkammern 4 und ableitenden Wärmeträgerkammem 5 der Mischer/Wärmeaustauscher-Einheiten sind alle parallel mit der Wärmeträgerversorgung verbunden. Die Temperierrohre 1 mit Stegen sind in den Einheiten 9, 9b durch unterbrochene Linien und in den Einheiten 9a, 9c durch die Kreuzungspunkte der unterbrochenen Linien angedeutet. Es ist zu erkennen, dass die Einheiten in der horizontalen und in der vertikalen Ebene bzw. in Hauptstromrichtung 21 unterschiedlich viele Stegrohre zur Temperierung besitzen, um im jeweiligen Modul eine differenzierte Temperier- und Dispergierleistung zu bewirken. In der Einheit 9 ist das mittlere Rohr nur einseitig geöffnet (ähnlich der Ausführung in Figur 14a) und durch eine Kapillare 13 einseitig durch die Temperierkammer 4 verlängert bis außerhalb der Mischer/Wärmeaustauscher-Einheit 9. Außerhalb der Einheit 9 kann nun eine Dosierpumpe, die in der Figur 15 nicht dargestellt ist, angeschlossen werden, um z.B. eine weitere Substanz (Additiv, Schleppmittel, Reaktionsstoffe) über den gesamten Strömungsquerschnitt des Modul bzw. der Einheit zu dosieren und zu verteilen. Bohrungen bzw. Düsen 14 entlang des Rohres im Produktstrom sorgen für eine gleichmäßige Verteilung über den Strömungsquerschnitt der Einheit.
  • Je nach Volumenstrom des Wärmeträgermediums (z.B. Warmwasser, Öl, Kühlsole) ist es erforderlich im Austrittsbereich der Stegrohre eine Querschnittsverengung bzw. eine Düse (Blende) vor zu sehen, damit parallel angeströmte Stegrohre mit gleicher Energiedichte versorgt werden. In einfachster Ausführung wird der Innendurchmesser 3 des Rohres im Austrittsbereich zur ableitenden Wärmeträgerkammer auf kurzer Strecke verkleinert, z.B. auf den Innendurchmesser 3', ähnlich wie in Figur 11 dargestellt ist. Wird Dampf als Energieträger eingesetzt ist diese Verengung des Innendurchmessers 3 des Rohres 1 nicht erforderlich.
    • Beispiel 6 Kompaktwärmeaustauscher
  • Kompaktwärmeaustauscher haben die Aufgabe in kurzer Zeit ein durchströmendes Medium möglichst hoch, d.h. möglichst nahe an die Heizmitteltemperatur zu erhitzen, so dass aufgrund einer kurzzeitigen Temperaturbelastung keine thermische Schädigung des Produkts auftritt. Kompaktwärmeaustauscher sollen kleinere Apparateabmessungen haben, als bekannte Wärmeaustauscher mit gleicher Leistung, damit in einer verfahrenstechnischen Anlage nur ein kleiner Raumbedarf und dadurch geringe Montage- und Investitionskosten entstehen. Ein wesentliches Merkmal zum Vergleich verschiedener Wärmeaustauschertypen ist die Wärmeübertragungsleistung, die benötigte Wärmeaustauschfläche und das produktseitige Apparatevolumen. Es wurde der erfindungsgemäße Mischer/Wärmeaustauscher mit einem Gerät aus dem Stand der Technik (Offenlegungsschrift DE-2 839 564 A1) verglichen. Der untersuchte erfindungsgemäße Mischer/Wärmeaustauscher entsprach grundsätzlich der in Figur 2 und 2a gezeigten Ausführung jedoch mit vier statt zwei quer zur Produktströmungsrichtung nebeneinander angeordneten Rohren und insgesamt neun statt drei in Strömungsrichtung 21 gesehen hintereinander angeordneten Rohrpaketen (vergleiche Figur 2a).
  • Für den Versuch wurde als Produkt ein hochviskoser Stoff (Silikonöl) mit einer Viskosität von 10 Pa.s gewählt und mit einer Zahnradpumpe durch die Wärmeaustauscher gepumpt, so dass im Austrittsbereich des jeweiligen Apparates der Massenstrom gravimetrisch ermittelt werden konnte. Die Wärmeaustauscher wurden für den Versuch an einen elektrisch beheizten und geregelten Thermostaten (Heizleistung 3 kW) angeschlossen. Als Wärmeträgermedium wurde Wasser gewählt, so dass der Thermostatregler für die Vorlauftemperatur am Thermostaten auf 90°C eingestellt wurde. Die Eintritts- und Austrittstemperatur des Wärmeträgers und der Produktseite wurden mittels eines Thermoelements vom Typ Pt-100 gemessen und auf einer Messwerterfassungsanlage registriert und gespeichert. Zusätzlich registrierten Drucksensoren, die im Eintritts- und Austrittsbereich der Temperier- und Produktseite auftretenden Drücke, als Folge der auftretenden Strömungsverluste. Die apparativen Kenndaten der Wärmeaustauscher sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1:
    Apparatedaten Stand der Technik Mischer/ Wärmeaustauscher
    Werkstoff 1.4571* 1.4571*
    Hydraulischer Querschnitt 38 x 38 mm 40 x 43 mm
    Apparatelänge 310 mm 158 mm
    Stegbreite Rohr 4 x 1mm 5 mm
    Stegbereiche pro Rohr /Stege pro Bereich 8 Rohr parallel 8 / 2
    Rohrdurchmesser / Innendurchmesser Rohr 4 x 1 mm 7 mm / 5 mm
    Düsen-Drchm. im Austrittsbereich ------------------------------- 2,5 mm
    Temperierfläche der Einbauten 0,09 qm 0,068 qm
    Temperierfläche des zu- u. ableitenden Bereichs (Gehäuseanteil) 0,00 qm 0,012 qm
    * Cr-Ni-Edelstahl
  • Die Apparatedaten zeigen konstruktiv bedingte Abweichungen. Aus der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass der Mischer/Wärmeaustauscher eine kürzere Bauform und dadurch ein geringeres produktseitiges Volumen (Hold-up) hat. Zusätzlich hat der Mischer/Wärmeaustauscher eine um 0,01 qm geringere wirksame Wärmeübertragungsfläche. Bauartbedingt ist beim Mischer/Wärmeaustauscher immer ein Teilbereich des Gehäuses temperiert. Für die Versuchsauswertung ist die wirksame Gesamttemperierfläche eingesetzt worden. Aus den durchgeführten Versuchen, den gemessenen Temperaturen und Drücken, wurden die charakteristischen Kenndaten errechnet und in der Tabelle 2 für beide Wärmeaustauscher gegenüber gestellt. Es wurde die übertragene Wärmeleistung, der mittlere Wärmedurchgangskoeffizient und der Druckverlust aus den aufgezeichneten Messwerten berechnet worden.
  • In der Tabelle 2 sind die errechneten Leistungsdaten der Wärmeaustauscher für einen konstanten Volumenstrom (Silikonöl) von ca. 30 l/h dargestellt. Tabelle 2
    Stand d. Technik Mischer/ Wärmeaustauscher
    Wärmeübertragungsleistung 400 W 520 W
    Produkteintrittstemperatur 22,6°C 22,5°C
    Produktaustrittstemperatur 55,2°C 67,3°C
    Mittlere Wärmedurchgangskoeffizient 98 W/qm/K 160 W/qm/K
    Druckverlust (Produktseite) 1,5 bar 1 bar
  • Das Ergebnis der Versuche bestätigt die höhere Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen kompakten Mischer/Wärmeaustauschers. Es wurde bei konstantem Volumenstrom und geringerer Verweilzeit in der beheizten Zone ca. 120 Watt mehr übertragen, obwohl die produktberührte Wärmeübertragungsfläche geringer ist als bei dem bekannten Wärmeaustauscher. Aufgrund der kompakten Bauform des Mischer/Wärmeaustauschers konnte die Verweilzeit halbiert werden.
  • Das Testergebnis bestätigt eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung bei geringerer Verweilzeit durch den erfindungsgemäßen Mischer/Wärmeaustauscher.

Claims (18)

  1. Statischer Mischer/Wärmeaustauscher für die Behandlung viskoser und hochviskoser Produkte wenigstens umfassend ein Gehäuse (6) zur Durchleitung des Produktes, mindestens zwei temperierbare Rohre (1), die insbesondere mit einem Kanal (3) zur Durchleitung eines Wärmeträgermediums versehen sind, wobei das Gehäuse die Rohre (1) umgibt und auf dem Umfang der Rohre (1) eine Vielzahl von Wärmeaustauscherstegen (2a, 2b) verteilt angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherstege (2a, 2b) entlang der Rohre (1) in mindestens zwei parallelen Lagen (7, 8) ausgerichtet sind und die Stege (2a) und (2b) benachbarter Lagen (7, 8) jeweils um einen Winkel α von 45° bis 135°, bevorzugt von 70° bis 110° zueinander um die Achse des die Stege tragenden Rohres (1) verdreht angeordnet sind und dass die Stege (2a, 2b) zur Hauptströmungsrichtung (21) des Produktes durch das Gehäuse (6) unter einem Winkel ß von ±10° bis ±80° stehen und die temperierbaren Rohre mit Stegen im dem Gehäuse quer zu Hauptströmungsrichtung des Produktes nebeneinander angebracht sind.
  2. Mischer/Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Steg (2a) bzw. (2b) einer Lage (7) bzw. (8) ein zu diesem Steg auf dem Rohr (1) gegenüberstehender Steg (2a') bzw. (2b') angeordnet ist.
  3. Mischer/Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2a) oder (2b) der verschiedenen Lagen (7) oder (8) über die Länge des Rohres (1) gesehen alternierend angeordnet sind.
  4. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen den Stegen der verschiedenen Lagen (7, 8) von 85 bis 95° beträgt.
  5. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) Zuleitungen (4) und Ableitungen (5) für ein Wärmeträgermedium aufweist, welche mit dem Eingang bzw. Ausgang der Kanäle (3, 3') verbunden sind.
  6. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) in mehreren Ebenen hintereinander mit Stegen (2a, 2b) versehene Rohre (1, 1') angebracht sind.
  7. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radiale Ausdehnung der auf benachbarten Rohren (132, 132') angeordneten, jeweils benachbarten Stege (2a, 2b) überschneidet.
  8. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2a, 2b) der verschiedenen Lagen (7, 8) entlang der Rohre (1, 1', 1") zu einander auf Lücke angeordnet sind.
  9. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung der Stege (2a, 2b) mindestens das 0,5-fache des Innendurchmessers des damit verbundenen Rohres (1) beträgt.
  10. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der Rohre (1, 1', 1 ") eine Konturierung zur Vergrößerung ihrer Oberfläche aufweisen, insbesondere in Form von Längsrippen.
  11. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte Stege (2, 2a', 2b, 2b') der Rohre (1) innen hohl ausgeführt sind und der Hohlraum mit dem Kanal (3) des Rohres (1) in Verbindung steht.
  12. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1, 1', 1") mit einer Widerstandsheizung oder einem elektrischen Kühlelement versehen sind.
  13. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1, 1', 1") und/oder die Stege (2a, 2b) mit einem Katalysator beschichtet sind.
  14. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1, 1', 1") in Querrichtung zur Hauptströmungsrichtung des Produktes unter einem Winkel γ von höchstens +/-15° in dem Gehäuse (6) angeordnet sind.
  15. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) in mehreren Ebenen hintereinander mit Stegen (2a, 2b) versehene Rohre (1, 1a) angebracht sind, und die Rohre (1) der Ebenen unterschiedlich dimensionierte Stege (2a, 2b) im Vergleich zu den Stegen der Rohre (1a) der benachbarten Ebene aufweisen.
  16. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer/Wärmetauscher mindestens ein parallel zu den Rohren (1) angeordnetes Stoffeinleitungsrohr aufweist, das mit gleichartigen Stegen (2a, 2b) versehen ist und mehrere Öffnungen (14) zum Inneren des Gehäuses (6) aufweist.
  17. Mischer/Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) Kanäle (3) aufweisen, in deren Ausströmbereich eine Düse (3') mit gegenüber den Kanälen (3) verkleinertem Durchmesser angebracht ist.
  18. Verwendung der Mischer/Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Temperierung von viskosen Stoffsystemen mit einer Viskosität von 0,001 bis 20 000 Pa.s.
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