同轴紧凑静态混合器以及它的用途制造技术

本发明专利技术涉及一种高效且可按比例调节的、包括旋转对称的级联式混合结构的紧凑静态混合器以及它的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】同轴紧凑静态混合器以及它的用途本专利技术涉及一种高效且可按比例调节的、包括旋转对称的级联式混合结构的紧凑静态混合器以及它的用途。静态的混合器(或“静态混合器”)一般地用于在连续的流动中混合或分散流体介质。它们的特征在于，它们不包含可活动的部件，用于混合所需要的能量仅仅取自于通过混合器流动的流体的运动或压力降。在此情况下，要混合的介质，或者分开平行地或者在被或多或少限定地预混合的或分层的形式下，首先连续地进入混合器。然后在混合器内部通过使混合物流一次或多次分开、移动和重新组合实施混合物组分的混合。单级静态混合器例如可以理解为是各种类型的混合和分散喷嘴或孔板(例如按照US2，531，547或EP1203036B1所述的那些)，它们通常在高压和高速下将一种介质引入到第二种介质中并且通过射流分解和/或旋流精细地分布在第二种介质中。此外， 各种类型的多层混合器，其通常为微混合器，(例如按照W000/76648，EP1718403B1或 W02004/052518A3所述的那些)，可以分类为单级静态混合器，其中输入流被一次性地分成许多的部分流并且接着在一种交替的设置中将它们汇聚起来实施混合。但是，在狭义上，这样的混合器被称为静态混合器，其中在一定的混合区段上在多个步骤中或者相继地通过或多或少专门引入的、使流体流重复地分开、剪切和/或折叠的旋流和/或分层横向流(旋流/水平对流)进行这种处理介质或这些处理介质的有效混合。这种横向流通过限定地引入的偏转、分开和/或在作为混合区段作用的流体通道中的部件产生或加强。这种静态混合器的不同类型的区别基本上在于在混合区段中的偏转、分开和/或内部部件的类型和形式。因此已知一些系统，它们基本上由管子和周期性地相互前后布置在管子中的孔板或喷嘴组成(例如在Perry的化学工程手册，McGraw Hill, New ^rk(1997)，第7版中的附图说明图18-31)。非常广泛使用的尤其是这样的管形系统，其具有中断的螺旋形嵌入件的(例如Chemineer，Inc.公司的“Keenics KM静态混合器")，在流动方向上交替交叉的薄片(例如 Sulzer SMX, W02004/007063A1, W01995/009689A1 或 EP1486749A2) 或波纹板式的结构元件(例如Sulzer SMV)。尤其是在最后提及的两种静态混合器中，混合元件常常不仅引起处理流的按顺序的而且此外也多次平行的分开，移动和再会合。随着管横截面变得越来越小，由于工艺技术(例如压力损失，易形成污垢性)以及制造技术的原因(混合结构的精细性)，通常平行流分开的数目被减小，从而最终在分通道尺寸达到每混合级显著低于一个毫米时(“微混合器”)，仅仅将介质流分开成两个部分流，该部分流然后被移动地或错移地再次汇聚在一起(例如US 5，904，424，W097/13075 和 US6, 457, 854B1 以及在 Hessel/Hardt/L5we 的“化学微处理工程”，Wiley-VCH, Weinheim(2004)，第 401 页 “Caterpillar Mini Mixer” 中，以下称为“级联混合器”)。相对于动态工作的搅拌器，静态混合器的突出特点在于其非常简单和紧凑的结构 (没有活动部件；通常简单地结合到设备的管道系统中)。此外，相对于非连续工作的混合器(“搅拌槽”)，由于静态混合器具有小的处理容积(短的停留时间)以及更快的并且能量效率更高的混合，它们有时也提供明显的附加优点。由于强烈的横向混合(在壁部区域和内芯区域之间的更快的流体交换)，紧凑的流动横截面和混合区段的大的表面一容积比，静态混合器此外常常提供比其它混合系统有利得多的用于混合物与混合壁的热交换的条件， 由此它们也特别好地适用于在同时控制混合物温度下的混合任务，纯的温度控制任务，或者作为连续工作的反应器具有持久的均勻混合并且因此具有窄的停留时间范围，例如用于实施放热或吸热(化学)反应。这些优点在许多情况下通过减小混合区段的特征尺寸(例如通道/混合结构尺寸)而得到加强。由此减小材料传输和热量传输的扩散行程并且由此混合和热交换过程有时得到极大的加速。此外，在窄的通道结构中，在流动速度的非常宽的范围上存在层流的并且因此非常确定的流动状况，其使得在最小化的能量输入情况下形成特别均勻的和明确的混合物成为可能。相应的极小型和微型静态混合器的通常的特征性的横向混合结构尺寸位于1毫米的十分之几至大约1. 5mm的范围中并且一个单个的混合通道的总横截面通常被限制在大约IOmm2直至小于Imm2的值上。与此相应地，这种极小型和微型静态混合器的可能的生产量在给定的进口侧的输送压力下受到明显的限制。因此在这种混合器中进行混合的通常的质量流量很少超过几个10kg/h的值并且由此对于大多数的应用而言最多满足在实验室和试验工场规模下的生产量。为了实现更高的介质处理量，而又不失去(必要时在实验室规模下优化的)极小型或微型静态混合器的特定的优点，显而易见的做法是并联地连接多个相同的混合结构 (通道)。由于在这些混合结构的每个单个混合结构中的混合在材料上是与在其它的混合结构中的混合分开地进行的，因此在这种情况下必需的是在各个并联的混合结构中的每个的入口处分别以相同的数量比(质量流量比)供入要混合的组分。在此情况下，由于在各单个混合结构之间的由制造和工艺限定的压力损失的变化，介质流的足够好的均勻分布几乎总是与附加的费用相关联。因此在最简单的情况下，作为附加的元件，例如具有非常精确的限定的压力降的节流孔板或通道结构被引入到在混合结构上游的流体分布系统中；在要求更高的情况下甚至可能必需为每个混合结构配设一个单独的质量流量调节器。在任何情况下这些附加的元件除了增大成本以外还常常产生不是微小的附加的压力损失并且使得混合器系统更容易受到堵塞和其它可能的故障原因的影响。尤其是在极小型和微型静态混合器情况下，除了数量流量比以外，在各个混合结构的入口处的流型也对混合结果具有显著的影响。因此，例如在将两种起始介质的层流供入一个级联混合器中的情况下，只有当在起始介质之间的初始的分离面在最大程度上垂直于混合器中的第一分开面时，才在直到混合区段的末端处达到一个好的混合结果。在多个相同的混合结构并联情况下，必要时也要适应这种情况的需要。因此在这种问题的背景面前提出的任务是介绍一种静态混合器，它可以按照简单的原理和以很小的技术费用在一个宽的数量流量范围上被按比例调节(skaliert)，同时不改变它的混合结构的特征尺寸和不要求引起附加压力损失的元件。该任务通过以下说明的静态混合器以令人惊讶的方式得到解决。因此本专利技术的主题是一种静态混合器，其包括一个由流体的混合物料按照顺序流动通过的同轴的、具有多个混合级的机构，其中的每个单独的混合级包含一个必要时按方位角分段的环形通道，该环形通道分别转变成一个偶数数目的近似相同大小的分通道，这些分通道沿着流动方向首先经历一个交替的径向的错移，直到相邻的分通道在径向上不再重叠，然后通过方位角上的移动和/或扩宽被拉开成在径向上相互嵌套的、必要时按方位角分段的环形通道，它们最后在各混合级的末端处通过径向的熔合又会合成一个必要时按方位角分段的环形通道(参见图2和3)。作为在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　静态混合器，其包括一个被混合物料按顺序通流的、同轴的、具有至少两个混合级的机构，其中每个混合级包含一个必要时按方位角分段的环形通道，其特征在于，该环形通道在每个混合级中分别转变成一个偶数数目的大致一样大的分通道，这些分通道沿着流动方向首先经历一个交替的径向上的错移，直到相邻的分通道在径向上不再重叠，然后通过在方位角上的移动和／或扩宽被拉开成在径向上相互嵌套的、必要时按方位角分段的环形通道，它们最后在混合级的末端处通过径向的熔合又会合成必要时按方位角分段的环形通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F赫布斯特里特，
申请(专利权)人：埃尔费尔德微技术BTS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE