Mischprinzip eines spiralförmigen Mischelements

Bei Anwendungen in der chemischen Industrie, der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie in der verfahrenstechnischen Industrie erfolgt das Mischen von Gasen und Flüssigkeiten ohne bewegliche Teile in kontinuierlichen oder Semi-Batch-Prozessen. Die bekannten laminaren oder turbulenten Strömungsprofile werden mithilfe mehrerer in der Strömung angeordneter Elemente gezielt gestört.

Operational Principles Static Mixer 

Diese veränderte Strömung von Gasen und/oder Flüssigkeiten wird - insbesondere durch die Form und die Art der Anordnung von spiralförmigen Mischelementen - auf derartige Weise kontrolliert, dass der Grad der Vermischung im Vorhinein festgelegt werden kann. Der Vermischungsgrad wird mit dem Begriff Homogenität beschrieben. Natürlich gibt es keine beweglichen Teile in statischen Mischern.

 

String of mixer elementsMischelementstrang bestimmt das Strömungsmuster in einem statischen Mischer

Die Mischelementtypen in einem statischen Mischer weisen mehrere übereinstimmende Eigenschaften auf. Ein statischer Mischer enthält mindestens zwei Mischelemente, die hintereinander in einem Strang angeordnet sind. Der Mischelementstrang, der so aufgebaut wird, vermittelt dem Strömungsprofil eine axiale Drehung, die bei jedem nachfolgenden Element ihre Richtung ändert (linke und rechte Drehung). Zusätzlich ist jedes nachfolgende Mischelement zu dem vorhergehenden Mischelement um 90 Grad gedreht angeordnet.

 

Static mixing with laminar flow

Statische Vermischung mit laminarer Strömung

In einem statischen Mischer, der nach dem Prinzip der laminaren Strömung arbeitet, wird die Strömung wiederholt in Teilströme aufgeteilt, die dann wieder zusammengeführt werden. Bei korrektem Abstand (Pitch) entsteht eine ausgewogene Strömung von außen nach innen und umgekehrt. Hierdurch wird das zu mischende Medium in einer großen Anzahl sehr dünner Schichten gemischt, wobei die Anzahl der geschaffenen Schichten den Vermischungsgrad bestimmt.

 

Statische Vermischung mit turbulenter Strömung

Bei einem statischen Mischer, der nach dem turbulenten Mischprinzip arbeitet, wird die Mischwirkung hauptsächlich durch innere Rotation und Abscherung der Schichten innerhalb der Flüssigkeit erreicht. Dies geschieht an der Stelle, wo die Drehrichtung umgekehrt wird. Wenn kleine Scherraten erforderlich sind, kann der Abstand zwischen zwei Umdrehungen genau darauf abgestimmt werden. Mit diesem Abstand wird der Drehvorgang verlangsamt, was ein zusätzliches Vermischen zur Folge hat. Danach wird die Rückwärtsdrehung ebenfalls langsamer beginnen.

 

Homogenität der Mischung

Die Homogenität der Mischung lässt sich am besten messen, indem die Temperaturabweichungen oder die Konzentrationsunterschiede hinter dem statischen Mischer von PRIMIX bestimmt werden. Dies wird in der Wahrscheinlichkeitstheorie als Standardabweichung gemessen zum Mittelwert bezeichnet. In der nachfolgenden Grafik ist deutlich zu erkennen, wann das Medium homogen ist.

Homogeneity of the mixture 

Druckabfall am statischen Mischer

Für die Bestimmung des Druckabfalls am statischen Mischer von PRIMIX wird ein Reibungsfaktor verwendet. Dieser Faktor gibt Auskunft über den Druckabfall in Bezug auf ein Leerrohr. Ebenso wie für die Homogenität haben wir auch hierfür ein Diagramm erstellt, sodass mit Hilfe des Druckabfalls an einem Leerrohr auf einfache Weise der Druckabfall am statischen Mischer ermittelt werden kann. Bei der Wahl des Rohrdurchlasses sind sowohl der Druckabfall als auch die Länge entscheidend für die Homogenität.

 

Dispersion innerhalb des statischen Mischers

Im statischen Mischer von PRIMIX können Dispersionen und Emulsionen an der Grenzfläche von zwei Elementen gebildet werden, wo sich die Drehrichtung ändert. Die Oberflächenspannung wird gebrochen und es kann eine Diffusion von einer Phase in die andere stattfinden. Mit abnehmendem Durchmesser und zunehmender Geschwindigkeit wird die Partikelgröße kleiner.

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