Статический смеситель

Демонстрация статического смесителя в дизайне Kenics

Смешивание двух компонентов клея в одноразовом статическом смесителе

Сечение - один винт повернут вправо (180 °) и один влево (180 °); оба винта повернуты на 90 ° друг относительно друга

Статический смеситель или статический смеситель является устройством для перемешивания из текучих сред , в котором только движение потока вызывает смешивание и который не имеет подвижных элементов. Он состоит из элементов, влияющих на поток в трубе. Они попеременно разделяют поток материала, а затем снова сводят его вместе, в результате чего достигается перемешивание. Статические смесители подходят для комбинаций жидкость / жидкость, газ / газ и жидкость / газ, возможно также для сыпучих грузов. Еще одно применение - это гомогенизация только одного вещества с точки зрения состава и температуры.

Структура и функционал

Смешивание ламинарных потоков в смесителе Kenics

Радиальное перемешивание

Статический смеситель для промышленного применения, тип Sulzer-SMX

Статический смеситель состоит из выстроенных в линию элементов, обычно винтовых, пластинчатых или решетчатых. Жидкости, подлежащие смешиванию, вдавливаются в смеситель вместе в желаемом соотношении смешивания. Элементы разделяют материальный поток, закручивают потоки и снова сводят их вместе. Если первый элемент разделяет двухслойную смесь веществ, которая закачивается, после объединения элемента получается не менее четырех слоев. После следующего идет восемь слоев, затем 16 и т. Д. С каждым шагом достигается лучшее перемешивание. Обычно применяется к количеству слоев

{\ displaystyle N = N_ {a} k ^ {n}.}

${\ displaystyle N_ {a}}$ - количество слоев в начале, количество каналов, обычно два, количество элементов микшера. ${\ displaystyle k}$ ${\ displaystyle n}$

В дополнение к этому эффекту, который проявляется исключительно в ламинарном потоке, существует также радиальное смешение отдельных слоев друг с другом, особенно когда возникают турбулентные потоки.

Существует несколько десятков различных типов микшеров, некоторые примеры:

Смеситель Kenics : Он состоит из листового металла, скрученного на 180 °. Каждая спираль смещена на 90 ° к предыдущей и имеет противоположное направление вращения.
Смеситель Sulzer SMV : гофрированные ламели направляют токи так, чтобы они пересекались друг с другом.
Смеситель Sulzer SMX : этот смеситель имеет большое количество крестообразных перемычек.
Смеситель Fluitec CSE-X / 6-12 : этот смеситель имеет шесть сужающихся крестообразно расположенных перемычек и отверстий в краевых зонах. Это приводит к высокой производительности смешивания со значительно сниженной потерей давления.
Смеситель-теплообменник Fluitec CSE-XR : в дополнение к смесительным элементам этот статический смеситель имеет встроенный пучок труб для теплообмена.
Смеситель Ross ISG : Смеситель разделен на сегменты по модулям. Материал может попасть из одного сегмента в другой только через отверстия в модулях. Начало и конец скважин расположены так, чтобы происходило перемешивание. Количество каналов (отверстий) - четыре. ${\ displaystyle k}$

Смесители изготавливаются либо из металла, подходящего для среды, либо из пластика, как правило, одноразового использования.

интерпретация

Выбор подходящего типа смесителя и оптимальной геометрии в первую очередь определяется:

свойства смешиваемых жидкостей, особенно вязкость и плотность
желаемое качество смешивания
доступная длина установки и диаметр трубы
желаемое рабочее давление
скорость потока
время пребывания в смесителе для реактивных смесей.

Коэффициент вариации обычно используется как мера качества смешивания со средней концентрацией компонента и его стандартным отклонением. Следовательно, идеальное перемешивание существует при. Коэффициент вариации экспоненциально уменьшается с увеличением соответствующей длины смесителя , отношения между абсолютной длиной смесителя и диаметром смесителя. Т.е. чем длиннее миксер и чем меньше диаметр, тем лучше эффект перемешивания. Если скорость потока настолько высока, что число Рейнольдса достигает значения 100–200, что является критическим для данного смесителя, возникают турбулентные потоки. Это еще больше улучшает качество смешивания. ${\ displaystyle \ sigma / {\ bar {c}}}$ ${\ displaystyle {\ bar {c}}}$ ${\ displaystyle \ sigma}$ ${\ displaystyle \ sigma / {\ bar {c}} = 0}$ ${\ displaystyle L_ {m} / D}$ ${\ displaystyle L_ {m}}$ ${\ displaystyle D}$ ${\ displaystyle Re}$

Для смесителей Kenics и Sulzer SMV доступны следующие измеренные значения:

	${\ displaystyle L_ {m} / D}$ для Кеникс	${\ displaystyle L_ {m} / D}$ для Sulzer SMV
${\ displaystyle \ sigma / {\ bar {c}} = 10 ^ {- 1}}$ , ламинарный поток	17-е	9
${\ displaystyle \ sigma / {\ bar {c}} = 10 ^ {- 1}}$ , турбулентный поток	3,7	1.1
${\ displaystyle \ sigma / {\ bar {c}} = 10 ^ {- 2}}$ , ламинарный поток	29	18-е
${\ displaystyle \ sigma / {\ bar {c}} = 10 ^ {- 2}}$ , турбулентный поток	7.3	1.9

Улучшение качества смешивания за счет уменьшения диаметра имеет свои пределы, приводящие к увеличению потерь давления в смесителе. По мере увеличения потерь давления увеличивается необходимое давление подачи и рабочее давление. Следующее применяется в ламинарной области ${\ displaystyle D}$ ${\ displaystyle \ Delta p}$

{\ displaystyle \ Delta p = \ zeta Re {\ frac {\ eta v_ {m} L_ {m}} {2D ^ {2}}},}

где представляет собой среднюю скорость потока, на динамическую вязкость жидкости и с коэффициентом потерь давления . Уменьшение диаметра вдвое означает четырехкратное увеличение потери давления или даже шестнадцатикратное увеличение, если объемный расход должен оставаться неизменным за счет увеличения скорости потока. ${\ displaystyle v_ {m}}$ ${\ displaystyle \ eta}$ ${\ displaystyle \ zeta}$

Продукт постоянен в ламинарной зоне и зависит от типа смесителя: ${\ displaystyle \ zeta Re}$

	Кеникс	Зульцер СМВ	Sulzer SMX	Росс ISG	пустая труба
${\ displaystyle \ zeta Re}$	450	5600	4000	12000	64

Из контекста следует, что один z. Б. может построить миксер X, а Sulzer SMV - очень компактный миксер. Однако для сравнения смеситель Sulzer SMV показывает высокие потери давления. Для высоковязких сред больше подходят смесители X и Kenics с меньшими потерями давления.

Плюсы и минусы

По сравнению с такими динамическими микшерами. Б. мешалки , статические мешалки имеют ряд преимуществ. Они недороги, не занимают много места, не требуют обслуживания в силу своей конструкции, не требуют источника энергии и могут быть интегрированы непосредственно в конвейерные линии. Прежде всего, они позволяют смешивать компоненты непрерывно и с коротким, мало меняющимся временем пребывания в широком диапазоне вязкости. Однако при перемешивании в отдельных емкостях для смешивания возможны только периодические процессы: сначала емкости должны быть заполнены, затем происходит собственно процесс смешивания, и только после этого готовая смесь становится доступной. Особенно при обработке отверждаемых веществ с ограниченным сроком годности . Б. Статические смесители для литьевой смолы предпочтительны. Материал наполняется или наносится непосредственно из смесителя в форму, поэтому компоненты контактируют друг с другом только непосредственно перед обработкой, поэтому нет необходимости добавлять в массу.

Недостатком является то, что обычно невозможно повлиять на интенсивность перемешивания, а скорость мешалки можно изменить. При обработке твердеющих материалов статические смесители могут засориться из-за остановок производства. Следовательно, их нужно промывать или делать одноразовыми.

История происхождения и применения

Одноразовый статический смеситель и картридж для ручной обработки двухкомпонентной системы

Еще в 1924 году спираль использовалась в трубе для смешивания. Первая патентная заявка на статический смеситель, основанный на принципе Кеникс, была подана в 1965 году Артуром Д. Литтлом . Целью было смешивание синтетических смол в небольших количествах, например Б. для ремонтных работ. Затем корпорация Kenics изготовила эти миксеры из нержавеющей стали по лицензии. С 1970-х годов они также могли изготавливаться из пластика как одноразовые изделия.

Помимо обработки смол, клеев, герметиков и т. Д., Спектр применения статических смесителей сегодня включает в себя все области технологического проектирования с процессами смешивания, например Б. в химической промышленности , пищевой промышленности , водоочистке и очистке сточных вод (например, обогащение воды кислородом), нефтегазовой промышленности. В технологии пластмасс статические смесители используются в системах заливки и для смешивания расплавов полимеров .

литература

FA Streiff: Статическое перемешивание. В: Маттиас Крауме (ред.): Смешивание и перемешивание: основы и современные процессы. Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 978-3-527-30709-8 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)
Ален Георг и Мартин Б. Дашер: Химические реакции в трубчатых реакторах и статических смесителях - однородность, время пребывания, рассеивание тепла, конструкция, примеры применения . Chemie Ingenieur Technik, том 77, выпуск 6, страницы 681-693, издание за июнь 2005 г. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Вайнхайм, 2005 г.

веб ссылки

Commons : Static Mixer - коллекция изображений, видео и аудио файлов

Индивидуальные доказательства

↑ ^а^б^в^г^д Ф. А. Штрайф: Статическое перемешивание. В: Маттиас Крауме (ред.): Смешивание и перемешивание: основы и современные процессы. Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 978-3-527-30709-8 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)
^ Ханс Гюнтер Хиршберг: Справочник по технологическому процессу и строительству завода: химия, технология и экономическая эффективность. Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк / Барселона / Гонконг / Лондон / Милан / Сингапур / Токио, 1999, ISBN 3-540-60623-8 , стр. 863–867 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)
↑ ^a^b^c^d^e Марко Злокарник: Технология смешивания : теория и практика. Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк / Барселона / Гонконг / Лондон / Милан / Сингапур / Токио 1999, ISBN 978-3-540-64639-6 , стр. 286–291 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)
↑ Патентная заявка EP 2 286 904 A1: Статическое смесительное устройство для текучих веществ. Зарегистрировано 12 августа 2009 г., опубликовано 23 февраля 2011 г., заявитель: Fluitec Invest AG, изобретатель: Ален Георг u. а. ( На сайте epo.org ).
^ Маттиас Крауме: Транспортные процессы в технологическом процессе: основы и реализации оборудования. Springer, Berlin / Heidelberg / New York, 2003, ISBN 978-3-540-40105-6 , стр. 529-533 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)
↑ Манфред Х. Пал, Эдгар Мушелкнаутц: Использование и конструкция статических смесителей. В: Инженер-химик Технология. Vol 51, No. 5, May 1979, Wiley-VCH, pp. 347-364.
↑ Патент США 1626487 Эмульгатор , поданный 10 января 1924 г. Дэвидом Уорреном ( PDF на freepatentsonline (190 kB) )
↑ Патент США 3286992 Mixing Device , поданный 29 ноября 1965 года Константином Д. Арменедесом, Вильямом К. Джонсоном и Томасом Рафаэлем для Arthur D. Little Inc. ( PDF на freepatentsonline (265 kB) )
↑ Ирвинг Дж. Аронс: Одноразовый «Неподвижный миксер». В: ADL Chronicles - презентация продуктов и изобретений , которые вышли из лабораторий Arthur D. Little, Inc.ADL хроники, 23 июля 2008 года, доступ к 7 мая 2012 .
^ Фридрих Иоганнабер, Вальтер Михаэли : Руководство по литью под давлением. 2-е издание. Hanser, Munich 2004, ISBN 3-446-22966-3 , стр. 820–822 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)

[streiff-1] а^б^в^г^д Ф. А. Штрайф: Статическое перемешивание. В: Маттиас Крауме (ред.): Смешивание и перемешивание: основы и современные процессы. Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 978-3-527-30709-8 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)

[2] Ханс Гюнтер Хиршберг: Справочник по технологическому процессу и строительству завода: химия, технология и экономическая эффективность. Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк / Барселона / Гонконг / Лондон / Милан / Сингапур / Токио, 1999, ISBN 3-540-60623-8 , стр. 863–867 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)

[ruehrtechnik-3] Марко Злокарник: Технология смешивания : теория и практика. Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк / Барселона / Гонконг / Лондон / Милан / Сингапур / Токио 1999, ISBN 978-3-540-64639-6 , стр. 286–291 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)

[4] Патентная заявка EP 2 286 904 A1: Статическое смесительное устройство для текучих веществ. Зарегистрировано 12 августа 2009 г., опубликовано 23 февраля 2011 г., заявитель: Fluitec Invest AG, изобретатель: Ален Георг u. а. ( На сайте epo.org ).

[5] Маттиас Крауме: Транспортные процессы в технологическом процессе: основы и реализации оборудования. Springer, Berlin / Heidelberg / New York, 2003, ISBN 978-3-540-40105-6 , стр. 529-533 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)

[6] Манфред Х. Пал, Эдгар Мушелкнаутц: Использование и конструкция статических смесителей. В: Инженер-химик Технология. Vol 51, No. 5, May 1979, Wiley-VCH, pp. 347-364.

[7] Патент США 1626487 Эмульгатор , поданный 10 января 1924 г. Дэвидом Уорреном ( PDF на freepatentsonline (190 kB) )

[8] Патент США 3286992 Mixing Device , поданный 29 ноября 1965 года Константином Д. Арменедесом, Вильямом К. Джонсоном и Томасом Рафаэлем для Arthur D. Little Inc. ( PDF на freepatentsonline (265 kB) )

[9] Ирвинг Дж. Аронс: Одноразовый «Неподвижный миксер». В: ADL Chronicles - презентация продуктов и изобретений , которые вышли из лабораторий Arthur D. Little, Inc.ADL хроники, 23 июля 2008 года, доступ к 7 мая 2012 .

[10] Фридрих Иоганнабер, Вальтер Михаэли : Руководство по литью под давлением. 2-е издание. Hanser, Munich 2004, ISBN 3-446-22966-3 , стр. 820–822 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)

Languages