DE29922044U1

DE29922044U1 - Statischer Mischer

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Publication number: DE29922044U1
Application number: DE29922044U
Authority: DE
Original assignee: Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2009-12-16

Description

Die Neuerung betrifft einen statischen Mischer zum Vermischen von fließfähigen Stoffen innerhalb eines rohrartigen Gehäuses, mit wenigstens zwei Reihen mit jeweils einer Anzahl &eegr; in Fließrichtung hintereinander angeordneten Wtrkelemerrten, die jeweils eine lamellenartige Form relativ geringer Dicke aufweisen und die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Gehäusewänden erstrecken, wobei sich jede Reihe Wirkelemente im eingebauten Zustand in einer Ebene erstreckt und diese Ebenen einen Anordnungswinkel &bgr; miteinander bilden.

Ein statischer Mischer der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 41 29 248 C2 bekannt. Er hat sich, so weit es seine physikalische Wirksamkeit betrifft, sehr gut bewährt. Zwar sind die bandförmigen, miteinander verflochtenen Einbauteile am Anfang ihrer rohraxialen Erstreckung miteinander und am Ende ihrer rohraxialen Erstreckung miteinander und mit dem Gehäuse verbunden, jedoch unterliegen die zwischen diesen Befestigungsstellen relativ instabil ausgebildeten Einbauteile unter den Strömungskräften Beanspruchungen, die zu Schwingungen und damit zu Schwingungsbrüchen führen können. Die Schwingungsbewegungen kommen insbesondere auch dadurch zustande, daß die miteinander verflochtenen Einbauteile zum Zwecke eines einfacheren Einführens in das Gehäuse eine begrenzte radiale Beweglichkeit aufweisen müssen. Das Verflechten der beiden Einbauteile miteinander, die sich in zwei einen Anordnungswinkel &bgr; miteinander bildenden Erstreckungsebenen ausbreiten, gestaltet die Montage des statischen Mischers insgesamt relativ aufwendig, so daß eine Reihe von Gründen vorliegen, unter Beibehaltung der physikalischen Wirksamkeit des bekannten statischen Mischers nach Verbesserungen zu suchen.

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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen statischen Mischer der gattungsgemäßen Art montagefreundlicher, schwingungsunempfindlicher und dauerfester gegenüber bekannten Lösungen zu gestalten.

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Diese Aufgabe wird durch die Merkmate des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen statischen Mischers sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorgeschlagene Geometrie der einzelnen Wirkelemente, die nunmehr nicht mehr miteinander unmittelbar verbunden sind, ist zwar augenfällig unterschiedlich von jener der Einbauteile beim statischen Mischer gemäß DE 41 29 248 C2, bezüglich des Stoffaustauschs sind jedoch die maßgeblichen geometrischen Verhältnisse unverändert geblieben. Damit besitzt der neuerungsgemäße statische Mischer, soweit es den Stoffaustausch betrifft, die gleichen Eigenschaften wie der bekannte. Entscheidend ist in diesem Zusammenhang lediglich, daß sich die einzelnen Wirkelemente jeweils zwischen gegenüberliegenden Gehäusewänden erstrecken, daß sie gegen die Längsachse des Gehäuses geneigt sind und daß sich die in zwei Reihen angeordneten Wirkelemente jeweils in einer Ebene erstrecken und diese Ebenen einen Anordnungswinkel &bgr; miteinander bilden. Diese Merkmale sind bei dem neuerungsgemäßen statischen Mischer ebenso erfüllt wie bei dem bekannten. Daran ändert auch der Sachverhalt nichts, daß bei dem neuerungsgemäßen statischen Mischer die Wirkelemente vereinzelt und nicht mehr unmittelbar miteinander verbunden sind. Die Fixierung der Wirkelemente im rohrartigen Gehäuse wird durch eine Stange erreicht, die in der Längsachse des rohrartigen Gehäuses angeordnet ist und die Wirkelemente jeweils durchdringt. Im Bereich der Durchdringungsstelle ist das jeweilige Wirkelement auf der Stange befestigt. Dabei weisen die beiderseits der Stange angeordneten Abschnitte des jeweiligen Wirkelementes gegen die Fließrichtung, und sie bilden mit der Längsachse im allgemeinsten Fall jeweils unterschiedliche Neigungswinkel (X₁ und 012, die kleiner als 90 Grad ausgeführt ist. Die derart ausgestalteten, vereinzelten und auf der Stange befestigten Wirkelemente machen es nun möglich, daß seine beiden Abschnitte an den zugeordneten Gehäusewänden federnd anliegen. Die Stange selbst ist an geeigneter Stelle mit dem Gehäuse fest verbunden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen statischen Mischers gemäß der Neuerung ist vorgesehen, daß die Wirkelemente formschlüssig auf

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der Stange befestigt sind. Hier ist beispielsweise das einzelne Wirkelement mit der Stange formschlüssig verzahnt. Der Formschluß muß dabei derart ausgestaltet sein, daß das Wirkelement unter dem Einfluß der Strömungskräfte an der ihm zugeordneten Stelle verbleibt und auch nicht seine Neigung gegenüber der Längsachse verändern kann.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des statischen Mischers gemäß der Neuerung sieht vor, die Abschnitte der Wirkelemente eben und mit einer im wesentlichen einheitlichen Lamellendicke und einer im wesentlichen einheitlichen Breite auszubilden, wobei die Abschnitte jeweils betragsmäßig um den gleichen Neigungswinkel &agr; gegen die Längsachse A geneigt sind. Die Ausführung mit einem stets gleichen Neigungswinkel &agr; vereinfacht die Herstellung der Wirkelemente. Es ist allerdings auch möglich, die beiden Abschnitte eines Wirkelementes unterschiedlich gegen die Längsachse A zu neigen. Ebenso können die beiden Neigungswinkel eines Wirkelementes der zweiten Reihe von jenen Neigungswinkeln des Wirkelementes der ersten Reihe unterschiedlich ausgeführt sein.

Eine weitere Ausführungsform des statischen Mischers gemäß der Neuerung sieht vor, daß die Durchdringungsstelle zwischen Stange und Wirkelement in Form eines in der Erstreckungsrichtung des Wirkelementes orientierten Langloches ausgebildet ist und daß wenigstens eine Längsseite des Langloches mit der Stange stoffschlüssig verbunden ist. Diese Ausführung stellt eine Durchströmung der Durchdringungsstelle sicher, so daß sich hier kein reinigungskritischer Bereich bildet.

Im einfachsten Falle sind die Enden der Abschnitte des Wirkelementes rechtwinklig zur radialen/axialen Erstreckungsrichtung des Wirkefementes begrenzt. Dies ergibt eine zweifache Punktberührung des Abschnittes mit der zugeordneten Gehäusewand, da aus Stabilitätsgründen jeder Abschnitt an der zugeordneten Gehäusewand federnd anliegen muß.

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Wird das Ende des Abschnittes, wie dies auch vorgeschlagen wird, mit einer Abrundung mit Radius r versehen, die kleiner als der Krümmungsradius R der zugeordneten Gehäusewand ist, dann ergibt sich lediglich eine einzige Kontaktstelle zwischen dem Abschnitt und der zugeordneten Gehäusewand, so daß Ihier eine eindeutigere und noch schwingungsunempfindlichere Anordnung gegeben ist.

Eine hinsichtlich ihrer Einfachheit unübertroffene Ausführungsform des statischen Mischers ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem zylindrischen Rohr mit dem Innendurchmesser D gleichbreite Wirkelemente mit gleicher Lamellendicke vorgesehen sind, deren beide Anordnungsebenen einen rechten Winkel miteinander bilden (Anordnungswinkel &bgr; = 90 Grad). Dabei sind die als ebene Flächenelemente ausgebildeten und sich zwischen gegenüberliegenden Rohrwänden erstreckenden Abschnitte eines Wirkelementes betragsmäßig um den gleichen Neigungswinkel &agr; gegen die Rohrachse geneigt. Diese Ausführung ergibt Wirkelemente, die hinsichtlich jeder Abmessung völlig kongruent sind. Die vorgenannte Ausgestaltung führte bei einem statischen Mischer gemäß DE 41 29 248 C2 und bei Ausbildung des rohrartigen Gehäuses als zylindrisches Rohr zu einer maximalen Breite der Wirkelemente, die dort als Einbauteile bezeichnet sind, bei der diese sich gerade gegenseitig berühren, aber nicht gegenseitig durchdringen.

Damit eine im wesentlichen uneingeschränkte Übertragbarkeit der optimierten Stoffaustauschverhältnisse auf den neuerungsgemäßen statischen Mischer sichergestellt ist, wird auch dieser hinsichtlich der maximalen Breite der Wirkelemente durch die bekannte Bemessungsvorschrift dimensioniert, die besagt, daß für &bgr; = 90 Grad die maximale Breite mit b_max = D/V5 zu bemessen ist.

Die Wirkelemente lassen sich aufgrund ihrer einfachen Geometrie zweckmäßigerweise durch Umformen, wie Biegen, Falten, Abkanten, Schmieden, Gesenkschmieden, Prägen oder Tiefziehen oder durch Urformen, wie Gießen, Feingießen oder Druckgießen herstellen. Beim Umformen ist in erster Linie das Biegen in Betracht zu ziehen, welches bei festen Werkstoffen, die eine bleibende (plastische) Formänderung zulassen, zu bevorzugen ist.

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Falls die Wirkelemente aus formlosen Stoffen wie z.B. flüssigen Metallen hergestellt werden sollen, so kann auch das Urformen (Gießen) zur Anwendung gelangen.

Erhäft die Oberfläche der Wirkelemente, gemäß einer weiteren Ausgestaltung des statischen Mischers, eine Feinstrukturierung in Form von oberf fächeng latten Erhebungen und Vertiefungen, beispielsweise durch Riffelung oder Noppung, die aus der laminaren Unterschicht der turbulenten Rohrströmung herausragen, dann läßt sich durch diese Maßnahme die wandnahe Umströmung der Lamellen im Hinblick auf einen wünschenswerten turbulenten Queraustausch und damit die Reinigungswirkung des Reinigungsfluides positiv beeinflussen.

Eine effiziente und äußerst variable Auslegung eines statischen Mischers für ein gegebenes Stoffaustauschproblem wird dadurch erleichtert, wie dies eine Ausführungsform des vorgeschlagenen statischen Mischers gemäß der Neuerung vorsieht, daß das Gehäuse eine vorgegebene Länge aufweist, daß es beiderseits mit Rohrverbindungsmitteln versehen und eine vorgegebene Anzahl n* Wiirkelemente in sich aufnimmt. Dadurch wird ein modular aufbaubares System eines statischen Mischers geschaffen, der an die unterschiedlichsten Bedürfnisse sehr leicht anzupassen ist. Die einzelnen Module lassen sich in Reihe oder auch parallel zueinander anordnen, wobei eindimensional lineare, zweidimensional meanderförmige oder dreidimensionale Konfigurationen möglich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen

Figur 1 in der Vorderansicht einen Mittelschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des statischen Mischers gemäß der Neuerung;

Figur 2 eine Draufsicht auf den statischen Mischer gemäß Figur 1 ebenfalls im Mittelschnitt;

Figur 3 den statischen Mischer gemäß den Figuren 1 und 2 in der Seitenansicht und

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Figur 4 eine Einzelheit der Wirkelemente im Bereich ihrer Berührung mit der zugeordneten Gehäusewand.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen einen Abschnitt der Länge I eines statischen Mischers mit konkruent ausgestalteten Wirkelementen 1.1, 1.2, 1.3 und 2.1, 2.2 und 2.3. Sie sind in Fließrichtung F hintereinander angeordnet und formieren sich in zwei Reihen 1, 2 mit jeweils &eegr; Wirkelementen in jeder Reihe, wobei sich jede Reihe 1, 2 im eingebauten Zustand in einer Ebene I bzw. II erstreckt und diese Ebenen I, II einen Anordnungswinkel &bgr; miteinander bilden (Figur 3). Die Wirkelemente 1.1 bis 2.n eines statischen Mischers sind jeweils als ebene Flächenelemente mit einer Lamellendicke S₁ bzw. S₂ ausgebildet, wobei ihre jeweiligen beiderseits einer Stange 4 angeordneten Abschnitte 1.1a bis 2.nb im allgemeinsten Falle mit unterschiedlichen Neigungswinkeln &agr;&idigr; bis O₄ gegen die Längsachse A eines rohrartigen Gehäuses 3 geneigt sind. Im vorliegenden Falle handelt es sich urn ein zylindrisches Rohr mit dem Durchmesser D. Im Ausführungsbeispiel sind die Abschnitte 1.1 a bis 2.nb des Wirkelementes 1.1 bis 2.&eegr; jeweils betragsmäßig um den gleichen Neigungswinkel &agr; gegen die Längsachse A geneigt und darüber hinaus sind die Breiten bi und Id₂ gleich. Die Länge des statischen Mischers ist mit L bezeichnet. Weiterhin wird aus Figur 3 deutlich, daß sich die Wirkelemente zwisehen gegenüberliegenden Rohrwänden (Innendurchmesser D) erstrecken und daß ihre Abschnitte 1 1a bis 2.nb an den zugeordneten Gehäusewänden anliegen.

Jedes Wirkelement 1.1 bis 2.&eegr; ist von der in der Längsachse A des Gehäuses 3 angeordneten Stange 4 durchdrungen und im Bereich seiner Durchdringungsstelle 1.1c, 1.2c, 1.3c, .... 1.nc bzw. 2.1c, 2.2c, 2.3c, ..., 2.ncauf der Stange 4 befestigt. Dabei weist jeder der beiderseits der Stange 4 angeordneten Abschnitte 1.1 a bis 2.nb des jeweiligen Wirkelementes 1.1 bis 2.n gegen die Fließrichtung F im statischen Mischer.
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Die Durchdringungsstelle 1.1c bis 2.nc ist in Form eines in der Erstreckungsrichtung des Wirkelementes 1.1 bis 2.&eegr; orientierten Langloches ausgebildet, wobei

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wenigstens eine Längsseite des Langloches mit der Stange 4 stoffschlüssig, vorzugsweise durch Punktschweißung (Schweißpunkte 4a, 4b), verbunden ist.

Figur 4 zeigt eine abgewandelte Ausführung des Endes der Abschnitte 1. 1a bis 2.nb des jeweiligen Wirkelementes 1.1 bis 2.n. Wird der Abschnitt 1.1a bis 2.nb jeweils mit einer Abrundung mit Radius r versehen, die kleiner als der Krümmungsradius R der zugeordneten Gehäusewand 3 ist, wobei im vorliegenden Falle R = D/2 beträgt, dann ergibt sich jeweils nur eine einfache Punktberührung zwischen dem Abschnitt 1.1a bis 2.nb und der jeweils zugeordneten Gehäusewand.

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Claims

1. Statischer Mischer zum Vermischen von fließfähigen Stoffen innerhalb eines rohrartigen Gehäuses, mit wenigstens zwei Reihen mit jeweils einer Anzahl n in Fließrichtung hintereinander angeordneten Wirkelementen, die jeweils eine lamellenartige Form relativ geringer Dicke aufweisen und die sich jeweils zwischen gegenüberliegenden Gehäusewänden erstrecken, wobei sich jede Reihe Wirkelemente im eingebauten Zustand in einer Ebene erstreckt und diese Ebenen einen Anordnungswinkel β miteinander bilden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wirkelement (1.1, 1.2, . . .1.n; 2.1, 2.2, . . .2.n) von einer in der Längsachse (A) des rohrartigen Gehäuses (3) angeordneten Stange (4) durchdrungen und im Bereich seiner Durchdringungsstelle (1.1c, 1.2c, . . .1.nc; 2.1c, 2.2c, . . .2.nc) auf der Stange (4) befestigt ist, daß jeder der beiderseits der Stange (4) angeordneten Abschnitte (1.1a, 1.1b; 1.2a, 1.2b; . . .1.na, 1.nb und 2.1a, 2.1b; 2.2a, 2.2b; . . .2.na, 2.nb) des jeweiligen Wirkelementes (1.1 bis 2.n) gegen die Fließrichtung weist und mit der Längsachse (A) jeweils einen Neigungswinkel (α; α₁, α₂, α₃, α₄ kleiner 90 Grad bildet, daß die Abschnitte (1.1a bis 2.nb) an den zugeordneten Gehäusewänden federnd anliegen und daß die Stange (4) mit dem Gehäuse (3) fest verbunden ist.

2. Statischer Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkelemente (1.1 bis 2.n) formschlüssig auf der Stange (4) befestigt sind.

3. Statischer Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (1.1a bis 2.nb) eben und mit einer im wesentlichen einheitlichen Lamellendicke (s₁; s₂) und einer im wesentlichen einheitlichen Breite (b₁; b₂) ausgebildet und jeweils betragsmäßig um den gleichen Neigungswinkel (α) gegen die Längsachse (A) geneigt sind.

4. Statischer Mischer nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringungsstelle (1.1c bis 2.nc) in Form eines in der Erstreckungsrichtung des Wirkelementes (1.1 bis 2.n) orientierten Langloches ausgebildet ist und daß wenigstens eine Längsseite des Langloches mit der Stange (4) stoffschlüssig verbunden ist.

5. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Abschnittes (1.1a bis 2.nb) eine Abrundung mit dem Radius (r) aufweist, die kleiner als der Krümmungsradius (R; D/2) der zugeordneten Gehäusewand ist.

6. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und in der Ausbildung mit einem zylindrischen Rohr mit dem Innendurchmesser (D), dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkelemente (1.1 bis 2.n) mit

1. der Breite b₁ = b₂ = b < D/√5,

2. der Lamellendicke mit s₁ = s₂ = s

3. dem Neigungswinkel α = 45 Grad und

4. dem Anordnungswinkel β = 90 Grad

ausgeführt sind.

7. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkelemente (1.1 bis 2.n) durch Umformen (wie Biegen, Falten, Abkanten, Schmieden, Gesenkschmieden, Prägen, Tiefziehen) oder Urformen (wie Gießen, Feingießen, Druckgießen) hergestellt sind.

8. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Wirkelemente (1.1 bis 2.n) eine Feinstrukturierung in Form von oberflächenglatten Erhebungen und Vertiefungen aufweist.

9. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) eine vorgegebene Länge (L) aufweist, daß es beiderseits mit Rohrverbindungsmitteln versehen und eine vorgegebene Anzahl (n*) Wirkelemente (1.1 bis 2.n) in sich aufnimmt.