DE60005953T2

DE60005953T2 - Stapelbare statische mischelemente

Info

Publication number: DE60005953T2
Application number: DE60005953T
Authority: DE
Inventors: A. Felix STREIFF
Original assignee: Sulzer Chemtech AG
Current assignee: Sulzer Chemtech AG
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: CA2377601C; AU5753100A; JP4643093B2; EP1189686A1; BR0011838A; BR0011838B1; CN1356925A; EP1189686B1; CA2377601A1; TW450834B; WO2000078440A1; JP2003502145A; ATE251942T1; ES2208354T3; AU771441B2; US20120107324A1; KR20020019463A; DE60005953D1; KR100691078B1; US6394644B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Feld der Endung
Die vorliegenden Erfindung betrifft statische Mischer, die für die kontinuierliche Mischung von Flüssigkeiten verwendbar sind, und besonders für das Mischen hochviskoser Flüssigkeiten wie Polymerschmelzen.
Stand der Technik
Statische Mischvorrichtungen, wie in EP-A-0967004 offengelegt, sind besonders nützlich für die Homogenisierung vielkomponentiger Mischungen und Ähnliches. Statische Mischer sind auch nützlich in Verbindung mit Wärmetauschern und/oder für Pfropfenflussreaktoren. Diese Vorrichtungen sind einfach und leicht zu benutzen. Ein besonderer Vorteil ist, dass statische Mischer keine beweglichen Teile haben und infolge dessen keine besonderen Abdichtungsschwierigkeiten und/oder Wartungsschwierigkeiten aufweisen.
Es ist bekannt, dass Vorrichtungen dieses Typs häufig verwendet werden für Anwendungen in der Verarbeitung von Polymeren durch Extrusion oder Einspritzformung, die große Druckabfälle über den Mischer zeigen. Dies verlangt allgemein einen robusten Entwurf mit Verwendung sehr dicken Materials und verstärkten Komponenten. Kleinformatige Elemente können durch Präzisionsguss von rostfreiem Stahl oder Stellit hergestellt werden. Elemente können häufig durch Schweißen oder Hartlöten einzelner Komponenten in eine Metallhülse verstärkt werden, welche dann als ein Träger für das Element dienen kann.
Es ist auch erwünscht, dass statische Mischervorrichtungen allgemein für Wartung und Reinigung und visuelle Inspektion nach Gebrauch zugänglich sein müssen. Ein zuvor bekanntes Verfahren für den Zugang, um Reinigung und Inspektion zu ermöglichen, ist es, individuelle Elemente mit einem Ring vom Satellitentyp zu stützen, wie in der Internationalen Publikation WO 95/09689 gezeigt ist. Diese Konstruktion verlangt jedoch kostspieligen Präzisionsguss und kostenträchtig verarbeitete Abstandsringe. Die Querstangen müssen relativ dick sein, weil die nicht gestützten, freien Querstangen die Schwachstellen sind.
Für Hochleistungspolymermischeranwendungen in großen Rohren (> 25,4 cm (10'')) mit Druckabfällen von bis zu 100 bar müssen die Elemente in einzelne Rohrabschnitte eingeschweißt werden. Diese Abschnitte müssen dann zusammengeschweißt werden, um das Endprodukt Mischer herzustellen. Diese Konstruktion ist wieder sehr kostenintensiv. Ferner ist es wegen der komplizierten Positionierung der zusammengeschweißten Elemente nicht möglich, eine 100 prozentige Röntgeninspektion der Schweißnähte zu erhalten. Dementsprechend ist fast immer eine vergrößerte Wandstärke und ein hydraulischer Drucktest erforderlich.
Das U. S.-Patent Nr. 4,614,440 legt auch eine Vielzahl von Mischelementen offen, die innerhalb eines Felds von Öffnungen in einem Biskuitabschnitt positioniert sind. Eine Vielzahl von Biskuitabschnitten sind von einem Ende zum anderen Ende positioniert und sind gegeneinander verdreht, so dass die Öffnungen in benachbarten Biskuitelementen zueinander versetzt ausgerichtet sind, um eine unerwünschte Kanalbildung der Flüssigkeit durch die Öffnungen zu verhindern.
Prallflächenkonstruktionen des Typs, der in dem U.S.-Patent Nr. 3,460,580 offengelegt ist, nutzen Prallflächen, die zueinander parallel innerhalb einer Flüssigkeitsstromkanals positioniert sind, der sich vertikal von einer Öldiffusionspumpe erstreckt. Die Prallflächen sind so positioniert, dass Dampf, der auf die Prallflächen auftrifft, kondensiert und unter dem Einfluss der Schwerkraft zu der darunterliegenden Pumpe zurückkehrt. Weil die Prallflächen innerhalb eines jeden querliegenden Segments dieselbe Orientierung haben, erfolgt kein nennenswertes Mischen vom Durchströmen der Flüssigkeit entlang der Prallflächen. Die Prallflächen werden in Schlitzen in einem Trägerring aufgenommen und durch Einkapseln innerhalb eines zweiten Rings befestigt, der um den Trägerring herum geformt oder gegossen ist.
DE-A-4428813 legt einen Mischmodul für einen statischen Mischer offen, in dem flache Mischelemente in geneigten Ebenen angeordnet sind, die sich kreuzen, wobei die Elemente Vorsprünge und Schlitze haben, die an ihren Rändern ausgebildet sind, wo sich benachbarte Elemente miteinander verriegeln, und nach dem Zusammenbau werden sie durch Schweißen oder Löten aneinander befestigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Probleme und Schwierigkeiten, die nach dem Stand der Technik vorliegen, werden gemildert durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung, welches einen Sattelelemententwurf für einen statischen Mischer vorsieht, welches die Herstellung und Konstruktion des Mischers erleichtert und auch einen leichten Zusammenbau und Zerlegung vorsieht, um dadurch Wartung und Reinigung zu ermöglichen. Insbesondere ermöglicht der einfache Entwurf des Sattelelements der Erfindung das Gießen des Elements als eine monolithische Struktur, wodurch Schweißen und Hartlöten und Ähnliches vermieden werden.
In seinem breitesten Aspekt sieht die Erfindung ein Sattelelement für einen statischen Mischer vor, das umfasst: eine allgemein ringförmige Tragekonstruktion mit einer zentralen Achse, konzentrischen, in Umfangsrichtung verlaufenden Innen- und Außenflächen mit radialem Abstand und mit ersten und zweiten, allgemein parallelen Randflächen mit axialem Abstand, wobei die Innenfläche einen Strömungsweg definiert, der entlang der Achse verläuft, und wobei die Randflächen in jeweils allgemein parallelen Querebenen liegen, die im Wesentlichen senkrecht relativ zu der Achse liegen; und eine Vielzahl von Mischerkomponenten, die sich in dem Strömungspfad befinden, wobei die Komponenten ein erstes Ende haben, das näher an der Querebene des ersten Randes ist als an der Querebene des zweiten Randes, und ein zweites Ende haben, das näher an der Querebene des zweiten Randes liegt als an der Querebene des ersten Randes, wobei die Mischerkomponenten in mindestens zwei getrennten, sich kreuzenden, schrägen Ebenen angeordnet sind, deren jede sich kreuzende, schräge Ebene in einem Winkel relativ zu der Achse verläuft, und wobei die Mischerkomponenten Querstangen umfassen, von denen mindestens zwei der Querstangen in jeder der sich kreuzenden schrägen Ebenen mit seitlichem Abstand angeordnet sind und dadurch gekennzeichnet sind, dass mindestens die Mischerkomponenten durch Gießen als einzelne monolithische Einheit gebildet sind.
In einer wünschenswerten Ausführungsform der Erfindung sind Querstangen in vier getrennten, schrägen Ebenen angeordnet, wobei die schrägen Ebenen in zwei Paaren schräger Ebenen angeordnet sind. Die schrägen Ebenen eines jeden Paars davon befinden sich im Wesentlichen in einer parallelen Beziehung mit seitlichen Abstand zueinander. Darüber sind die schrägen Ebenen eines jeden Paars von schrägen Ebenen so angeordnet, dass sie die schrägen Ebenen des anderen Paars von schrägen Ebenen entlang Linien schneiden, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse verlaufen.
Vorzugsweise sind die Querstangen einer jeden schrägen Ebene in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung mit seitlichem Abstand angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Querstangen des Sattelelements in einer länglichen, im Wesentlichen w-förmigen Konfiguration angeordnet mit einem Paar von mit Abstand angeordneten Enden. Solche Konstruktion ist angeordnet, dass sie sich quer über den Strömungspfad erstreckt, wobei jedes seiner Enden an der Innenfläche der ringförmigen Tragstruktur angebracht ist. Ein anderer bevorzugter Aspekt der Erfindung ist, dass zwei der schrägen Ebenen so positioniert sein können, dass sie sich in einer Linie schneiden, die im Wesentlichen in der Querebene des ersten Randes liegt und die sich durch die Achse des Elements erstreckt. Vorzugsweise sind die ersten Enden der Querstangen der zwei der schrägen Ebenen in der Schnittlinie miteinander verbunden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Ende einer ausgewählten Querstange einer ersten schrägen Ebene an der Innenfläche der ringförmigen Tragstruktur an einer Stelle angebracht, die nahe dem ersten Rand ist, ist das zweite Ende einer ausgewählten Querstange einer zweiten schrägen Ebene am zweiten Ende der ausgewählten Querstange der ersten schrägen Ebene angebracht, ist das erste Ende einer ausgewählten Querstange einer dritten schrägen Ebene am ersten Ende der ausgewählten Querstange der zweiten schrägen Ebene angebracht, ist das zweite Ende der ausgewählten Querstange der dritten schrägen Ebene an dem zweiten Ende einer ausgewählten Querstange einer vierten schrägen Ebene angebracht, und ist das erste Ende der ausgewählten Querstange der vierten Ebene an der Innenfläche der ringförmigen Tragstruktur an einer Stelle nahe dem ersten Rand angebracht, wobei die ausgewählten Querstangen sich über den Strömungspfad erstrecken und die erwünschte w-förmige Konstruktion präsentieren.
Idealer Weise kreuzen sich nach dieser Erfindung die sich kreuzenden schrägen Ebenen in einem Winkel von 90°. D. h., die schrägen Ebenen sind in einem Winkel von etwa 45° relativ zu der Achse der ringförmigen Tragstruktur angeordnet. Ebenfalls nach den Grundsätzen und Konzepten der Endung sind etwa 4 bis 8 Querstangen in jeder der schrägen Ebenen angeordnet.
Die Erfindung sieht auch eine gestapelte Mischerstruktur vor, die zwei der oben beschriebenen Sattelelemente umfasst. Diese gestapelten Sattelelemente sind mit ihren zweiten Randflächen in einer zueinander passenden, sich kontaktierenden Beziehung angeordnet. Dies bedeutet auch, dass die zweiten Enden der jeweiligen Querstangen der zwei Elemente einander benachbart sind, um so eine allgemein doppelte x-förmige Konfiguration darzustellen.
Vorzugsweise umfasst die gestapelte Struktur des statischen Mischers vier der Sattelelemente. Die Sattelelemente sind in einer ersten Gruppe angeordnet, wobei die zweiten Randflächen der ringförmigen Tragstrukturen von zwei der Elemente in einer zueinander passenden, sich kontaktierenden Beziehung angeordnet sind, und sind in einer zweiten Gruppe angeordnet, wobei die zweiten Randflächen der ringförmigen Tragstrukturen der anderen zwei Elemente in einer zueinander passenden, sich kontaktierenden Beziehung angeordnet sind. Die zwei Gruppen sind gestapelt, so dass eine erste Randfläche einer ringförmigen Tragstruktur einer Gruppe in einer zueinander passenden, sich kontaktierenden Beziehung mit einer ersten Randfläche einer ringförmigen Tragstruktur der zweiten Gruppe angeordnet ist. Das Ergebnis dieser Stapelung ist die Bereitstellung von zwei gestapelten, doppelt x-förmigen Konfigurationen. Die vier auf diese Weise gestapelten Sattelelemente ergeben die besonders bevorzugte Anordnung der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine isometrische Darstellung eines Sattelelements, das die Konzepte und Grundsätze der Erfindung verkörpert;
2 ist eine Aufsichtdarstellung des Elements von 1 von oben;
3 ist eine Untersichtdarstellung des Elements von 1 von unten;
4 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Elements der Erfindung, die entlang der Linie 4-4 von 2 genommen ist;
5 ist eine Aufrissschnittdarstellung eines Stapels, der eine Vielzahl der Elemente von 1 umfasst; und
6A, 6B und 6C sind Aufsichtdarstellung, Untersichtdarstellung bzw. Aufrissschnittdarstellung, die eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen, wobei die Tragstruktur 12 mit Ausrichtungszungen und -kerben versehen ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Sattelelements für einen statischen Mischer, das die Grundsätze und Konzepte der Erfindung verkörpert, ist in 1 bis 4 der Zeichnungen veranschaulicht, wobei es durch das Bezugszeichen 10 identifiziert wird. Das Sattelelement 10 umfasst eine allgemein ringförmige Tragstruktur 12 und eine SMX-Mischerstruktur, welche allgemein durch das Bezugszeichen 14 identifiziert ist. Nach der Erfindung kann das gesamte Element als eine einzige monolithische Einheit gegossen sein oder es können die Mischerstruktur 14 und die Tragstruktur 12 als getrennte Einheiten gegossen sein, welche dann durch Schweißen oder Hartlöten oder Ähnliches aneinander angebracht sind, um eine einzige Struktur zu bilden.
Die ringförmige Tragstruktur 12 hat eine Mittelachse 16, eine Innenfläche 18, eine Außenfläche 20, eine erste Randfläche 22 und eine zweite Randfläche 24. Die Oberflächen 18 und 20 sind konzentrisch, bevorzugt im Wesentlichen parallel und mit radialem Abstand relativ zur Achse 16 angeordnet, und erstrecken sich als Umfang um die Struktur 12. Wie aus den Zeichnungen zu erkennen ist, definiert die Innenfläche 18 einen Strömungspfad, der allgemein durch den Pfeil 26 angezeigt ist und sich entlang der Achse 16 erstreckt. Die Randflächen 22 und 24 sind allgemein eben und sie liegen in jeweils allgemein parallelen Querebenen 28 und 30 (siehe 4), welche einen Abstand in axialer Richtung aufweisen. Wie aus 4 zu erkennen ist, sind die Ebenen 28 und 30 im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 16.
Wie am besten in 1 zu erkennen ist, besteht die Mischerstruktur 14 aus einer Vielzahl von Komponenten in der Form länglicher Querstangen 32, die in dem Strömungspfad 26 liegen. Im Allgemeinen hat jede Querstange 32 vorzugsweise ein erstes Ende 34, das näher zu Ebene 28 liegt als zur Ebene 30, und ein zweites Ende 32, das näher zur Ebene 30 liegt als zur Ebene 28. Obgleich die Querstangen 32 veranschaulicht sind, dass sie eine allgemein rechteckige Konfiguration haben, ist es innerhalb der Betrachtungen der Erfindung, dass dieselben andere Formen haben können, wie z. B. rund, dreieckig, oval, quadratisch, flach wie ein Blech, u. s. w. Darüber hinaus können die Räume oder Durchgänge zwischen den Querstangen einfache Löcher in der Struktur sein oder können irgendeine Form anders als rechtwinklig haben.
Die Querstangen 32 können vorzugsweise angeordnet werden in mindestens zwei, idealer Weise in vier getrennten, sich kreuzenden, schrägen Ebenen 38, 40, 42 und 44, deren jede in einem Winkel relativ zu der Achse 6 liegt. Vorzugsweise, aber nicht notwendiger Weise kreuzen sich die schrägen Ebenen in einem Winkel von etwa 90° relativ zueinander. Die schrägen Ebenen sind auch vorzugsweise angeordnet, dass sie in einem Winkel von etwa 45° relativ zu der Achse 16 liegen. Aber nach der Erfindung können die Querstangenebenen jede andere Neigung (z. B. 30°, 60°) haben. Wie besonders in 4 zu erkennen ist, liegen die Ebenen 38 und 42 allgemein parallel und mit seitlichem Abstand relativ zueinander. In gleicher Weise liegen die Ebenen 40 und 44 allgemein parallel und mit seitlichem Abstand relativ zueinander. Die Ebenen 38 und 42 liegen so, dass sie die Ebenen 40 und 44 entlang Linien 46, 48 und 50 kreuzen, die allgemein senkrecht zur Achse 16 sind, wie in 3 zu erkennen ist.
Vorzugsweise sind in jeder Ebene mindestens zwei der Querstangen 32. Die Querstangen 32 in jeder Ebene liegen vorzugsweise allgemein parallel und mit seitlichem Abstand relativ zueinander, so dass sie Räume oder Durchlässe 33 dazwischen geben. Wie in den Zeichnungen zu erkennen ist, sind die Querstangen 32 einer Ebene vorzugsweise versetzt relativ zu den Querstangen einer kreuzenden Ebene. Das bedeutet, dass die Querstangen 32 einer gegebenen Ebene allgemein in einer ausgerichteten Beziehung relativ zu den Räumen 33 einer kreuzenden Ebene und in einer versetzten Beziehung relativ zu den Querstangen 32 der kreuzenden liegen. Vorzugsweise ist die Anordnung so, dass die benachbarten Querstangen der sich kreuzenden Ebenen entlang der Kreuzungslinie aneinander fest angebracht sind, so dass eine starre Struktur gegeben ist. Idealer Weise sollte es mindestens vier Querstangen in jeder Ebene geben, um optimale Mischungsfähigkeiten zu erreichen.
Mit Bezug auf 4 ist zu erkennen, dass in einer spezifischen Anordnung, welche die bekannte SMX-Struktur ergibt, die jeweils zentral liegenden Querstangen 32a, 32b, 32c und 32d der Ebenen 38, 40, 42 und 44 in einer länglichen, allgemein w-förmigen Konstruktion 52 angeordnet sind, welche sich jeweils quer über den Strömungspfad 26 erstreckt. Wie zu erkennen ist, sind die Enden 54 und 56 der Konstruktion 52 jeweils an der Innenfläche 18 an einer Stelle angebracht, die der Oberfläche 22 benachbart ist. Erneut mit Bezug auf 4 ist auch zu erkennen, dass die Ebenen 40 und 42 sich in der Linie 48 kreuzen (siehe auch 3), welche in oder nahe der Ebene 28 liegt. Die Linie 48 liegt vorzugsweise zentral im Strömungspfad 26, um so im wesentlichen die Achse 16 zu kreuzen.
Die Enden 34 der Querstangen der Ebenen 40 und 42 kreuzen sich in der Linie 48 und/oder sind dort aneinander angebracht. Die Form der Kreuzung in Linie 48 kann derart gestaltet werden, dass sich die Querstangen einfach überlappen, oder die Kreuzung kann flach oder rund sein oder eine scharfe Kante bilden. Es ist auch möglich, die Struktur in der Linie 48 zu verstärken oder ein Gießen zu ermöglichen durch Hinzufügen zusätzlicher Dicke und von zusätzlichem Material in dieser Region der Querstangen. Dasselbe gilt für die Kreuzungslinie 46 der Ebenen 38 und 40 und der Kreuzungslinie 50 der Ebenen 42 und 44, nahe der gegenüber liegenden Ebene 30.
Wie in 4 zu erkennen ist, ist die Anordnung idealer Weise derart, dass das Ende 34a der Querstange 32a der Ebene 38 fest an der Innenfläche 18 der ringförmigen Tragstruktur 12 an einem Punkt nahe der Ebene 28 angebracht ist, und dass das Ende 36a der Querstange 32a an dem Ende 36b der Querstange 32b der Ebene 40 an einem Punkt nahe der Ebene 30 fest angebracht ist, und dass das Ende 34b der Querstange 32b fest an dem Ende 34c der Querstange 32c der Ebene 43 an einem Punkt nahe der Ebene 28 und nahe der Linie 48 angebracht ist, welche sich durch die Achse 16 erstreckt. Auf ähnliche Weise ist das Ende 34d der Querstange 32d der Ebene 44 fest an der Innenfläche 18 der ringförmigen Tragstruktur 12 an einem Punkt nahe der Ebene 28 angebracht, und ist das Ende 36d der Querstange 32d fest an dem Ende 36c der Querstange 32c der Ebene 42 an einem Punkt nahe der Ebene 30 angebracht. Zusätzliches Material und ein Radius können an allen Kreuzungen oder Befestigungslinien für die Verstärkung und/oder zur Erleichterung des Gießens hinzugefügt sein.
Die Sattelelemente 10 der Erfindung werden allgemein und vorzugsweise in Strukturen verwendet, welche eine Vielzahl der Sattelelemente verwenden. Solch eine Anordnung ist in 5 der Zeichnungen veranschaulicht. In einer in 5 veranschaulichten, bevorzugten Anordnung sind ein Element 10a und ein Element 10b, deren jedes dasselbe wie das oben beschriebene Element 10 ist, derart angeordnet, dass ihre Oberflächen 24a und 24b in einer zueinander passenden, kontaktierenden Beziehung liegen. Auf ähnliche Weise sind ein Element 10c und ein Element 10d, deren jedes ebenfalls dasselbe wie das oben beschriebene Element 10 ist, derart angeordnet, dass ihre Oberflächen 24c und 24d in einer zueinander passenden, kontaktierenden Beziehung liegen. Zusätzlich liegen die Oberfläche 22b des Elements 10b und die Oberfläche 22c des Elements 10c in einer zueinander passenden, kontaktierenden Beziehung. Diese Anordnung ergibt eine Struktur 60 des statischen Mischers, die aus vier nacheinander hin- und herlaufenden, individuellen Elementen 10 besteht. Die Struktur 60 kann dann vorzugsweise in einem Rohr 62 für zusätzliche Stützung plaziert sein. Wie von Personen mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik zu verstehen ist, können für eine gegebene Installation eine Vielzahl der Strukturen verwendet werden. In diesem Fall kann es bevorzugt sein, benachbarte Strukturen 60 relativ zueinander zu verdrehen, wie in 5 gezeigt. Idealer Weise können axial benachbarte Strukturen 60 um etwa 90° zueinander verdreht sein. Während die Strukturen 60 vorzugsweise benachbarte, sich kontaktierende Elemente 10 umfassen, ist zu verstehen, dass Abstandsringe zwischen den Elementen 10 vorgesehen werden können, um eine bestimmte Anwendung zu erleichtern.
Die Struktur 60 ist nur eine mögliche Anordnung von Sattelelementen 10 nach dieser Erfindung. Andere möglichen Anordnungen würden z. B. umfassen: (1) Anordnung aller gestapelten Sattelelemente 10 in derselben Orientierung, (2) Anordnung jedes der gestapelten Sattelelemente immer relativ zu benachbarten Elementen 10 verdreht, und (3) Anordnung der gestapelten Elemente 10 zufällig und/oder aperiodisch. In einer bevorzugten Ausführungsform, welche die Anordnung der gestapelten Sattelelemente 10 erleichtert, sind dieselben mit Kerben und Zungen oder anderen Einrasteinrichtungen an den Randflächen 22 und 24 des Tragrings 12 versehen, wie in 6A, 6B und 6C gezeigt. In diesem Fall liegt eine Zunge 82 auf der Randfläche 22 des Rings 12 und eine andere Zunge 83 liegt auf der Randfläche 24 des Rings 12. Die Zungen 82 und 83 sind in Längsausrichtung relativ zu Ring 12 an Positionen, die im Umfang im Wesentlichen um 90° relativ zu der Kreuzungslinie 48 verdreht sind. Eine Kerbe 81 mit einer zu den Zungen 82 und 83 passenden Form liegt auf einer Randfläche 22 des Tragrings 12 an einer Position direkt gegenüber der Zunge 82. Eine andere Kerbe 80, die ebenfalls eine relativ zu den Zungen 82 und 83 passenden Form hat, liegt auf einer Randfläche 22 des Tragrings 12 an einer Position, die von Zunge 82 um 90° verdreht ist. Diese spezielle Anordnung der Kerben 80, 81 und der Zungen 82, 83 zwingt den Bediener oder eine automatisierte Zusammenbaumaschine, den Stapel derart zusammenzusetzen, dass zwei Sattelelemente 10 mit derselben Orientierung in einer ersten Gruppe gestapelt werden, gefolgt von einer anderen Gruppe von zwei Sattelelementen 10, bei denen die Orientierung um 90° verdreht ist. Dies ergibt eine Struktur des statischen Mischers ähnlich einem SMX-Mischelement mit Mischelementen von L/D = 0,5.
Ein Standardelement des statischen Mischers 10, welches die Grundsätze und Konzepte der Erfindung verkörpert, besteht typischer Weise aus etwa 1–16 sich kreuzende Querstangen 32, die in einem Winkel von angenähert 45° relativ zu der Achse 16 geneigt sind. Die axiale Länge eines jeden Elements ist typischer Weise etwa 0,25 mal dem Rohrdurchmesser. Der Tragring 12 hat vorzugsweise dieselbe axiale Länge wie die Höhe der w-förmigen Struktur 52, aber kann auch an beiden Enden länger sein, um leeren Raum zu lassen, wenn die Sättel in einer Struktur gestapelt sind.
Nach der Erfindung wird ein statischer Mischer vorgesehen, der umfasst: einen Stapel individueller, ringförmiger Tragstrukturen 12, wobei jede der ringförmigen Tragstrukturen 12 einen Sattel 14 mit SMX-Struktur trägt, wie in den Zeichnungen gezeigt. Die individuellen Elemente können hergestellt werden unter Verwendung von billigem Präzisionsguß in einer einfachen Form. Ein Stapel solcher Stücke kann für die Reinigung und visuelle Inspektion zerlegt werden. Weil die ringförmige Tragstruktur und der SMX-Sattel aus einen einzigen, integrierten Stück gebildet werden kann, werden keine kostspieligen, nachbearbeiteten Stücke benötigt. Die Stärke wird mindesten vierfach im Vergleich zu einer konventionellen Konstruktion vergrößert. Dies ermöglicht die Verwendung dünnerer Materialien mit einer daraus folgenden Reduktion des Druckabfalls. Die Verwendung dieser Elemente in Polymermischern erleichtert die Anwendung von Standardrohren, die vollständig inspiziert werden können. Die Elemente können entfernt und gereinigt werden. Die einfache Konstruktion der Elemente der Erfindung ermöglicht die Herstellung derselben aus Plastik unter Anwen dung von konventionellem Spritzguss. Die Mischerelemente aus Plastik können in Anwendungen verwendet werden, in denen wegwerfbare Teile erwünscht sind.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung ermöglichen:

1) die Verwendung einer Anordnung, mit der vier Sättel mit derselben Orientierung in einer ersten Gruppe gestapelt werden, gefolgt von einer anderen Gruppe mit vier Sätteln, deren Orientierung um 90° verdreht ist;
2) die Verwendung einer Anordnung, mit der zwei Sättel mit derselben Orientierung in einer ersten Gruppe gestapelt werden, gefolgt von einer anderen Gruppe mit zwei Sätteln, deren Orientierung um 90° verdreht ist;
3) das Gießen oder Spritzgießen eines jeden Sattels als eine einzelne Struktur mit einer umgebenden, ringförmigen Tragstruktur;
4) die Orientierung der individuellen Elemente durch Vorsehen von Kerben und Zungen oder anderer Einrichtungen für das Einrasten in einer ringförmigen Tragstruktur und/oder den Sätteln, wodurch die Strukturen nach Wunsch regelmäßig oder unregelmäßig orientiert sein können;
5) die Verwendung von ringförmigen Tragstrukturen oder Sätteln, die in der Struktur nicht dieselben sind, insbesondere um z. B. abwechselnde Muster der Querstangen und Durchlässe und/oder unterschiedliche Neigungen oder Formen der Querstangen vorzusehen;
6) die Verwendung von Sätteln, die aus individuell gegossenen oder geschweißten Stangen hergestellt sind, oder die hergestellt sind durch Klemmen perforierter Platten, mit oder ohne eine ringförmige Tragstruktur;
7) die Verwendung von ringförmigen Tragstrukturen, die an eine Stange von Mischelementen geschweißt, hartgelötet oder geklebt sind.

Claims

Sattelelement (10) für einen statischen Mischer, das Folgendes umfasst: eine allgemein ringförmige Tragkonstruktion (12) mit einer mittleren Achse (16), konzentrischen, radial beabstandeten, in Umfangsrichtung verlaufenden Innen- und Außenflächen (18 und 20) sowie einer ersten und einer axial beabstandeten, allgemein parallelen zweiten Randfläche (22 und 24), wobei die genannte Innenfläche (18) einen Strömungsweg (26) definiert, der entlang der genannten Achse (16) verläuft, wobei die genannten Randflächen (22 und 24) in jeweiligen allgemein parallelen Querebenen (28 und 30) liegen, die im Wesentlichen lotrecht relativ zu der genannten Achse (16) sind; und eine Mehrzahl von Mischerkomponenten (32), die sich in dem genannten Strömungsweg (26) befinden, wobei die genannten Komponenten (32) ein erstes Ende (34) haben, das näher an der Querebene (28) des genannten ersten Randes (22) ist als an der Querebene (30) des zweiten Randes (24), und ein zweites Ende (3h), das näher an der Querebene (30) des genannten zweiten Randes (24) ist als an der Querebene (28) des ersten Randes (22), wobei die genannten Mischerkomponenten (32) in wenigstens zwei separaten, sich schneidenden schrägen Ebenen (38, 40, 42 oder 44) angeordnet sind, wobei jede der genannten sich schneidenden schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) in einem Winkel relativ zu der genannten Achse (16) angeordnet ist, wobei die genannten Mischerkomponenten (32) Querstäbe (32a–d) umfassen, wobei wenigstens zwei der genannten Querstäbe (32a–d) in jeder der genannten sich schneidenden schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) in lateral beabstandeter Beziehung angeordnet sind, und dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die genannten Mischerkomponenten (32) durch Gießen als einzige monolithische Einheit ausgebildet sind.
Sattelelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die genannten Querstäbe (32) in jeder der genannten sich schneidenden schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) in einer allgemein parallelen Beziehung zueinander angeordnet sind.
Sattelelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die genannten Mischerkomponenten (32) in vier separaten schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) angeordnet sind, wobei die genannten schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) in zwei separaten Paaren von schrägen Ebenen (38, 42 und 40, 44) angeordnet sind, wobei die schrägen Ebenen jedes Paares eine allgemein parallele, lateral beabstandete Beziehung zueinander haben, wobei die schrägen Ebenen jedes Paares so angeordnet sind, dass sie die schrägen Ebenen des anderen Paares entlang Linien (46, 48 und 50) schneiden, die allgemein lotrecht zu der genannten Achse (16) verlaufen.
Sattelelement (10) nach Anspruch 3, bei dem die Querstäbe (32a–d) jeder schrägen Ebene (38, 40, 42 und 44) eine allgemein parallele, lateral beabstandete Beziehung haben.
Sattelelement (10) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die genannten Querstäbe (32a–d) in einer länglichen, allgemein w-förmigen Konfiguration (52) mit einem Paar beabstandeter Enden (54–56) angeordnet sind, wobei die genannte Konfiguration (52) so ist, dass sie lateral über den genannten Strömungsweg (26) verläuft, wobei jedes Ende (54, 56) davon an der genannten Innenfläche (18) befestigt ist.
Sattelelement (10) nach Anspruch 4 und 5, wobei zwei der genannten schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) sich an einer Linie (46, 48 oder 50) schneiden, die im Wesentlichen in der Querebene (28) des genannten ersten Randes (22) und durch die genannte Achse (16) verläuft, wobei die ersten Enden (32a–d) der Querstäbe (32a–d) der genannten zwei der genannten schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) in der Nähe der genannten Linie (46, 48 oder 50) miteinander verbunden sind.
Sattelelement (10) nach Anspruch 6, wobei das erste Ende (34a) eines gewählten Querstabes (32a) einer ersten schrägen Ebene (38) an der genannten Innenfläche (18) an einer Stelle neben dem genannten ersten Rand (22) befestigt ist, das zweite Ende (36b) eines gewählten Querstabes (32b) einer zweiten schrägen Ebene (40) an dem zweiten Ende (36a) des gewählten Querstabes (32a) der ersten schrägen Ebene (38) befestigt ist, das erste Ende (34b) des genannten gewählten Querstabes (32b) der genannten zweiten schrägen Ebene (40) mit dem ersten Ende (34a) eines gewählten Querstabes (32c) einer dritten schrägen Ebene (42) verbunden ist, das zweite Ende (36c) des genannten gewählten Querstabes (32c) der genannten dritten schrägen Ebene (42) am zweiten Ende (36d) eines gewählten Querstabes (32d) einer vierten schrägen Ebene (44) befestigt ist, und das erste Ende (34d) des gewählten Querstabes (32d) der vierten schrägen Ebene (44) an der genannten Innenfläche (18) an einer Stelle neben dem genannten ersten Rand (28) befestigt ist, wobei die genannten gewählten Querstäbe (32a, 32b, 32c und 32d) lateral über den genannten Strömungsweg (26) verlaufen und die genannte w-förmige Konfiguration bilden.
Sattelelement (10) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die genannten sich schneidenden schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) sich in einem Winkel von etwa 90° schneiden.
Sattelelement (10) nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem die genannten schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) einen Winkel von etwa 45° relativ zu der genannten Achse (16) bilden.
Sattelelement (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, bei dem etwa 4 bis 8 Querstäbe (32a–d) in jeder der genannten schrägen Ebenen (38, 40, 42 und 44) angeordnet sind.
Statische Mischerkonstruktion (60), umfassend zwei der Sattelelemente (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die genannten Sattelelemente (10) so angeordnet sind, dass ihre zweiten Randflächen (24) eine gefügte Kontaktbeziehung zueinander haben.
Statische Mischerkonstruktion (60), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Sattelelement (10), jeweils gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 10, so angeordnet sind, dass die zweiten Randflächen (24) des genannten ersten und des genannten zweiten Sattelelementes (10) eine gefügte Kontaktbeziehung zueinander haben, wobei die zweiten Randflächen (24) des genannten dritten und des genannten vierten Sattelelementes (10) eine gefügte Kontaktbeziehung haben, und wobei die ersten Randflächen (22) des genannten zweiten und des genannten dritten Sattelelementes (10) eine gefügte Kontaktbeziehung zueinander haben.
Sattelelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das genannte Element (10) Ausrichtmittel zum Ausrichten des Elementes (10) auf ein benachbartes Element (10) in einem Stapel von Elementen umfasst.
Sattelelement (10) nach Anspruch 13, bei dem das genannte Ausrichtmittel ineinanderpassende Nut- und Federelemente (82, 83 und 80, 81) umfasst.
Sattelelement (10) nach Anspruch 13, bei dem das genannte Ausrichtmittel eine erste Feder (82) an der ersten Randfläche (22), eine zweite Feder (83) an der zweiten Randfläche (24), eine erste Nut (80) mit einer zu den genannten Federn (82, 83) an der genannten ersten Randfläche (22) passenden Form und eine zweite Nut (81) aufweist, die ebenfalls eine zu den genannten Federn (81, 82) an der genannten zweiten Randfläche (24) passende Form aufweist, wobei die genannten Federn (82, 83) und die genannten Nuten (80, 81) so positioniert sind, dass bewirkt wird, dass das Element (10) eine vorbestimmte Position relativ zu einem benachbarten Sattelelement (10) einnimmt.
Sattelelement (10) nach Anspruch 15, bei dem die genannten Nuten (80, 81) um 90° um die genannte Tragkonstruktion (12) relativ zueinander versetzt sind.
Sattelelement (10) nach Anspruch 16, bei dem die genannte Nut (80) an der ersten Randfläche (22) direkt gegenüber der Feder (82) an der genannten ersten Randfläche (22) positioniert ist.
Sattelelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die genannten Mischerkomponenten (32) und die genannte Tragkonstruktion (12) als einzelne monolithische Einheit gegossen sind.