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DE102005003965A1 - Micro-mixer for precipitation and/or crystallization reactions comprises reverse flow prevention unit placed between mixing and reaction zone and at least one channel for introducing partial stream - Google Patents

Micro-mixer for precipitation and/or crystallization reactions comprises reverse flow prevention unit placed between mixing and reaction zone and at least one channel for introducing partial stream Download PDF

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DE102005003965A1
DE102005003965A1 DE102005003965A DE102005003965A DE102005003965A1 DE 102005003965 A1 DE102005003965 A1 DE 102005003965A1 DE 102005003965 A DE102005003965 A DE 102005003965A DE 102005003965 A DE102005003965 A DE 102005003965A DE 102005003965 A1 DE102005003965 A1 DE 102005003965A1
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DE
Germany
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mixing
micromixer
reaction zone
mixer
channel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102005003965A
Other languages
German (de)
Inventor
Wolfgang Prof. Dr. Ehrfeld
Frank Dr. Herbstritt
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.)
EHRFELD MIKROTECHNIK GmbH
Original Assignee
EHRFELD MIKROTECHNIK 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 EHRFELD MIKROTECHNIK GmbH filed Critical EHRFELD MIKROTECHNIK GmbH
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Priority to JP2006553487A priority patent/JP4920427B2/en
Priority to DE502005005027T priority patent/DE502005005027D1/en
Priority to KR1020067016426A priority patent/KR101186708B1/en
Priority to AT05707247T priority patent/ATE404273T1/en
Priority to CN200580005265XA priority patent/CN1921931B/en
Priority to US10/587,404 priority patent/US7934865B2/en
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Abstract

A micro-mixer comprises a first channel for introducing a first partial stream (6), a second channel for introducing a second partial stream (7), and a reverse flow prevention unit placed between the mixing and reaction zone (10) and at least one of the channels.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikromischer zum Vermischen von mindestens zwei unter Bildung von Ausfällungen oder Suspensionen reagierenden Fluiden.The The invention relates to a micromixer for mixing at least two to form precipitates or suspensions reacting fluids.

Durch den Einsatz mikrostrukturierter Bauteile in Apparaten zur Vermischung von Fluiden werden Vorteile bei der Produktqualität erzielt sowie Mischzeiten und Größe der erforderlichen Apparaturen im Vergleich zu herkömmlichen Aufbauten verringert. Ein wesentliches Merkmal mikrostrukturierter Bauteile sind die kleinen Abmessungen der Fluidkanäle, die typischerweise im Bereich zwischen 10 und 5.000 μm angesiedelt sind. Aus diesem Grund können beispielsweise mit Multilaminationsmischern feine Fluidlamellen erzeugt werden, zwischen denen aufgrund ihrer geringen Dicke ein schneller Stoffaustausch durch Diffusion erfolgen kann. Die kleinen Abmessungen der durchströmten Querschnitte verlangen allerdings auch besondere Maßnahmen, um sie im Betrieb gegen Ablagerungen und Verstopfungen zu schützen. So werden beispielsweise im Zulauf derartiger Bauteile Partikelfilter eingesetzt, wobei sich die Auswahl der Trenngrenze an den Abmessungen der Mikrostruktur orientiert.By the use of microstructured components in apparatus for mixing Fluids have advantages in product quality as well as mixing times and size of required Apparatuses compared to conventional ones Structures reduced. An essential feature of microstructured components are the small dimensions of the fluid channels, which are typically in the range between 10 and 5,000 μm are settled. For this reason, for example, with multilamination mixers fine fluid fins are generated, between which, due to their small thickness a rapid mass transfer by diffusion take place can. The small dimensions of the flow-through cross sections require but also special measures, to protect them against deposits and blockages during operation. So For example, in the feed of such components particulate filter used, with the selection of the separation limit on the dimensions oriented to the microstructure.

Außer durch Partikel, die über die Zulaufkanäle für die einströmenden Medien in einen Mikromischer gelangen können, besteht auch aufgrund von chemisch-physikalischen Prozessen, die in den Bauteilen etwa nach einer Vermischung ablaufen, die Gefahr von Ablagerungen und Verstopfungen. So können feste Produkte zum Beispiel durch Fällung in Folge einer Neutralisationsreaktion, durch Überschreiten des Löslichkeitsprodukts oder durch Kristallisation des Reaktionsprodukts bei einer Umsetzung organischer oder anorganischer Verbindungen gebildet werden. Aus der DE 101 48 615 A1 ist ein Verfahren zur Durchführung chemischer Prozesse bekannt, bei denen mindestens zwei unter Ausbildung von Niederschlägen oder Suspensionen reagierende Fluide in einem Fluidkanäle aufweisenden Mikromischer zusammengeführt werden. Um Verstopfungen des Mikromischers zu verhindern, werden die mindestens zwei Fluide durch ein weiteres Trennfluid voneinander getrennt in eine Mischkammer oder eine Reaktionsstrecke eingeleitet. Eine vorzeitige Reaktion der Fluide wird dadurch vermieden und in einen unkritischen Bereich einer Mischervorrichtung verlagert. Eine weitere Möglichkeit, den Ablagerungen und Verstopfungen in den Mikrostrukturen vorzubeugen, wird in der DE 202 18 972 U1 beschrieben. Dort werden die Bauteile eines statischen Laminationsmikrovermischers so konstruiert, dass sie leicht zugänglich und leicht zu reinigen sind. Auf sehr einfache Weise können Suspensionen in mikrostrukturierten Bauteilen dann unter Ausschluss von Verstopfungen noch gehandhabt werden, wenn die Abmessungen der Mikrostrukturen deutlich größer sind als die auftretenden maximalen Partikelabmessungen. In der DE 100 31 558 A1 wird daher im Zusammenhang mit Verfahren zur Konditionierung organische Pigmente empfohlen, die mikrostrukturierten Bereiche innerhalb eines Reaktors so zu dimensionieren, dass die kleinste lichte Weite der Mikrostrukturen in vorteilhafter Weise ungefähr zehnmal größer als der Durchmesser der größten Teilchen ist. Dadurch vergrößern sich jedoch auch die charakteristischen Abmessungen der Bauteile, und man spricht häufig nicht mehr von Mikro-, sondern von Minireaktoren. Auch wenn durch diese Maßnahmen Abhilfe bezüglich der Verstopfungsgefahr geschaffen wird, so verringert sich dadurch häufig auch der Nutzen, den die Mikrostrukturen für die Prozessführung und Produktqualität erbringen. Auf jeden Fall sollten zur Vermeidung von Ablagerungen in der Auslaufzone eines Mischers oder Reaktors Totvolumina und scharfe Umlenkungen in der Wandung vermieden werden. Kommt es dennoch zu Verstopfungen, so können aktive Reinigungsmaßnahmen Abhilfe schaffen. In der DE 101 43 189 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur prozessbegleitenden Reinigung von Mikro- und Minireaktoren beschrieben. Dabei wird der Mikro- bzw. Minireaktor durch eine kontrollierte Druckerhöhung mit anschließender plötzlicher Entspannung oder durch einen Gasdruckstoß zyklisch oder mit Hilfe einer Regelung gereinigt. So wird Wandbelag, der sich beispielsweise aus an der chemischen Synthese oder dem physikalischen Prozess beteiligten Feststoffen gebildet hat, nahezu vollständig abgetragen. Ergänzend oder alternativ zu solchen Reinigungsverfahren sind auch besondere konstruktive Maßnahmen und spezielle Arten der Prozessführung bekannt, welche die Ausbildung von Wandbelägen und die Verstopfung der mikrostrukturierten Bauteile verhindern. Wie bereits oben erwähnt, ist aus der DE 101 48 615 A1 der Einsatz eines Trennfluids bekannt. Das Trennfluid kann allerdings die Reaktion nachteilig beeinflussen, indem es zu einer Verdünnung einer einphasigen Mischung führt und die Übersättigung für die Fällungsreaktion und damit die Ausbeute der Umsetzung verringert. Außerdem muss ein solches Trennfluid anschließend vom Produktstrom abgetrennt werden. In der DE 101 19 718 A1 wird ein Aufbau zur Herstellung inhalierfähiger Arzneistoffe beschrieben, der aus einem Mikromischer, einem Segmenter und einer anschließenden Verweilstrecke besteht. Im Mikromischer werden beispielsweise zwei flüssige Komponenten vermischt, die im Segmenter in einzelne Einheiten aufgeteilt werden, wobei die einzelnen Einheiten durch eine andere Phase voneinander getrennt werden. Dieses zweiphasige System wird dann in einer Verweilstrecke aufgeheizt, um die Reaktion einzuleiten, die zur Feststoffbildung führt. Die Segmentierung der reagierenden Phase verhindert dabei die Bildung größerer Agglomerate. Des Weiteren ist es bekannt, Strömungseffekte auszunutzen, um kleine Feststoffeinheiten zu erzeugen. So wird in der EP 1 165 224 B1 beschrieben, wie mindestens zwei flüssige Medien aus Mikrodüsen in dünnem Strahl unter hohem Druck aufeinander geschossen werden. Im Kollisionspunkt werden dadurch feine Tröpfchen erzeugt, in denen dann physikalischchemische Umwandlungen ablaufen und deren Größe auch die Größe der festen Reaktionsprodukte bestimmt. Diese werden durch einen Hilfsstrom abgeführt, das kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein, die anschließend abgetrennt werden müssen. In der DE 198 51 253 A1 wird die Herstellung von Bisphenol A unter Verwendung einer kontrollierten Turbulenz beschrieben. Die Turbulenz wird durch eine geeignete Strömungsführung erzeugt, und mit ihr lassen sich Form und Größe der Teilchen einstellen. Die EP 0 913 187 B1 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Polymerisation mit einem Mikromischer für Reaktionsflüssigkeiten. Zur Herstellung von Polymeren werden dort zwei oder mehr Monomere aus Düsen ausgespritzt und in einem oder mehreren Schritten zusammen geführt. Die Mischungen werden dann mittels Druck aus der Mischkammer geleitet. Der Punkt des Aufeinanderprallens zweier Strahlen von Fluiden liegt in einiger Entfernung von den Düsen, mit denen die Fluide im Winkel aufeinander gespritzt werden, so dass eine Verstopfung der Düsen ausgeschlossen werden kann. Die WO 01/62374 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Nanosuspensionen. Dabei treten die Fluide nach ihrer Vermischung in einer Mischkammer in eine Düse ein, die sie über einen Auslaufkanal verlassen. Die Vermischung wird durch Turbulenzen erzielt, so dass Ablagerungen und Verstopfungen der Mikrostrukturen auf diese Weise vorgebeugt wird.Apart from particles that can get into a micromixer via the inlet channels for the inflowing media, there is also the risk of deposits and blockages due to chemical-physical processes that take place in the components, for example after mixing. For example, solid products can be formed by precipitation as a result of a neutralization reaction, by exceeding the solubility product, or by crystallization of the reaction product upon reaction of organic or inorganic compounds. From the DE 101 48 615 A1 For example, a method for carrying out chemical processes is known in which at least two fluids reacting to form precipitates or suspensions are combined in a micromixer having fluid channels. In order to prevent clogging of the micromixer, the at least two fluids are introduced separated by a further separating fluid into a mixing chamber or a reaction zone. A premature reaction of the fluids is thereby avoided and shifted to a non-critical region of a mixer device. Another way to prevent the deposits and blockages in the microstructures, is in the DE 202 18 972 U1 described. There, the components of a static lamination micromixer are designed to be easily accessible and easy to clean. In a very simple manner, suspensions in microstructured components can then still be handled to the exclusion of blockages, if the dimensions of the microstructures are significantly larger than the occurring maximum particle dimensions. In the DE 100 31 558 A1 Therefore, in the context of conditioning processes, organic pigments are recommended to be sized within a reactor such that the smallest clear width of the microstructures is advantageously about ten times greater than the diameter of the largest particles. However, this also increases the characteristic dimensions of the components, and one speaks often no longer of micro, but of mini reactors. Even if these measures provide a remedy with regard to the risk of clogging, this often also reduces the usefulness of the microstructures for process control and product quality. In any case, to avoid deposits in the outlet zone of a mixer or reactor dead volumes and sharp deflections in the wall should be avoided. If there are still blockages, then active cleaning measures can help. In the DE 101 43 189 A1 describe a method and a device for process-accompanying cleaning of micro and mini reactors. The micro- or mini-reactor is cleaned by a controlled pressure increase with subsequent sudden relaxation or by a gas pressure surge cyclically or by means of a scheme. For example, wall covering, which has formed, for example, from solids participating in the chemical synthesis or the physical process, is almost completely removed. In addition or as an alternative to such cleaning methods, special design measures and special types of process control are known which prevent the formation of wall coverings and the clogging of the microstructured components. As mentioned above, is from the DE 101 48 615 A1 the use of a separating fluid known. However, the separation fluid may adversely affect the reaction by causing dilution of a single-phase mixture and reducing the supersaturation for the precipitation reaction and hence the yield of the reaction. In addition, such a separation fluid must then be separated from the product stream. In the DE 101 19 718 A1 describes a construction for the preparation of inhalable drugs, which consists of a micromixer, a Segmenter and a subsequent dwell. In the micromixer, for example, two liquid components are mixed, which are divided into individual units in the segmenter, wherein the individual units are separated by a different phase. This biphasic system is then heated in a residence zone to initiate the reaction leading to the formation of solids. The segmentation of the reacting phase prevents the formation of larger agglomerates. Furthermore it is Known to take advantage of flow effects to produce small solid units. So will in the EP 1 165 224 B1 described how at least two liquid media from micro-nozzles are shot at each other in a thin jet under high pressure. In the collision point, fine droplets are generated in which then physical-chemical transformations take place and their size also determines the size of the solid reaction products. These are removed by an auxiliary flow, which can be a gas or a liquid, which must then be separated. In the DE 198 51 253 A1 describes the preparation of bisphenol A using controlled turbulence. The turbulence is generated by a suitable flow guidance, and with it the shape and size of the particles can be adjusted. The EP 0 913 187 B1 describes a process for continuous polymerization with a micromixer for reaction liquids. To produce polymers, two or more monomers are ejected from nozzles and combined in one or more steps. The mixtures are then passed by pressure from the mixing chamber. The point of collision between two jets of fluids is some distance from the nozzles, which are used to angle the fluids to each other, so that blockage of the jets can be precluded. WO 01/62374 A2 describes a process for the preparation of nanosuspensions. The fluids enter after mixing in a mixing chamber in a nozzle, which they leave via an outlet channel. The mixing is achieved by turbulence, so that deposits and blockages of the microstructures is prevented in this way.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die bisher verwendeten Lösungen gegen Ablagerungen und Verstopfungen der Mikrostrukturen in den folgenden Maßnahmen bestehen: Die Bauteile der Mikrostrukturen werden so konstruiert, dass sie gut zugänglich und leicht zu reinigen sind, auch werden sie deutlich größer als die Partikel gebaut, darüber hinaus können Verweilstrecken und zusätzliche Kanäle für Hilfsströme vorgesehen sein. Die Verfahren zur Vermeidung von Ablagerungen und Verstopfungen an Mikroreaktoren sehen eine prozessbegleitende Reinigung vor, geeignete Strömungsführungen, Vermischungen fern der Zuleitungskanäle oder Erzeugung von Turbulenzen. Allen Maßnahmen ist gemein, dass sie die Effizienz der Mikroreaktoren beeinträchtigen oder großen zusätzlichen Aufwand bedeuten.In summary It should be noted that the previously used solutions against deposits and Blockages of the microstructures in the following measures consist: the components of the microstructures are constructed that they are easily accessible and are easy to clean, they are also significantly larger than the particles are built over it can out Dives and additional Channels for auxiliary currents provided be. The procedures for avoiding deposits and blockages Microreactors provide a process-accompanying cleaning, suitable Flow guides, Mixing away from the supply ducts or generating turbulence. All measures is common that they affect the efficiency of microreactors or big ones additional Mean effort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mikromischer zum Vermischen von mindestens zwei Fluiden zur Verfügung zu stellen, der eine schnelle und effiziente Vermischung der Fluide gewährleistet und gleichzeitig gute Beständigkeit gegenüber unerwünschten Ablagerungen und Verstopfungen in der Mikrostrukturen aufweist.task The object of the present invention is to provide a micromixer for mixing of at least two fluids to provide a fast and efficient mixing of fluids and simultaneously good resistance across from undesirable Has deposits and blockages in the microstructures.

Die Aufgabe wird überraschenderweise durch den erfindungsgemäßen Mikromischer gelöst.The Task is surprisingly by the micromixer according to the invention solved.

Gegenstand der Erfindung sind daher Mikromischer zum Vermischen von mindestens zwei unter Bildung von Ausfällungen oder Suspensionen reagierenden Fluiden mit einem ersten Kanal für die Zufuhr eines ersten Teilstroms (6) und mit einem zweiten Kanal für die Zufuhr eines zweiten Teilstroms (7), die in flachen, bevorzugt schmalen Eintrittsspalten (19, 20) in eine Misch- und Reaktionszone (10) münden und die Misch- und Reaktionszone (10) über einen Auslaufkanal (11) verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Misch- und Reaktionszone (10) und mindestens einem Kanal für die Zufuhr eines Teilstroms (6, 7, 37) eine Rückströmsperre (9, 17) angeordnet ist. Vorzugsweise hat einer der Eintrittsspalte im Bereich seiner Einmündung in die Reaktionszone eine Rückstromsperre ausgebildet.The invention therefore provides micromixers for mixing at least two fluids reacting to form precipitates or suspensions with a first channel for the supply of a first partial flow (US Pat. 6 ) and with a second channel for the supply of a second partial flow ( 7 ), which in flat, preferably narrow entrance slits ( 19 . 20 ) into a mixing and reaction zone ( 10 ) and the mixing and reaction zone ( 10 ) via an outlet channel ( 11 ), characterized in that between the mixing and reaction zone ( 10 ) and at least one channel for the supply of a partial flow ( 6 . 7 . 37 ) a backflow barrier ( 9 . 17 ) is arranged. Preferably, one of the inlet gaps in the region of its confluence with the reaction zone has formed a backflow barrier.

Der erfindungsgemäße Mikromischer zum Vermischen von mindestens zwei unter Bildung von Ausfällungen oder Suspensionen reagierenden Fluiden weist einen ersten Kanal für die Zufuhr eines ersten Teilstroms und einen zweiten Kanal für die Zufuhr eines zweiten Teilstroms auf. Beide Kanäle münden vorzugsweise in schmalen Eintrittsspalten in eine Misch- und Reaktionszone und verlassen diese über einen Auslasskanal. Zwischen der Misch- und Reaktionszone und mindestens einem Kanal für die Zufuhr eines Teilstroms ist eine Rückströmsperre angeordnet. Als Vorteil des erfindungsgemäßen Mikromischers erweist es sich, dass in der Misch- und Reaktionszone keine Rückströmungen auftreten. Dadurch werden die damit verbundenen Fällungsreaktionen in den Einlaufbereichen der Misch- und Reaktionszone vermieden. In der Misch- und Reaktionszone erfolgt die primäre Keimbildung für die später erfolgenden Ausfällungen und Kristallisationsprozesse. Zur Herstellung fein disperser Feststoffe, wie sie in Ausfällung oder Suspensionen auftreten, müssen hohe Keimbildungsraten erzielt werden. In großtechnischen Prozessen werden daher in entsprechenden Misch- und Reaktionszonen hohe Schergeschwindigkeiten durch schnelle Strömungen oder intensives Rühren realisiert. Hohe Keimbildungsraten mit Hilfe mikrostrukturierter Bauteile lassen sich erzielen, wenn feine Fluidstrahlen in ein strömendes Fluid injiziert werden. Die zugeführten Fluide können selbst bereits partikelhaltig sein.Of the micromixer according to the invention for mixing at least two to form precipitates or suspensions reacting fluids has a first channel for the Supply of a first partial flow and a second channel for the supply of a second partial flow on. Both channels preferably open in narrow Entrance columns in a mixing and reaction zone and leave these over one Outlet channel. Between the mixing and reaction zone and at least a channel for the supply of a partial flow is arranged a backflow preventer. As an advantage of the micromixer according to the invention it turns out that no backflows occur in the mixing and reaction zone. As a result, the associated precipitation reactions in the inlet areas avoided the mixing and reaction zone. In the mixing and reaction zone is the primary one Germination for The later resulting precipitations and crystallization processes. For producing finely dispersed solids, as they are in precipitation or suspensions must occur high nucleation rates can be achieved. In large-scale processes will be Therefore, in corresponding mixing and reaction zones high shear rates through fast currents or intensive stirring realized. High nucleation rates with the help of microstructured Components can be achieved when fine fluid jets in a flowing fluid be injected. The supplied Fluids can already be particle-containing.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Mikromischers sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous embodiments the micromixer are the subject of the dependent claims.

Ein gleichmäßiges Wachstum gebildeter Keime zu einheitlicher Partikelgröße setzt voraus, dass sich der Misch- und Reaktionszone ein gleichförmiges Strömungsfeld mit niedrigen Geschwindigkeiten anschließt. Dies wird mit Vorteil realisiert durch einen Auslasskanal mit einer glatten und sich aufweitenden Geometrie.A steady growth of educated kei To uniform particle size requires that the mixing and reaction zone follow a uniform flow field at low speeds. This is realized with advantage by an outlet channel with a smooth and widening geometry.

Die Rückströmsperre des Mikromischers ist vorzugsweise als Rückschlagventil oder als Membrananordnung ausgebildet. Die Vorspannung der Feder des Rückschlagventils kann mit Hilfe von mechanischen Mitteln eingestellt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann die Federvorspannung und/oder die Federkonstante und damit der Ansprechdruck bzw. das Öffnungsverhalten des Rückschlagventils während des Betriebs des Mischers von außen eingestellt werden. Insbesondere bei einer Einbindung des Rückschlagventils in einen externen Regelkreis erweist sich die Verwendung eines elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektromagnetischen Antriebs für das Rückschlagventil als vorteilhaft.The backflow of the micromixer is preferably as a check valve or as a membrane assembly educated. The bias of the spring of the check valve can help with be adjusted by mechanical means. In a particularly advantageous execution can the spring preload and / or the spring constant and thus the set pressure or the opening behavior the check valve while be adjusted from the outside of the operation of the mixer. Especially in an integration of the check valve in an external control loop, the use of an electrical, pneumatic, hydraulic or electromagnetic drive for the check valve as advantageous.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Mischers kann die Breite wenigstens eines der Eintrittsspalte und/oder die charakteristische Dimension der Misch- und Reaktionszone während des Betriebs des Mischers kontinuierlich oder stufenweise eingestellt werden. Die Einstellung dieser Größen kann dabei durch mechanischen, pneumatischen, hydraulischen, piezoelektrischen, elektrostatischen oder elektromagnetischen Antrieb erfolgen. In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Mischers können diese Größen darüber hinaus als Stellgrößen in einen Regelkreis eingebunden werden.In a further advantageous embodiment of the mixer can the width of at least one of the entrance slits and / or the characteristic Dimension of the mixing and reaction zone during operation of the mixer be set continuously or stepwise. The attitude of these sizes can mechanical, pneumatic, hydraulic, piezoelectric, electrostatic or electromagnetic drive. In a particularly advantageous embodiment of the mixer, this can Sizes beyond that as manipulated variables in one Be integrated loop.

Als Regelgrößen für die Einstellung des Ansprechdrucks bzw. Öffnungsverhaltens des Rückschlagventils, der Breite wenigstens einer der Eintrittsspalte und/oder der charakteristischen Dimension der Misch- und Reaktionszone werden bevorzugt chemische oder physikalische Eigenschaften des Misch- bzw. Reaktionsprodukts, insbesondere solche, die sich durch eine schnelle online-Messung ermitteln lassen, wie z.B. Temperatur, Farbe, Lichtstreu- oder Absorptionsverhalten, pH-Wert oder elektrische Leitfähigkeit, herangezogen.When Controlled variables for the adjustment the response pressure or opening behavior the check valve, the width of at least one of the entrance slits and / or the characteristic one Dimension of the mixing and reaction zone are preferably chemical or physical properties of the mixed or reaction product, especially those that are characterized by a fast online measurement determine, e.g. Temperature, color, light scattering or absorption behavior, pH or electrical conductivity, used.

Die Eintrittsspalte für die verschiedenen Teilströme können linear – dann vorzugsweise parallel – oder radial, oder gekrümmt – dann vorzugsweise ringförmig konzentrisch oder axial in Folge – angeordnet sein. Linear angeordnete Eintrittsspalte eignen sich in besonders vorteilhafter Weise, um erfindungsgemäße Mikromischer für hohe Volumenströme, z.B. oberhalb einiger 100 L/h zu realisieren. Im Fall einer ebenfalls vorteilhaften ringförmigen konzentrischen Anordnung kann die Rückströmsperre sowohl Bestandteil des inneren und/oder des äußeren Kanals sein. Für den Fall, dass das Rückschlagventil Bestandteil des inneren Kanals ist, ist die Funktionsweise des Mischers in den 1 bis 5 beschrieben. Im Fall einer weiteren vorteilhaften Ausführung mit zwei ringförmigen, mit Membranventilen als Rückströmsperren versehenen Eintrittsspalten in axialer Anordnung ist die Funktionsweise des Mischers in 6 beschrieben. Der ebenfalls vorteilhafte Fall eines im äußeren Eintrittsspalt ausgebildeten Rückschlagventils ist in 8 dargestellt.The inlet gaps for the various partial flows can be linear - then preferably parallel - or radial, or curved - then preferably annular concentric or axially in sequence - be arranged. Linearly arranged entrance gaps are particularly advantageously suitable for realizing micromixers according to the invention for high volume flows, eg above a few 100 L / h. In the case of a likewise advantageous annular concentric arrangement, the non-return valve can be both part of the inner and / or the outer channel. In the event that the check valve is part of the inner channel, the operation of the mixer is in the 1 to 5 described. In the case of a further advantageous embodiment with two annular, provided with diaphragm valves as Rückströmsperren entry columns in an axial arrangement, the operation of the mixer in 6 described. The likewise advantageous case of a check valve formed in the outer entrance slit is in 8th shown.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Mikromischer aus mindestens einem innen liegenden als auch einem außen liegenden Rückschlagventil, siehe 9. Die in 10 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht dabei zusätzlich das Mischen von mehr als zwei Komponenten.In a further preferred embodiment of the invention, the micromixer consists of at least one internal and one external non-return valve, see 9 , In the 10 illustrated embodiment of the invention additionally allows the mixing of more than two components.

Die in die Misch- und Reaktionszone zulaufenden Teilströme können in vielfältiger Weise durch eine entsprechende Gestaltung der Strömungsführung aufgefächert werden, wodurch die Mischgeschwindigkeit und damit die Keimbildungsrate erhöht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den 1d, 2b, 3a und 3b dargestellt sind, werden mit Schlitzen versehene Platten, z.B. mit radialen Schlitzen versehene Platten (16), eingelegt, die den Teilstrom bzw. die Teilströme in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufspalten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bestimmte Strukturen, wie z.B. eine Riffelung auf die Kanalwände oder, wie in 4 dargestellt, unmittelbar im Einströmbereich des jeweiligen Teilstroms auf den Rand des Rückschlagventils aufgebracht.The inflowing into the mixing and reaction zone streams can be fanned in many ways by an appropriate design of the flow, whereby the mixing speed and thus the nucleation rate is increased. In a preferred embodiment of the invention, as described in the 1d . 2 B . 3a and 3b are slotted plates, eg radial slotted plates ( 16 ), which split the sub-stream or sub-streams into a plurality of sub-beams. In a further embodiment of the invention, certain structures, such as a corrugation on the channel walls or, as in 4 shown, applied directly in the inflow region of the respective partial flow on the edge of the check valve.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Mikromischers ist die Rückstromsperre elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch ansteuerbar. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführung, bei der die Rückstromsperre durch einen äußeren Erreger mit hoher Frequenz periodisch bewegt werden kann. Besonders bevorzugt ist hier Ausführung als Rückschlagventil mit einem leichten Ventilteller und periodischer Erregung durch einen Piezoschwinger oder Elektromagneten. Als Erregerfrequenzen sind hierbei Frequenzen im Mega-Hertz-Bereich besonders bevorzugt.In a further advantageous embodiment of the micromixer according to the invention is the backflow stop electrically, pneumatically, hydraulically or electromagnetically controllable. Particularly advantageous is an embodiment in which the backflow lock through an external pathogen can be moved periodically with high frequency. Especially preferred is here execution as a check valve with a slight valve disc and periodic excitement through a piezoelectric vibrator or electromagnet. As exciter frequencies In this case, frequencies in the megahertz range are particularly preferred.

Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Mischers bei hohen Volumendurchsätzen der eingehenden Teilströme ist bevorzugt eine Mischereinheit bestehend aus mehreren parallel betriebenen identischen Anordnungen von Eintrittsspalten mit jeweils separaten Rückstromsperren und Mischzonen in einem gemeinsamen Gehäuse und mit gemeinsamer Fluidzuführung einzusetzen, wobei die Fluidzuführung zu den einzelnen Anordnungen bevorzugt derart gestaltet und die Öffnungsdrücke der einzelnen Rückstromsperren derart aufeinander abgestimmt sind, dass in allen Mischzonen der Mischereinheit im Betrieb dieselben Mischungs- und Strömungsverhältnisse herrschen.For use of the mixer according to the invention at high volumetric throughputs of the incoming substreams, it is preferable to use a mixer unit consisting of several identical arrangements of entry slits operated in parallel, each with separate backflow locks and mixing zones in a common housing and with common fluid supply, the fluid supply to the individual arrangements preferably being such designed and the opening pressures of each Return flow locks are matched to one another such that prevail in all mixing zones of the mixer unit in operation the same mixing and flow conditions.

Die erfindungsgemäßen Mikromischer werden bevorzugt durch Verfahren der Feinwerktechnik und Mikrofertigungstechnik hergestellt. Dies umfasst alle gängigen Methoden, wie z.B. die spanabhebende Bearbeitung, Funkenerosion oder Materialbearbeitung mit Laserstrahlung. Wird ein Rückschlagventil als Rückströmsperre eingesetzt, so wird dessen Dichtwirkung in vorteilhafter Weise durch Ausstattung mit einer Elastomerdichtung erreicht. In einer anderen vorteilhaften Ausführung wird die Dichtwirkung des Rückschlagventils durch Einschleifen des Ventilkonus in seinen Sitz erreicht. Diese Form der Dichtung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise, wenn der Mischer bei hohen Temperaturen eingesetzt werden soll.The micromixer according to the invention are preferred by precision engineering and microfabrication techniques produced. This includes all common ones Methods, such as the machining, spark erosion or material processing with laser radiation. Will be a check valve as Rückströmsperre used, so its sealing effect in an advantageous manner Equipped with an elastomer seal. In another advantageous embodiment becomes the sealing effect of the check valve achieved by grinding the valve cone into its seat. These Shape of the seal is particularly advantageous, when the mixer is to be used at high temperatures.

Die Mikromischer können dabei vorteilhaft aus den in der Verfahrenstechnik gängigen Materialien wie Edelstählen, Nickelbasis-Legierungen, Titan. oder Tantal gefertigt werden. Insbesondere bei Einsatz der Mikromischer unter hohen Temperaturen oder mit korrosiven Medien sind jedoch auch bevorzugt keramische Materialien wie z.B. Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid oder Siliziumcarbid einzusetzen.The Micromixers can while advantageous from the commonly used in process engineering materials like stainless steels, Nickel-based alloys, titanium. or tantalum are made. Especially when using the micromixer under high temperatures or with corrosive However, media are also preferred ceramic materials such as e.g. Alumina, zirconia, silicon nitride, aluminum nitride or Use silicon carbide.

Die erfindungsgemäßen Mikroreaktoren werden dabei bevorzugt für Kristallisations- und Fällungsreaktionen eingesetzt.The microreactors according to the invention are preferred for Crystallization and precipitation reactions used.

Wenn in den Mikromischer Substanzen eindringen, die spontan kristallisieren, ist es sinnvoll, die Rückströmsperren mit Reinigungsstiften zu versehen, die vorzugsweise eine nadelförmige Spitze aufweisen. Die Reinigungsstifte befreien die Mikrostrukturen bei jedem Öffnungs- und Schließ vorgang von etwaigen Ablagerungen. Die Reinigungsstifte können entweder entgegen der Strömungsrichtung in eine betreffende Austrittsöffnung eingeführt werden oder in Strömungsrichtung. Werden etwaige Ablagerungen durch die Reinigungsstifte in Strömungsrichtung herausgedrückt, so erweist sich das als besonders vorteilhaft. Die Mikrostrukturen können auch durch kurzzeitiges Betätigen der Rückströmsperren im laufenden Betrieb mit Hilfe der Reinigungsstifte von Ablagerungen befreit werden. Der Betrieb muss dafür nicht unterbrochen werden. Das kurzzeitige Schließen zu Reinigungszwecken kann manuell, über gezielt aufgebrachte Druckschwankungen oder über einen externen Regelkreis ausgelöst werden.If into the micromixer substances that spontaneously crystallize, it makes sense to use the backflow valves provided with cleaning pins, preferably a needle-shaped tip exhibit. The cleaning pens free the microstructures every opening and closing process from any deposits. The cleaning pens can either against the flow direction in a respective outlet opening introduced or in the flow direction. Be any deposits pushed out by the cleaning pins in the flow direction, so this proves to be particularly beneficial. The microstructures can also by short-term pressing the backflow stops during operation with the help of cleaning pins of deposits be freed. The operation does not have to be interrupted for this. The short-term closing For cleaning purposes can be manually, via specifically applied pressure fluctuations or over triggered an external control loop become.

Die Zuführung der Teilströme in einen kreis- oder ringförmigen Querschnitt kann unter hohem Druck und aus feinen Düsen erfolgen. Da Kristallisationsprozesse in verschiedenen Phasen ablaufen, die durch die Schergradienten beeinflusst werden, ist das Aufeinandertreffen der Teilströme unter verschiedenen Winkeln vorteilhaft, um unterschiedliche Geschwindigkeitsgradienten zwischen den Teilströmen zu realisieren. Die Teilströme treffen bevorzugt in einem Winkel zwischen 5 und 175° aufeinander. Treffen die Teilströme in spitzen Winkeln aufeinander, so weist eine Hauptkomponente ihre Bewegung in Ausströmrichtung, so dass sich die Relativgeschwindigkeiten der einzelnen Teilströme langsam angleichen. Auf diese Weise können am Einspritzpunkt hohe Schergradienten realisiert werden, um die Keimbildung zu begünstigen. Die nachfolgende Abnahme der Relativgeschwindigkeiten wirkt sich günstig auf das Kristallwachstum aus. Bei einer Einspritzung eines Teilstroms im rechten Winkel können höhere Geschwindigkeitsgradienten in der Nähe der Dosierstelle realisiert werden, woraus eine hohe Keimbildungsrate resultiert. Anschließend kann ein erster Teilstrom durch einen zweiten Teilstrom in Ausströmrichtung bewegt werden, wobei sich die Relativgeschwindigkeit zwischen den Teilströmen verringert. Die Keimbildungsrate lässt sich weiter steigern, wenn die Einspritzung unter einem stumpfen Winkel erfolgt, beispielsweise 175°. In diesem Fall treten die größten Geschwindigkeitsgradienten an der Einspritzstelle auf.The feed the partial flows in a circular or ring-shaped Cross-section can be done under high pressure and from fine nozzles. Since crystallization processes take place in different phases, the influenced by the shear gradients, is the clash the partial flows at different angles advantageous to different velocity gradients between the substreams too realize. The partial flows Preferably meet at an angle between 5 and 175 ° to each other. Meet the partial flows at acute angles to each other, so has a major component their Movement in the outflow direction, so that the relative velocities of the individual streams are slow assimilate. That way you can At the injection point high shear gradients are realized to the To favor nucleation. The subsequent decrease in relative velocities has an effect Cheap on the crystal growth. At an injection of a partial flow at right angles higher Velocity gradients realized near the dosing which results in a high nucleation rate. Then you can a first partial flow moves through a second partial flow in the outflow direction be, with the relative velocity between the partial streams is reduced. The nucleation rate is Continue to increase if the injection under a dull Angle takes place, for example, 175 °. In this case, the highest velocity gradient at the injection point.

Kristallisations- und Fällungsprodukte bedürfen in vielen Fällen einer weiteren Behandlung, um beispielsweise den pH-Wert im Produktstrom durch Nachdosierung einer Säure oder einer Lauge zu regeln oder mit Hilfe von Inhibitoren oder Stabilisatoren die Kristallgröße zu steuern. Oft sind dafür weitere Dosierstellen erforderlich. Diese können in einem oder in mehreren hintereinander geschalteten Apparaturen realisiert werden. In diesem Zusammenhang kann es auch notwendig sein, die zuströmenden Medien, ein gesamtes Bauteil, die Misch- und Reaktionszone oder weitere sich anschließende Bauteile gezielt zu temperieren.crystallization and precipitation products need in many cases a further treatment, for example, the pH in the product stream by addition of an acid or a lye or with the help of inhibitors or stabilizers To control crystal size. Often they are for it additional dosing required. These can be in one or more be implemented in series devices. In this It may also be necessary to identify the inflowing media, an entire component, the mixing and reaction zone or more subsequent Tempered components targeted.

Eine Beeinflussung der Partikelgröße der gebildeten Kristallisations- oder Fällungsprodukte kann erfolgen, indem der Querschnitt des Auslasskanals regelmäßig oder unregelmäßig gestaltet wird. Aufgrund ihrer gegenüber dem Medium unterschiedlichen Dichte bewegen sich die Fällungspro dukte meist mit geringerer Geschwindigkeit als die strömende Flüssigkeit. An einer Engstelle kommt es zu einer Beschleunigung der Strömung, an einer Erweiterung zu einer Beruhigung der Strömung. Auf diese Weise können gezielt Geschwindigkeitsgradienten aufgeprägt werden, die eine Zerschlagung großer Aggregate oder deren Vergrößerung bewirken.A Influencing the particle size of the formed Crystallization or precipitation products can be done by the cross section of the outlet channel regularly or irregularly designed becomes. Because of their opposite The medium of different density, the precipitation products usually move at a slower rate than the flowing liquid. At a bottleneck there is an acceleration of the flow, on an extension to calm the flow. That way you can targeted velocity gradients are imprinted, which is a smashing large aggregates or cause their enlargement.

Fällungs- und Kristallisationsprodukte neigen in Abhängigkeit von ihren Eigenschaften, der Wandrauhigkeit und den Strömungsbedingungen zur Ablagerung an den Wandungen des Mikromischers. Es erweist sich daher als günstig, die ausströmenden Produkte im Auslasskanal in einen Mantelstrahl einzuschließen, der zwischen der Wandung des Auslasskanals und dem ausströmenden Produkt als geschlossener Film zugeleitet wird.Precipitation and crystallization products tend to deposit on the walls of the micromixer depending on their properties, wall roughness and flow conditions. It therefore proves to be beneficial to include the effluent products in the outlet channel in a jacketed jet which is fed between the wall of the outlet channel and the effluent product as a closed film.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Mikromischers ist dieser im Bereich des Auslasskanals aus einem gegen Anhaftungen besonders resistenten Material, wie z.B. PTFE, gefertigt, die Wandung des Auslasskanals ist mit einem solchen Material beschichtet und/oder die Oberfläche dieser Wandung ist, z.B. durch Einsatz eines Politur oder Elektropoliturverfahrens, besonders glatt ausgeführt.In another advantageous embodiment of the micromixer this is in the region of the outlet channel of a anti-adherence material, e.g. PTFE, manufactured, the wall of the outlet channel is made with such a material coated and / or the surface this wall is, e.g. by using a polish or electropolishing process, very smooth.

Bei der Erzeugung von Partikeln oder Nanopartikeln ist vorzugsweise wenigstens einer der dem Mischer zugeführten Teilströme eine Flüssigkeit, Gas, ein kondensiertes Gas, ein überkritisches Lösungsmittel, ein Nebel, ein Gas mit festen, gegebenenfalls katalytisch aktiven Bestandteilen oder eine Emulsion. oder ein sich infolge der in der Mischzone stattfindenden Prozesse im Mischer bildendes Medium.at the generation of particles or nanoparticles is preferred at least one of the part streams supplied to the mixer Liquid, gas, a condensed gas, a supercritical Solvent, a mist, a gas with solid, optionally catalytically active Ingredients or an emulsion. or as a result of in the Mixing zone occurring processes in the mixer forming medium.

Bei den Fällungsreaktionen kann die Reaktion beispielsweise durch die Zufuhr eines weiteren Stroms unterbrochen werden oder es können weitere Schichten anderer Feststoffe auf die durch Fällung erzeugten Partikel aufgebracht werden. Auf diese Weise eignet sich der Mischer u.a. vorteilhaft zur Erzeugung von Partikeln bzw. Nanopartikeln mit mehreren in konzentrischer Abfolge angeordneten Schichten aus unterschiedlichen Substanzen. Zur Beeinflussung der Teilchengröße sowie zwecks Überführung der erzeugten Partikel in eine andere fluide Phase können ferner oberflächenaktive Substanzen zum Produktstrom zugeführt werden.at the precipitation reactions For example, the reaction may be by the supply of another stream be interrupted or it can other layers of other solids are produced by precipitation Particles are applied. In this way, the mixer is suitable et al advantageous for the production of particles or nanoparticles having a plurality of layers arranged in a concentric sequence different substances. For influencing the particle size as well for the purpose of transferring the particles produced in another fluid phase can also be surface-active Substances are supplied to the product stream.

Der erfindungsgemäße Mischer ermöglicht zudem die Herstellung von Nanopartikeln in der Gasphase, wobei wenigstens einer der zugeführten Teilströme bereits fein verteilte Partkel wie z.B. Nanopartikel mit katalytischer Wirkung enthalten kann. Auf diese Weise kann der Mischer z.B. vorteilhaft zur Vermischung von mit katalytisch aktiven Nanopartikeln versetzten gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Ammoniakgas verwendet werden, um durch chemische Umsetzung des so erzeugten Gemischs Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu erzeugen.Of the inventive mixer also allows the production of nanoparticles in the gas phase, wherein at least one of the supplied substreams already finely divided particles such as e.g. Nanoparticles with catalytic May contain effects. In this way, the mixer may e.g. advantageous for mixing with catalytically active nanoparticles offset gaseous Hydrocarbons and ammonia gas are used by chemical Implementation of the mixture thus produced carbon nanotubes too produce.

Ferner ist mit dem Mischer vorteilhaft die In-Situ-Herstellung von Emulsionen möglich, welche somit auch dann für die Durchführung von Fällungs- und Kristallisationsreaktionen sowie für die Herstellung von Nanopartikeln genutzt werden können, wenn sie sehr instabil sind.Further is advantageous with the mixer, the in-situ production of emulsions possible, which therefore also for the implementation of precipitation and Crystallization reactions and for the production of nanoparticles can be used if they are very unstable.

Eine weitere vorteilhafte Verwendung des Mischers besteht in der Fällung bzw. Kristallisation von Partikeln unter Verwendung überkritischer Lösungsmittel sowie hoch komprimierter oder kondensierter Gase, da der Mikromischer in besonders vorteilhafter Weise das Arbeiten bei hohen Drücken ermöglicht. Im Falle einer solchen Verwendung kann das Mischungsprodukt stromabwärts hinter dem Mischer auf vorteilhafte Weise durch adiabatische Entspannung des Trägermediums abgekühlt werden. Eine solche Abkühlung kann sehr schnell erfolgen und damit in vorteilhafter Weise eine schnelle Keimbildung einleiten oder aber sehr kurz nach dem Einsetzen des Partikelwachstums die chemische Reaktion bzw. ein weiteres Partikelwachstum stoppen.A Another advantageous use of the mixer consists in the precipitation or Crystallization of particles using supercritical solvents as well as highly compressed or condensed gases, since the micromixer in a particularly advantageous manner allows working at high pressures. In case of such use, the mixture product may be downstream downstream the mixer in an advantageous manner by adiabatic relaxation of the carrier medium chilled become. Such a cooling can be done very quickly and thus advantageously one initiate rapid nucleation or very soon after insertion Particle growth, the chemical reaction or further particle growth to stop.

Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.These Uses are also the subject of the invention.

Für komplexere, z.B. mehrstufige Reaktionen kann der erfindungsgemäße Mischer auch mit weiteren Bauelementen kombiniert werden, die zum Aufbau eines Mikroreaktionssystems notwendig sind, wie z.B. Wärmetauscher, elektrische Heizmodule (27), thermische Isolatoren (25), weitere durchströmbare Dosierstellen (26) bzw. Mischer, wie z.B. Mantelstrommischer, Steuerungseinheiten etc. sowie Messeinrichtungen, z.B. zur Ermittlung von Temperaturen, Druck, pH-Wert, elektrischen oder optischen Eigenschaften der durchströmenden Substanzen. Insbesondere Stromabwärts des Mikromischers sind dabei bevorzugt solche Komponenten einzusetzen, die nicht durch die im Mischer erzeugten Partikel verstopfen oder sonst in ihrer Funktion beeinträchtigt werden und/oder sich mit geringem Aufwand demontieren und reinigen lassen.For more complex, eg multi-stage reactions of the mixer according to the invention can also be combined with other components that are necessary for the construction of a microreaction system, such as heat exchangers, electrical heating modules ( 27 ), thermal isolators ( 25 ), further through-flow metering points ( 26 ) or mixers, such as, for example, lateral flow mixers, control units, etc., as well as measuring devices, for example for determining temperatures, pressure, pH, electrical or optical properties of the substances flowing through. In particular downstream of the micromixer are preferably to use those components that are not clogged by the particles generated in the mixer or otherwise impaired in their function and / or can be disassembled and cleaned with little effort.

Stromabwärts hinter dem Mischer angeordnete Dosierstellen können auch zur Temperierung des Produktstroms eingesetzt werden, indem sie diesem ein geeignet temperiertes Fluid zuführen.Downstream behind The mixer arranged metering can also be used to control the temperature Product stream are used by this a suitably tempered Supply fluid.

Der erfindungsgemäße Mikromischer wird anhand der folgenden Figuren beispielhaft erläutert.Of the micromixer according to the invention will be explained by way of example with reference to the following figures.

Es zeigen:It demonstrate:

1a einen erfindungsgemäßen Mikromischer, insbesondere einen Ventilmischer, mit Rückschlagventil im Längsschnitt, 1a a micromixer according to the invention, in particular a valve mixer, with a check valve in longitudinal section,

1b eine vergrößerte Ansicht des Mikromischers der 1a auf die Umgebung der Misch- und Reaktionszone, 1b an enlarged view of the micromixer of 1a to the environment of the mixing and reaction zone,

1c die Strömungsverläufe im Mikromischer aus 1a, 1c the flow patterns in the micromixer 1a .

1d die Strömungsverläufe in der vergrößerten Ansicht der 1b, 1d the flow patterns in the magnö view of the 1b .

2a eine Abstandsscheibe zur Einstellung der Höhe des Eintrittsspalts für den ersten Teilstrom, 2a a spacer plate for adjusting the height of the entrance gap for the first partial flow,

2b eine Abstandsscheibe mit mikrostrukturierter Ausgestaltung, 2 B a spacer disk with a microstructured design,

3a eine perspektivische Ansicht auf die Misch- und Reaktionszone des Mikromischers mit Rückschlagventil, 3a a perspective view of the mixing and reaction zone of the micromixer with check valve,

3b einen Querschnitt durch die Misch- und Reaktionszone der 3a, 3b a cross section through the mixing and reaction zone of 3a .

4 einen Längsschnitt durch einen Ventilstößel mit mikrostrukturierter Ausgestaltung der Oberfläche mit einer vergrößerten Ansicht in Wandnähe, 4 a longitudinal section through a valve stem with microstructured design of the surface with an enlarged view near the wall,

5a einen Längsschnitt durch einen Ventilmischer mit schmalem ersten Eintrittsspalt und geschlossenem Rückschlagventil, 5a a longitudinal section through a valve mixer with narrow first entrance gap and closed check valve,

5b einen Längsschnitt durch den Ventilmischer aus 5a mit geöffnetem Rückschlagventil, 5b a longitudinal section through the valve mixer 5a with open check valve,

5e einen Längsschnitt durch einen Ventilmischer mit breitem ersten Eintrittsspalt und geschlossenem Rückschlagventil, 5e a longitudinal section through a valve mixer with a wide first entrance gap and closed check valve,

5d einen Längsschnitt durch den Ventilmischer aus 5c mit geöffnetem Rückschlagventil, 5d a longitudinal section through the valve mixer 5c with open check valve,

6a einen erfindungsgemäßen Mikromischer mit Membrananordnung im Längsschnitt, 6a a micromixer according to the invention with membrane arrangement in longitudinal section,

6b eine vergrößerte Ansicht des Mikromischers der 6a im Umgebungsbereich der Misch- und Reaktionszone, 6b an enlarged view of the micromixer of 6a in the surrounding area of the mixing and reaction zone,

6c die Strömungsverläufe im Mikromischer der 6b, 6c the flow patterns in the micromixer the 6b .

6d die Strömungsverläufe in der vergrößerten Ansicht der 6b, 6d the flow patterns in the enlarged view of 6b .

7 einen erfindungsgemäßen Ventilmischer in Kombination mit einer weiteren Dosierstelle und einem beheizten Auslasskanal. 7 a valve mixer according to the invention in combination with a further metering point and a heated outlet channel.

8 einen Ventilmischer mit einem außen liegenden Rückschlagventil 8th a valve mixer with an external check valve

9 einen Ventilmischer mit einem außen liegenden und einem innen liegenden Rückschlagventil 9 a valve mixer with an external and an internal check valve

10 einen Ventilmischer mit einem innen liegenden und einem außen liegenden Rückschlagventil, welcher einen zusätzlichen Strömungskanal und Eintrittsspalt zur Zuführung eines weiteren Teilstroms ausgebildet hat. 10 a valve mixer having an inner and an outer non-return valve, which has formed an additional flow channel and entrance slit for supplying a further partial flow.

11 einen Ventilmischer für große Volumenströme, der als parallele Anordnung mehrerer identischer Ventilmischereinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse mit gemeinsamer Zuführung der Teilströme sowie gemeinsamer Abführung des Mischungsprodukts ausgebildet ist. 11 a large volume flow valve mixer, which is designed as a parallel arrangement of a plurality of identical valve mixing units in a common housing with the common supply of the partial streams and common discharge of the mixture product.

In der 1a ist ein erfindungsgemäßer Ventilmischer im Längsschnitt dargestellt. Der Ventilmischer besteht aus einem Grundkörper 1, aus einem Mittelteil 2 und aus einem Deckel 3. Diese drei Bauelemente werden nach außen durch zwei O-Ringe 4, 5 abgedichtet. Dabei ist der erste O-Ring 4 zwischen dem Grundkörper 1 und dem Mittelteil 2 angeordnet, und der zweite O-Ring 5 befindet sich zwischen dem Mittelteil 2 und dem Deckel 3. Die beiden Teilströme 6, 7 treten von links und von rechts in den Grundkörper 1 ein. Sie sind jeweils durch horizontal verlaufende schwarze Pfeile angedeutet. Der erste Teilstrom 6 wird im linken Bereich des Grundkörpers 1 durch eine Bohrung nach oben geführt, die in einen Ringkanal 8 für den ersten Teilstrom 6 mündet. Aus dem Ringkanal 8 tritt der erste Teilstrom 6 knapp oberhalb eines Ventilstößels 9 in eine Misch- und Reaktionszone 10. Der zweite Teilstrom 7 wird zentral durch den Mikromischer geführt. Er umströmt den Ventilstößel 9 und wird über mehrere Bohrungen 12 der Unterseite des Kopfes des Ventilstößels 9 zugeleitet und gelangt von dort in die Misch- und Reaktionszone 10. Das Reaktionsgemisch, bestehend aus dem ersten Teilstrom 6 und dem zweiten Teilstrom 7, wird über einen Auslasskanal 11 abgeleitet. Der Ventilstößel 9, die Misch- und Reaktionszone 10 und der Auslasskanal 11 sind rotationssymmetrisch ausgeführt. Durch die Einstellung einer Spiralfeder 13, einer Mutter 14 und einer Kontermutter 15 wird die Kraft festgelegt, die erforderlich ist, um den Ventilstößel 9 nach oben zu verschieben. Diese Kraft muss aufgebracht werden durch die Druckdifferenz, die zwischen dem Druck in den Bohrungen 12 für den zweiten Teilstrom 7 und der Misch- und Reaktionszone 10 besteht. Durch diese Druckdifferenz wird der Ventilstößel 9 nach oben verschoben und gibt den Weg für den zweiten Teilstrom 7 in die Misch- und Reaktionszone 10 frei. Kommt es zu einem Druckabfall in den Bohrungen 12 oder steigt durch Ablagerungen und Verstopfungen in der Misch- und Reaktionszone 10 oder im Auslasskanal 11 der Druck stark an, so wird der Ventilstößel 9 nach unten gegen den Ventilkörper 17 gedrückt, und eine Rückströmung aus der Misch- und Reaktionszone 10 in den Zulaufbereich für den zweiten Teilstrom 7 verhindert. Der Mikromischer ist also mit einer Rückströmsperre für den zweiten Teilstrom 7 in der Form eines Rückschlagventils ausgestattet. Die Dichtwirkung lässt sich weiterhin dadurch verbessern, dass zwischen dem Ventilstößel 9 und dem Ventilkörper 17 eine Elastomerdichtung eingesetzt wird, die hier nicht abgebildet ist. Der Ventilkörper 17 wird durch einen dritten O-Ring 18 gegen den Grundkörper 1 abgedichtet, so dass eine Vermischung der beiden Teilströme 6, 7 außerhalb der Misch- und Reaktionszone 10 ausgeschlossen ist. Zwischen dem Ventilkörper 17 und dem Mittelteil 2 des Mikromischers befindet sich eine flache Abstandsscheibe 16, die in verschiedenen Stärken, bevorzugt in einer Dicke zwischen 20 und 5.000 μm, ausgeführt ist. Durch eine Variation der Scheibendicke der Abstandsscheibe 16 ändert sich die Breite des Spalts zwischen dem Ventilkörper 17 und dem Mittelteil 2, aus dem der erste Teilstrom 6 in die Misch- und Reaktionszone 10 einströmt.In the 1a an inventive valve mixer is shown in longitudinal section. The valve mixer consists of a base body 1 , from a middle part 2 and from a lid 3 , These three components are outward through two O-rings 4 . 5 sealed. Here is the first O-ring 4 between the main body 1 and the middle part 2 arranged, and the second O-ring 5 is located between the middle part 2 and the lid 3 , The two partial streams 6 . 7 come from the left and from the right into the main body 1 one. They are each indicated by horizontally extending black arrows. The first partial flow 6 becomes in the left area of the main body 1 passed through a hole leading up into an annular channel 8th for the first partial flow 6 empties. From the ring channel 8th occurs the first partial flow 6 just above a valve tappet 9 in a mixing and reaction zone 10 , The second partial flow 7 is guided centrally through the micromixer. He flows around the valve lifter 9 and will have several holes 12 the bottom of the head of the valve lifter 9 fed from there into the mixing and reaction zone 10 , The reaction mixture, consisting of the first part stream 6 and the second partial flow 7 , is via an outlet channel 11 derived. The valve lifter 9 , the mixing and reaction zone 10 and the outlet channel 11 are designed rotationally symmetrical. By adjusting a spiral spring 13 , a mother 14 and a locknut 15 It determines the force required to move the valve lifter 9 move upwards. This force must be applied by the pressure difference between the pressure in the holes 12 for the second partial flow 7 and the mixing and reaction zone 10 consists. Due to this pressure difference, the valve tappet 9 moved up and gives the way for the second partial flow 7 into the mixing and reaction zone 10 free. If there is a pressure drop in the holes 12 or rises due to deposits and blockages in the mixing and reaction zone 10 or in the outlet channel 11 the pressure is strong, so the valve tappet 9 down against the valve body 17 pressed, and a return flow from the mixing and reaction zone 10 in the inlet area for the second partial flow 7 prevented. The micromixer is thus with a backflow barrier for the second partial flow 7 in the form of a setback equipped. The sealing effect can be further improved by the fact that between the valve stem 9 and the valve body 17 an elastomeric seal is used, which is not shown here. The valve body 17 is through a third O-ring 18 against the main body 1 sealed, allowing a mixture of the two partial flows 6 . 7 outside the mixing and reaction zone 10 is excluded. Between the valve body 17 and the middle part 2 of the micromixer is a flat shim 16 , which is in various strengths, preferably in a thickness between 20 and 5000 microns, executed. By a variation of the disc thickness of the spacer 16 the width of the gap between the valve body changes 17 and the middle part 2 from which the first partial flow 6 into the mixing and reaction zone 10 flows.

Die 1b stellt eine vergrößerte Ansicht auf die Umgebung der Misch- und Reaktionszone 10 des Mikromischers der 1a dar. Die Führung der beiden Teilströme 6, 7 ist hier besonders deutlich zu erkennen. Der erste Teilstrom 6 gelangt aus dem Ringkanal 8 über einen ersten Eintrittsspalt 19, dessen Breite durch die Abstandsscheibe 16 bestimmt wird, in die Misch- und Reaktionszone 10. Durch die gleichförmige Dicke des ersten Eintrittsspalts 19 strömt der erste Teilstrom 6 als geschlossener Film aus dem Ventilkörper 17 aus. Dahinter trifft der erste Teilstrom 6 auf den ebenfalls als geschlossener und gleichförmiger Film austretenden zweiten Teilstrom 7. Der zweite Teilstrom 7 tritt aus einem zweiten Eintrittsspalt 20 zwischen dem Ventilstößel 9 und dem Ventilkörper 17 aus. In der Folge strömen die beiden als Filme ausgebildeten Teilströme 6, 7 parallel zueinander durch die Misch- und Reaktionszone 10 zum Auslasskanal 11. Eine Verbesserung der Mischgüte wird erreicht, wenn die Abstandsscheibe 16 mikrostrukturiert ist.The 1b provides an enlarged view of the environment of the mixing and reaction zone 10 the micromixer of the 1a dar. The leadership of the two streams 6 . 7 is particularly clear here. The first partial flow 6 gets out of the ring channel 8th over a first entrance slit 19 whose width through the spacer disc 16 is determined in the mixing and reaction zone 10 , Due to the uniform thickness of the first entrance gap 19 the first partial flow flows 6 as a closed film from the valve body 17 out. Behind it, the first partial stream meets 6 on the likewise emerging as a closed and uniform film second partial flow 7 , The second partial flow 7 emerges from a second entrance slit 20 between the valve lifter 9 and the valve body 17 out. As a result, the two streams formed as films flow 6 . 7 parallel to each other through the mixing and reaction zone 10 to the outlet channel 11 , An improvement in the quality of mixing is achieved when the shim 16 is microstructured.

Die 1c und 1d geben jeweils die Strömungsverläufe der 1a und 1b wieder. Auf Bezugszeichen wurde verzichtet. Die Strömungsverläufe sind jeweils durch die schwarzen Pfeile dargestellt.The 1c and 1d each give the flow of the 1a and 1b again. Reference signs have been omitted. The flow curves are each represented by the black arrows.

In den 2a und 2b sind jeweils Abstandsscheiben 16 dargestellt, wie sie zur Einstellung der Höhe des ersten Eintrittsspalts 19 zwischen dem Ventilkörper 17 und dem Mittelteil 2 für den ersten Teilstrom 6 verwendet werden. Die Abstandsscheibe 16 der 2b unterscheidet sich von der in der 2a dadurch, dass sie zusätzlich eine mikrostrukturierte Ausgestaltung im Bereich des ersten Eintrittsspalts 19 für den ersten Teilstrom 6 aufweist. Durch die Abstandsscheibe 16 in der 2b kann eine Verbesserung der Vermischung der beiden Teilströme 6, 7 erzielt werden, da der geschlossene Film des ersten Teilstroms 6 in mehrere Einzelstrahlen zerlegt wird und die Geschwindigkeit dieser Einzelstrahlen am ersten Eintrittsspalt 19 deutlich erhöht wird, so dass die Strahlen in den zweiten Teilstrom 7 eindringen und von diesem umschlossen werden. Auf diese Weise werden die Vorteile der Mikrotechnik für die Erzeugung kleiner Fluidlamellen ausgenutzt, ohne dass es zu Ablagerungen und Verstopfungen der Mikrostrukturen kommt.In the 2a and 2 B are each shims 16 shown how to adjust the height of the first entrance nip 19 between the valve body 17 and the middle part 2 for the first partial flow 6 be used. The spacer 16 of the 2 B is different from the one in the 2a in that it additionally has a microstructured configuration in the region of the first entrance gap 19 for the first partial flow 6 having. Through the spacer 16 in the 2 B can improve the mixing of the two partial streams 6 . 7 be achieved, since the closed film of the first partial flow 6 is decomposed into several individual beams and the speed of these individual beams at the first entrance slit 19 is significantly increased, so that the rays in the second partial stream 7 penetrate and be enclosed by this. In this way, the advantages of microtechnology for the production of small fluid fins are exploited without causing deposits and blockages of the microstructures.

Die 3a und 3b stellen Strömungsverläufe in der Misch- und Reaktionszone 10 dar. Dabei ist die 3a eine perspektivische Ansicht auf die Misch- und Reaktionszone 10, wobei eine Abstandsscheibe 16 gemäß der 2b verwendet wurde. Der erste Teilstrom 6 ist durch die schwarzen Pfeile 6 angedeutet, und der zweite Teilstrom 7 ist durch weiße Pfeile dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der erste Teilstrom 6 in mehrere Einzelstrahlen zerlegt worden ist, die vom zweiten Teilstrom 7 jeweils umschlossen werden. In der 3b ist ein Querschnitt durch die Misch- und Reaktionszone 10 der 3a mit dem entsprechenden Strömungsverlauf des ersten Teilstroms 6 und des zweiten Teilstroms 7 wiedergegeben.The 3a and 3b provide flow patterns in the mixing and reaction zone 10 dar. Here is the 3a a perspective view of the mixing and reaction zone 10 where a shim 16 according to the 2 B has been used. The first partial flow 6 is through the black arrows 6 indicated, and the second partial flow 7 is represented by white arrows. It can be seen that the first partial flow 6 has been decomposed into several individual beams, the second partial stream 7 each enclosed. In the 3b is a cross section through the mixing and reaction zone 10 of the 3a with the corresponding flow path of the first partial flow 6 and the second partial flow 7 played.

Die 4 stellt einen Ventilstößel 9 mit einer strukturierten Mikrooberfläche 21 dar. Die strukturierte Mikrooberfläche 21 ist eingekreist und rechts in einem Kreis vergrößert wiedergegeben. Durch die strukturierte Mikrooberfläche 21 wird der ansonsten als geschlossener Fluidfilm zwischen dem Ventilstößel 9 und dem Ventilkörper 17 aus dem zweiten Eintrittsspalt 20 austretende zweite Teilstrom 7 in mehrere Einzelstrahlen aufgeteilt. Die Strukturen der strukturierten Mikrooberfläche 21 sind vorzugsweise zwischen 50 und 3.000 μm hoch, und sie werden so in der Misch- und Reaktionszone 10 angeordnet, dass die Stege bei geschlossenem Ventilstößel 9 an die Wand anschließen, so dass der zweite Teilstrom 7 tatsächlich in separate Einzelstrahlen aufgeteilt wird. Auf diese Weise wird über den Strömungsquerschnitt des zweiten Teilstroms 7 gemessen ein Feld mit sehr hohen Geschwindigkeitsgradienten erzeugt. Dies begünstigt die Vermischung des ersten Teilstroms 6 mit dem zweiten Teilstrom 7.The 4 puts a valve lifter 9 with a structured micro surface 21 The structured micro surface 21 is circled and enlarged on the right in a circle. Through the structured micro surface 21 otherwise becomes a closed fluid film between the valve lifter 9 and the valve body 17 from the second entrance slit 20 exiting second partial flow 7 divided into several individual beams. The structures of the structured micro-surface 21 are preferably between 50 and 3000 microns high, and thus become in the mixing and reaction zone 10 arranged that the webs with the valve stem closed 9 connect to the wall so that the second partial flow 7 is actually divided into separate individual beams. In this way, via the flow cross-section of the second partial flow 7 measured a field with very high velocity gradients. This favors the mixing of the first partial flow 6 with the second partial flow 7 ,

Die 5a bis 5d stellen jeweils einen Längsschnitt durch einen Mikromischer mit einem Rückschlagventil als Rückströmsperre dar. Die 5a und 5b zeigen einen Mikromischer mit schmalem ersten Eintrittsspalt 19. In der 5a ist das Rückschlagventil geschlossen, und in der 5b ist das Rückschlagventil geöffnet und gibt einen zweiten Eintrittsspalt 20 für den zweiten Teilstrom 7 frei. Die 5c und 5d stellen einen Mikromischer mit breitem ersten Eintrittsspalt 19 dar. In der 5c ist das Rückschlagventil geschlossen, und in der 5d ist das Rückschlagventil geöffnet und gibt einen zweiten Eintrittsspalt 20 für den zweiten Teilstrom 7 frei. Durch den schmalen ersten Eintrittsspalt 19 in der 5b erfährt der erste Teilstrom 6 eine wesentlich höhere Geschwindigkeit als im Fall der 5d mit breitem ersten Eintrittsspalt 19. Über ein Gewinde oder eine vergleichbare externe Einrichtung lässt sich die Breite des ersten Eintrittsspalts 19 und somit auch die Breite des Spalts 30, in dem die beiden Teilströme 6, 7 zusammenlaufen, und der in seiner Verlängerung stromabwärts der Misch- und Reaktionszone entspricht, variieren.The 5a to 5d each represent a longitudinal section through a micromixer with a check valve as Rückströmsperre. Die 5a and 5b show a micromixer with a narrow first entrance slit 19 , In the 5a the check valve is closed, and in the 5b the check valve is open and gives a second entrance slit 20 for the second partial flow 7 free. The 5c and 5d make a micromixer with a wide first entrance slit 19 in the 5c the check valve is closed, and in the 5d the check valve is open and gives a second entrance slit 20 for the second partial flow 7 free. Through the narrow first entrance slit 19 in the 5b learns the first partial flow 6 a much higher speed than in the case of 5d with wide first entrance slit 19 , Via a thread or a comparable external device can be the width of the first entrance gap 19 and thus the width of the gap 30 in which the two sub-streams 6 . 7 converge, and which corresponds in its extension downstream of the mixing and reaction zone, vary.

In der 6a ist ein erfindungsgemäßer Mikromischer mit einem Membrankörper 34 als Rückströmsperre im Längsschnitt zu sehen. In diesem Mikromischer werden drei Teilströme 6, 7, 37 miteinander vermischt. Auch dieser Mikromischer umfasst einen Grundkörper 1, ein Mittelteil 2 und einen Deckel 3. Der Deckel 3 besteht aus einer oberen und einer unteren Hälfte, und das Mittelteil 2 besteht ebenso aus einem oberen und einem unteren Teil. Der zweite und der dritte Teilstrom 7, 37 werden jeweils über eine Rückströmsperre in der Art eines Membrankörpers 34 zu der Misch- und Reaktionszone 10 geleitet. Für den Membrankörper 34 kommen verschiedene Materialien in Frage. Dabei kann über verschiedene Wanddicken des Membrankörpers 34 und unterschiedliche Elastizität des Materials die durch den Differenzdruck aufzubringende erforderliche Öffnungskraft eingestellt werden. Dies ist vergleichbar mit der Einstellung in dem Mikromischer der 1a mit Rückschlagventil, die über die Spiralfeder 13, die Mutter 14 und die Kontermutter 15 erfolgt. In dieser Ausführungsform des Mikromischers mit Membrankörper 34 können dem ersten Teilstrom 6 entweder nur ein weiterer Teilstrom, oder aber zwei weitere Teilströme 7, 37 zugemischt werden. Ebenso ist denkbar, dass der erste Teilstrom 6 Partikel mit sich führt. Die Partikel können die Mikrostruktur ungehindert durchdringen, da der Mikromischer Mindestabmessungen im Bereich zwischen 500 und 3.000 μm aufweist.In the 6a is a micromixer with a membrane body according to the invention 34 to be seen as a non-return valve in longitudinal section. In this micromixer are three partial streams 6 . 7 . 37 mixed together. This micromixer also comprises a basic body 1 , a middle section 2 and a lid 3 , The lid 3 consists of an upper and a lower half, and the middle part 2 It also consists of an upper and a lower part. The second and the third partial flow 7 . 37 are each via a backflow in the manner of a membrane body 34 to the mixing and reaction zone 10 directed. For the membrane body 34 Different materials come into question. It can be about different wall thicknesses of the membrane body 34 and different elasticity of the material to be applied by the differential pressure required opening force. This is similar to the setting in the micromixer 1a with non-return valve, via the coil spring 13 , the mother 14 and the locknut 15 he follows. In this embodiment of the membrane-type micromixer 34 can the first partial flow 6 either just another substream, or two more substreams 7 . 37 be mixed. It is also conceivable that the first partial flow 6 Carries particles with it. The particles can penetrate the microstructure unhindered since the micromixer has minimum dimensions in the range between 500 and 3000 μm.

In der 6b ist eine vergrößerte Ansicht der 6a im Umgebungsbereich der Misch- und Reaktionszone 10 dargestellt.In the 6b is an enlarged view of the 6a in the surrounding area of the mixing and reaction zone 10 shown.

Die 6c und 6d geben die Strömungsverläufe der 6a und 6b wieder. Auf Bezugszeichen wurde verzichtet.The 6c and 6d give the flow of the 6a and 6b again. Reference signs have been omitted.

In der 7 ist ein als Ventilmischer ausgebildetes Modul 24 dargestellt, das zusammen mit einer weiteren Dosierstelle 26 und einem elektrischen Heizmodul 27 zu einem integrierten Bauteil kombiniert ist. Zwischen dem als Ventilmischer ausgebildeten Modul 24 und der weiterem Dosierstelle 26 ist ein Isolationsmodul 25 zur thermischen Entkopplung dieser benachbarten Bauteile vorgesehen.In the 7 is designed as a valve mixer module 24 shown, which together with another metering point 26 and an electric heating module 27 is combined into an integrated component. Between the designed as a valve mixer module 24 and the further metering point 26 is an isolation module 25 provided for the thermal decoupling of these adjacent components.

8 stellt eine vorteilhafte Ausführung des Ventilmischers mit ringförmig koaxialer Anordnung der Eintrittsspalte 19, 20 dar, bei dem die Rückströmsperre im Bereich des äußeren der beiden Eintrittsspalte ausgebildet ist. Die Rückstromsperre wird hierbei durch einen axial beweglichen Ventilring 41 realisiert, der durch eine Kolbendichtung 42 gegenüber dem Gehäuse 43 abgedichtet ist und durch eine verschließende Kraftwirkung 45 gegen die gegenüber liegende Kante des Eintrittsspalts 19 gepresst wird. Überschreitet die durch den Druck des ersten Teilstroms auf den Ventilring ausgeübte Kraft die verschließende Kraftwirkung 45, so öffnet sich der Eintrittsspalt 20 und der erste Teilstrom tritt in die Misch- und Reaktionszone 10 ein. 8th represents an advantageous embodiment of the valve mixer with annular coaxial arrangement of the entrance column 19 . 20 in which the non-return valve is formed in the region of the outer of the two inlet gaps. The return flow lock is in this case by an axially movable valve ring 41 realized by a piston seal 42 opposite the housing 43 is sealed and by a closing force effect 45 against the opposite edge of the entrance slit 19 is pressed. If the force exerted on the valve ring by the pressure of the first partial flow exceeds the closing force effect 45 , so opens the entrance slit 20 and the first partial flow enters the mixing and reaction zone 10 one.

In 9 ist eine weitere vorteilhafte Ausführung des Ventilmischers mit ringförmig koaxialer Anordnung der Eintrittsspalte 19, 20 dargestellt, bei der sowohl im Bereich des ersten als auch des zweiten Eintrittsspalts eine Rückstromsperre ausgebildet ist. Hierbei sind die Funktionsprinzipien der in den 5 und 8 dargestellten Ausführungen des Ventilmischers in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert.In 9 is a further advantageous embodiment of the valve mixer with annular coaxial arrangement of the entrance column 19 . 20 shown, in which both in the region of the first and the second entrance gap, a return flow lock is formed. Here are the functional principles of the in the 5 and 8th illustrated embodiments of the valve mixer combined in an advantageous manner.

10 zeigt eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform des Ventilmischers, die aus der in 9 dargestellten Ausführungsform dadurch hervorgeht, dass der Misch- und Reaktionszone 10 ein dritter Teilstrom 37 durch einen weiteren ringförmigen Eintrittsspalt 38, der zwischen dem Eintrittsspalt für den ersten 19 und dem Eintrittsspalt 20 für den zweiten Teilstrom angeordnet ist, zugeführt wird. 10 shows a likewise advantageous embodiment of the valve mixer, which consists of the in 9 illustrated embodiment shows that the mixing and reaction zone 10 a third partial flow 37 through a further annular entrance slit 38 that is between the entrance slit for the first 19 and the entrance slit 20 is arranged for the second partial flow, is supplied.

In 11 ist eine parallele Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Ventilmischereinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse (5153) mit gemeinsamer Zuführung der Teilströme dargestellt, welche vorteilhaft für die Vermischung größerer Volumenströme eingesetzt werden kann. Die beiden Versorgungskanäle für den ersten (56) bzw. zweiten Teilstrom (57) sind in dieser Ausführung in zwei übereinander liegenden Ebenen angeordnet. Bei jeder der parallel betriebenen Ventilmischereinheiten ist der Öffnungsdruck des Rückschlagventils individuell variierbar, um ein einheitliches Volumenstromverhältnis der Teilströme an allen Mischereinheiten einstellen zu können. Das Mischungsprodukt verlässt die einzelnen Mischereinheiten in einen gemeinsamen Auslasskanal, welcher in direktem Anschluss oberhalb der in der 11 dargestellten Baugruppe angeordnet ist.In 11 is a parallel arrangement of several inventive valve mixer units in a common housing ( 51 - 53 ) with common supply of the partial flows, which can be used advantageously for the mixing of larger volume flows. The two supply channels for the first ( 56 ) or second partial flow ( 57 ) are arranged in this embodiment in two superimposed planes. In each of the parallel-operated valve mixing units, the opening pressure of the check valve is individually variable in order to set a uniform volume flow ratio of the partial flows on all mixer units can. The mixture product leaves the individual mixing units in a common outlet channel, which in direct connection above in the 11 shown assembly is arranged.

11
Grundkörperbody
22
Mittelteilmidsection
33
Deckelcover
44
erster O-Ringfirst O-ring
55
zweiter O-Ringsecond O-ring
66
erster Teilstromfirst partial flow
77
zweiter Teilstromsecond partial flow
88th
Ringkanal für den ersten Teilstromannular channel for the first partial flow
99
Ventilstößeltappet
1010
Misch- und Reaktionszonemixing and reaction zone
1111
Auslasskanalexhaust port
1212
Bohrungen im Ventilkörper für den zweiten Teilstromdrilling in the valve body for the second partial flow
1313
Spiralfederspiral spring
1414
Muttermother
1515
Kontermutterlocknut
1616
Abstandsscheibespacer
1717
Ventilkörpervalve body
1818
dritter O-Ringthird O-ring
1919
Eintrittsspalt für den ersten Teilstromentrance slit for the first partial flow
2020
Eintrittsspalt für den zweiten Teilstromentrance slit for the second partial flow
2121
mikrostrukturierte Oberfläche des Ventilstößelsmicrostructured surface of the valve lifter
2424
als Ventilmischer ausgebildetes Modulwhen Valve mixer trained module
2525
Isolationsmodul zur thermischen Entkopplung benachbarter Bauteileisolation module for thermal decoupling of adjacent components
2626
weitere DosierstelleFurther metering
2727
elektrisches Heizmodulelectrical heating module
3030
Abstanddistance
3434
Membrankörpermembrane body
3737
dritter Teilstromthird partial flow
3838
Eintrittsspalt für dritten Teilstromentrance slit for third partial flow
4040
Zentraler Konuscentral cone
4141
Ventilringvalve ring
4242
Kolbendichtungpiston seal
4343
Gehäusecasing
4545
verschließende Kraftwirkung auf Ventilringclosing force effect on valve ring
4646
verschließende Kraftwirkung auf Ventilstößelclosing force effect on valve lifter
5151
gemeinsamer Grundkörpercommon body
5252
gemeinsamer Mittelteilcommon midsection
5353
gemeinsame Auslassplattecommon outlet plate
5656
gemeinsamer Versorgungskanal für ersten Teilstromcommon Supply channel for first partial flow
5757
gemeinsamer Versorgungskanal für zweiten Teilstromcommon Supply channel for second partial flow

Claims (13)

Mikromischer zum Vermischen von mindestens zwei unter Bildung von Ausfällungen oder Suspensionen reagierenden Fluiden mit einem ersten Kanal für die Zufuhr eines ersten Teilstroms (6) und mit einem zweiten Kanal für die Zufuhr eines zweiten Teilstroms (7), die in flachen Eintrittsspalten (19, 20) in eine Misch- und Reaktionszone (10) münden und die Misch- und Reaktionszone (10) über einen Auslasskanal (11) verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Misch- und Reaktionszone (10) und mindestens einem Kanal für die Zufuhr eines Teilstroms (6, 7, 37) eine Rückströmsperre angeordnet ist.Micromixer for mixing at least two fluids reacting to form precipitates or suspensions with a first channel for the supply of a first partial flow ( 6 ) and with a second channel for the supply of a second partial flow ( 7 ), which are located in flat entrance slits ( 19 . 20 ) into a mixing and reaction zone ( 10 ) and the mixing and reaction zone ( 10 ) via an outlet channel ( 11 ), characterized in that between the mixing and reaction zone ( 10 ) and at least one channel for the supply of a partial flow ( 6 . 7 . 37 ) A backflow stop is arranged. Mikromischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückströmsperre als Rückschlagventil ausgebildet ist.Micromixer according to claim 1, characterized that the backflow barrier as a check valve is trained. Mikromischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung des Rückschlagventils mit mechanischen Mitteln (13, 14, 15) vorgegeben wird.Micromixer according to claim 2, characterized in that the bias of the check valve by mechanical means ( 13 . 14 . 15 ) is given. Mikromischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch ansteuerbar ist.Micromixer according to claim 2, characterized that the check valve electrically, pneumatically, hydraulically or electromagnetically controllable is. Mikromischer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückströmsperre als Membrananordnung ausgebildet ist.Micromixer according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the Rückströmsperre as a membrane assembly is trained. Mikromischer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückströmsperre durch Reinigungsstifte, die bei jedem Öffnungs- und Schließvorgang in die von der Rückströmsperre freigegebenen Öffnung einfahren und im Wesentlichen nadelförmig ausgebildet sind, von Ablagerungen im laufenden Betrieb gereinigt wird.Micromixer according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the Rückströmsperre by cleaning pins, which at each opening and closing process in the from the backflow barrier shared opening retract and are substantially needle-shaped, of Deposits are cleaned during operation. Mikromischer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Eintrittsspalten (19, 20) für die Teilströme (6, 7, 37) als schmale Ringspalten ausgebildet sind, so dass die Teilströme (6, 7, 37) als dünne Filmschichten aufeinander treffen.Micromixer according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that entrance gaps ( 19 . 20 ) for the partial flows ( 6 . 7 . 37 ) are formed as narrow annular gaps, so that the partial flows ( 6 . 7 . 37 ) meet as thin film layers on each other. Mikromischer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsspalten (19, 20) durch mikrostrukturierte Bauelemente (16, 9) begrenzt werden, die eine Aufteilung der Teilströme (6, 7, 37) in einzelne Teilstrahlen herbeiführen.Micromixer according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the entrance slits ( 19 . 20 ) by microstructured components ( 16 . 9 ), a division of the partial flows ( 6 . 7 . 37 ) into individual partial beams. Mikromischer einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal (11) eine glatte und sich aufweitende Geometrie aufweist.Micro mixer according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the outlet channel ( 11 ) has a smooth and expanding geometry. Mikromischer einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Auslasskanal (11) eine Zuführung für einen Mantelstrahl vorgesehen ist, der die vermischten Teilströme (6, 7, 37) beim Auslassen umhüllt.Micro mixer according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that in the outlet channel ( 11 ) a feed for a jacket jet is provided, the mixed partial streams ( 6 . 7 . 37 ) enveloped when omitting. Mikromischer einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansprechdruck und/oder das Öffnungsverhalten der Rückstromsperre, die Breite wenigstens eines der Einströmspalte und/oder eine charakteristische Dimension der Misch- und Reaktionszone mit mechanischen, hydraulischen, pneumatischen, elektrischen oder elektromagnetischen Mittel von außen einstellbar sind und/oder als Stellgrößen eines äußeren oder inneren Regelkreises automatisch variiert werden.Micromixer one or more of claims 1 to 10, characterized in that the response pressure and / or the opening behavior the backflow stop, the width of at least one of the inflow column and / or a characteristic Dimension of mixing and Reaction zone with mechanical, hydraulic, pneumatic, electrical or Electromagnetic means are adjustable from the outside and / or as manipulated variables of an outer or inner Control loop can be varied automatically. Mikromischer einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr erfindungsgemäße Ventilmischereinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse mit gemeinsamer Zuführung der Teilströme und gemeinsamem Auslasskanal in einer Weise angeordnet sind, dass sie parallel betrieben werden können.Micromixer one or more of claims 1 to 12, characterized in that two or more valve mixer units according to the invention are arranged in a common housing with common supply of the partial flows and common outlet channel in such a way that they can be operated in parallel. Verwendung des Mikromischers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 für Fällungs-/und/oder Kristallisationsreaktionen, die Herstellung von Nanopartikeln, Kohlenstoff-Nanoröhren, Fullerenen oder Partikeln/Nanopartikeln mit mehreren in konzentrischer Abfolge angeordneten Schichten aus unterschiedlichen Substanzen.Use of the micromixer after one or more the claims 1 to 13 for Precipitation / and / or Crystallization reactions, the production of nanoparticles, carbon nanotubes, fullerenes or particles / nanoparticles with several in concentric sequence arranged layers of different substances.
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