專利名稱：靜態(tài)混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種依據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的靜態(tài)混合器，并且涉及一種使用依據(jù)本發(fā)明的靜態(tài)混合器來進行混合的方法。
背景技術(shù)：
靜態(tài)混合器的發(fā)展形成了這種形式的多種多樣的混合裝置。對于混合目的，依據(jù)以預定的最大允許壓力損失來必需實現(xiàn)特定的混合質(zhì)量，可獲得許多解決方案。然而，這些解決方案在實現(xiàn)制造成本和工廠的混合器的內(nèi)置裝置的成本方面有顯著的不同。使用簡單的內(nèi)置裝置并且同時所用的內(nèi)置裝置具有最少的結(jié)構(gòu)元件即可滿足所述混合目的混合裝置是優(yōu)選的。這種混合裝置可越來越多地本身實現(xiàn)，該混合裝置具有短的內(nèi)置裝置長度(內(nèi)置裝置長度＝必需設置用于內(nèi)置裝置的管路長度)；而且該混合裝置具有短的混合路徑(＝從加入物的供入點到管路中實現(xiàn)所需混合質(zhì)量的位置處的距離)。
在紊流區(qū)域中的混合流體的解決方案是可獲得的，其中管路包括僅由一個單件的短混合元件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，即內(nèi)置裝置具有最少數(shù)量的結(jié)構(gòu)元件，(例如見US-A-5839828)。這種解決方案對于其涉及的結(jié)構(gòu)的內(nèi)置裝置長度而言是最優(yōu)的。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于明顯的缺點，這些已知的結(jié)構(gòu)以及在任何情況下僅包括的一個混合元件必需改進。
存在著短內(nèi)置裝置長度與大壓降和/或長路徑相關(guān)的結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)的另一驚人的問題是已知的靜態(tài)混合器的內(nèi)置裝置是擾流件，流體圍繞該擾流件流動，并且由此流體被設定成渦流運動。具有特定頻率的渦流在每一擾流件的尾流中分離。當流體圍繞柱體流動時，可觀察到類似形式的“卡門渦街”。在擾流件處間斷地分離的渦流球由流動以軸向恒定的間隔傳送。加入到混合器中的加入物由分離的渦流帶入并且在管路中隨渦流向前傳送。不均勻性以軸向濃度差的形式出現(xiàn)，其表現(xiàn)形式為在管路中的固定的觀察點處的濃度間斷波動。在上述的US-A-5839828中所述的混合器中，明顯地出現(xiàn)這種時間現(xiàn)象。在由EP-A-1153650(＝P7032)已知的混合器中，也出現(xiàn)相應的不均勻性。
通常，靜態(tài)混合器的混合質(zhì)量被認為是涉及徑向濃度分布的均勻性的衡量標準。該徑向濃度分布的不均勻性越小，該混合質(zhì)量越好。然而，由于軸向濃度梯度引起的不均勻性相對于徑向濃度分布的不均勻性具有相同的強度數(shù)量級。通過使用以高頻(20單位每秒)檢測混合質(zhì)量的測量過程，可確定該不均勻性。在一些應用場合中，這些軸向不均勻性或時間波動是非常重要的例如，待混合的成分之間的快速化學反應，或者加入物的傳送速度相對于在管中測量的濃度進行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供這樣一種靜態(tài)混合器，盡管內(nèi)置裝置的成本較低，但是該混合器沒有出現(xiàn)當使用單個混合元件或最少數(shù)量的內(nèi)置裝置的結(jié)構(gòu)元件時相關(guān)的軸向不均勻性的缺點，并且由此確保了高質(zhì)量的混合。該目的由權(quán)利要求1所限定的靜態(tài)混合器來實現(xiàn)。
該用于低粘度流體的靜態(tài)混合器具有布置在管路中或在引導該流體的容器內(nèi)的用于實施混合的內(nèi)置裝置。該內(nèi)置裝置的幾何形狀大致為基礎結(jié)構(gòu)。內(nèi)置裝置包括結(jié)構(gòu)元件，其形式為平的、折疊的、或曲線形的金屬薄板狀擾流件以及位于其間的收緊部分?？赏ㄟ^基礎結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)置裝置實現(xiàn)一階流，該一階流是在下游混合區(qū)域中整體混合管路內(nèi)含物的流動。該基礎結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件可作為弓形部段、板、和/或葉片。在以下稱為“主擾流件”的該結(jié)構(gòu)元件在表面和/或邊緣處幾何變形，使得通過這些變形誘導二階局部流，該二階局部流與一階流疊加，由此改善混合質(zhì)量。即，在流體中徑向和軸向的不均勻性與一階流補償相比被更好地補償。次擾流件形成變形，通過該次擾流件，可局部強化紊流和/或誘導產(chǎn)生回流。
從屬權(quán)利要求2-8涉及本發(fā)明的混合器的有利實施例。使用靜態(tài)混合器來混合的方法是權(quán)利要求9-10的主題。
以下結(jié)合附圖來詳細描述本發(fā)明，在附圖中

圖1示出了具有內(nèi)置裝置的本發(fā)明的混合器的環(huán)狀部分，其結(jié)構(gòu)元件具有薄片狀的次擾流件；圖2示出了帶有兩個另外示例的次擾流件的交叉通道結(jié)構(gòu)；圖3示出了帶有兩個弓形部段的結(jié)構(gòu)元件的本發(fā)明混合器的內(nèi)置裝置；
圖4示出了圖3所示的結(jié)構(gòu)的細節(jié)；圖5示出了具有兩個作為結(jié)構(gòu)元件的導向葉片的內(nèi)置裝置；圖6示出了(四個圖部分)的次擾流件，其成肋形狀并布置在其上出現(xiàn)流動的主擾流件的表面上；圖7和8示出了線性元件形式的次擾流件，其形成齒狀邊緣或由分離齒構(gòu)成；圖9示出了不同的齒形狀(三個圖部分)；圖10示出了磨銑的次擾流件(三個圖部分)，其布置成在主擾流件邊緣處的線性元件；以及圖11示出了次擾流件(三個圖部分)，其均通過彎曲該邊緣在主擾流件處形成。
具體實施例方式
本發(fā)明的混合器1具有特殊的結(jié)構(gòu)，其局部在圖1中示出。低粘度的流體20通過使用該靜態(tài)混合器1從而均勻化，該混合器包括管路3的部段和布置在管路3中的用于混合的內(nèi)置裝置10。僅示出了管路3的環(huán)狀部分30。該部分30安裝在未示出的管路3的法蘭過渡部分處。在該實施例中用于有效混合的該內(nèi)置裝置10布置在管路3中位于不作為法蘭過渡部分的位置。
內(nèi)置裝置10的幾何形狀大致成這樣的基礎結(jié)構(gòu)，其具有形式為弓形或葉片狀擾流件的結(jié)構(gòu)元件11、11’、12。由箭頭21來表示流動的流體20流經(jīng)位于該結(jié)構(gòu)元件之間的收緊部分。該基礎結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件作為部段、連接片、板、和/或葉片來描述，并且在以下稱為“主擾流件”。這些主擾流件11、11’、12在邊緣處其幾何形狀可變形，即成為圖1所述的實施例的薄片狀的次擾流件11a、11’a、12a。
通過內(nèi)置裝置10形成一階流動，該流動在混合區(qū)域的下游整體地混合管路的內(nèi)含物，該內(nèi)置裝置的形式為基礎結(jié)構(gòu)。通過延伸的運動，特別是通過間斷分離且傳播的渦流運動，在這些區(qū)域中在整個管路的截面上形成混合。基于基礎結(jié)構(gòu)的變型，借助于次擾流件可誘導二階的局部流，并且該二階局部流通過以下作用對于混合過程的有效性具有積極的作用。
a)流動的紊流程度通過變形來加強。正如在已知混合器中已經(jīng)觀察到的，當流動在入口側(cè)具有高紊流程度時，混合質(zhì)量提高。這種加強的紊流可以是例如設置在上游的帶有偏流板的集管的結(jié)果。當紊流的程度在混合器本身中由次擾流件在局部直接地加強時，可實現(xiàn)類似的或更加有利的效果。當該擾流件布置在加入物加入位置附近時，該擾流件是特別有效的。濃度梯度仍然相當明顯，并且在這些區(qū)域中混合效果的改善對該混合器的有效性具有特別積極的效果。
b)借助次擾流件11a、11’a、12a可直接地形成回流，其中在加入物在分離渦流中被沖淡并帶走之前，其被稀釋。暫時的濃度波動由此減小。通常，可通過回流來補償軸向濃度差，另外這也可通過帶混合的成分的非時間常數(shù)的加入來獲得。
c)次擾流件12a產(chǎn)生了流動的通道。在中心葉片12之后的橫向輸送由此改善，因此減小了在內(nèi)置裝置10的尾流中的濃度的徑向程度。
d)還穩(wěn)定了該流動，即通過增大紊流并由此導致的紊流粘度增加，從而抑制了波動。次擾流件11a、11’a、12a還有利地布置并設計成，使得氣流分離明顯地限于局部并且由此不取決于雷諾數(shù)。流動強度因此不取決于流量并且容易控制。
這些效果a)-d)的組合使得徑向和軸向的均勻性獲得改善。
次擾流件11a、11’a、12a不可否認地增大了壓力損失。但是該壓力損失的增加小于如果依據(jù)擾流件11、11’、12而使用另外的主擾流件即另外的混合元件的情況。如果省去次擾流件11a、11’a、12a，這些將是必需的。次擾流件在能量使用方面還應獲得正面的評價。因此，主擾流件11、11’、12在表面和/或邊緣處可通過次擾流件11a、11’a、12a來改變幾何形狀，使得通過這些變形誘導二階的局部流，其與一階流疊加并由此改善混合質(zhì)量。由于在流體中徑向和軸向的不均勻性通過一階流被更好地補償，并且沒有同時增加超過大致100％的壓降，因此改善了混合質(zhì)量。
次擾流件11a、11’a、12a布置在主擾流件11、11’、12的邊緣區(qū)域處。因此次擾流件形成主擾流件11、11’、12的變形，并且局部地強化紊流和/或流體20的誘導回流，由此改善了混合。
次擾流件11a、11’a、12a有利地制成薄片或肋狀，并且布置成橫截于在主擾流件處或其上的一階流的局部流方向。
主流動方向限定成垂直管路3的管路橫截面。該管路橫截面大致由主擾流件11、11’、12在主流動方向上的正軸投影完全覆蓋。由于用于混合的內(nèi)置裝置需包括最少數(shù)量的結(jié)構(gòu)元件，因此管路橫截面沒有被單獨的擾流件11、11’、12的正軸投影多重覆蓋；或者投影僅具有邊緣重疊區(qū)。
在圖1所示的實施例中，管路3是柱形的，并且主擾流件11、11’、12相對于包含管路軸線的對稱平面形成鏡像對稱布置。大致共面的一對弓形的結(jié)構(gòu)元件11、11’形成收緊部分，在該收緊部分中，葉片或連接片狀的結(jié)構(gòu)元件12橫跨兩個其它結(jié)構(gòu)元件11、11’的平面來布置。
在圖2所示的內(nèi)置裝置10中，基礎結(jié)構(gòu)是交叉通道結(jié)構(gòu)，其中多個金屬薄板13、14以人字形方式折疊，(金屬薄板13’、14’由虛線表示)，金屬薄板形成主擾流件。肋13a和/或?qū)Ь€狀的突起13b形成在該交叉通道結(jié)構(gòu)的薄板金屬表面上。僅在一個示例中均示出了這些次擾流件13a和13b。肋13a有利地形成有鋒利的邊緣并且作為在其上出現(xiàn)流動的折疊邊緣處的流動分離邊緣。
圖3示出了本發(fā)明的混合器1的內(nèi)置裝置10，其具有兩個弓形的結(jié)構(gòu)元件15。結(jié)構(gòu)元件15的次擾流件是薄片形狀。管路3的內(nèi)側(cè)由虛線31表示。沿結(jié)構(gòu)元件15截取的橫截面在圖4中表示。由箭頭21表示回流如何在結(jié)構(gòu)元件15之后形成。
圖5示出了具有兩個導向葉片15作為結(jié)構(gòu)元件的內(nèi)置裝置。在一個導向葉片15中，示出了了次擾流件15a。
在圖6中，所示的次擾流件16a在四個圖中示出；第一為立體圖表示，其它僅示出了橫截面的型面。這些擾流件16a為肋形狀并且布置在其上存在流動的主擾流件16的表面上。
圖7和8示出了次擾流件17a和18a，其形成一個具有齒狀邊緣的線性元件和一個具有分離齒19的線性元件。其它形式的齒19的示例在圖9的三個圖中示出。線性元件17a還可具有波紋形狀的邊緣，以代替齒狀邊緣。在主擾流件的邊緣的這種幾何變形導致邊緣的延伸，這有利地使得紊流的強化形成。
圖10示出了磨銑的次擾流件(三部分圖)，其以在主擾流件的邊緣處的線性元件的形式來布置。
圖11示出了次擾流件，其均通過重新成形其邊沿從而形成在主擾流件處稍微彎曲(第一部分圖)，強彎曲(第二部分圖)，和兩次彎曲(第三部分圖)，在每一情況中由箭頭來表示。通過在主擾流件處的薄板金屬條也可實現(xiàn)擾流件的類似形狀。
圖1的實施例包括在管件30中添加加入物的供入點100。供入點100有利地通向混合區(qū)域，其中幾何變形對流動的影響特別強烈。還可設置多個供入點100。然而，更有利的是，對于內(nèi)置裝置10理想地布置單個供入點100。經(jīng)驗表明，對于單一加入物設置多個供入點100將產(chǎn)生單個供入點100不會出現(xiàn)的問題。
本發(fā)明的混合器1用于實現(xiàn)待混合的流體20沿優(yōu)選方向傳送通過混合器1進行的混合過程。沿該優(yōu)選方向比沿相反方向可實現(xiàn)更好的混合質(zhì)量。
如上所述，當流動在入口側(cè)是紊流時，混合質(zhì)量改善。因此，如果流體20產(chǎn)生這樣的流體動力狀態(tài)，即其中在流體引入到用于混合的內(nèi)置裝置10之前具有紊流成分或強紊流，則對于本發(fā)明的混合方法是更有利的。
權(quán)利要求
1.一種用于低粘度流體(20)的靜態(tài)混合器(1)，其具有布置在管路(3)中或在引導該流體的容器內(nèi)的用于實施混合的內(nèi)置裝置(10)，該內(nèi)置裝置的幾何形狀大致為基礎結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)置裝置包括結(jié)構(gòu)元件(11、11’、12)，其形式為平的、折疊的、或曲線形的金屬薄板狀擾流件以及位于其間的收緊部分，其中可通過基礎結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)置裝置實現(xiàn)一階流，所述一階流是在下游混合區(qū)域中整體混合管路內(nèi)含物的流動，并且該基礎結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件可作為弓形部段、板、和/或葉片，其特征在于，在以下稱為“主擾流件(11、11’、12)”的該結(jié)構(gòu)元件在表面和/或邊緣處幾何變形，使得通過這些變形誘導二階局部流，該二階局部流與一階流疊加，由此改善混合質(zhì)量，即，使得在流體中徑向和軸向的不均勻性與一階流補償相比被更好地補償。
2.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，次擾流件(11a、11’a、12a)形成變形，通過該次擾流件，可局部強化紊流和/或誘導產(chǎn)生回流，該次擾流件有利地布置在主擾流件(11、11’、12)的邊緣區(qū)域處。
3.如權(quán)利要求2所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，次擾流件(11a、11’a、12a)制成薄片或肋形式，并且布置成橫截于在主擾流件(11、11’、12)處或其上的一階流的局部流方向。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，主流動方向限定成垂直管路(3)的管路橫截面；該管路橫截面由主擾流件(11、11’、12)的正軸投影大致完全覆蓋；并且該管路橫截面沒有被單獨的擾流件的正軸投影多重覆蓋，或者僅具有邊緣重疊區(qū)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，以下應用至少大致為管路(3)是柱形的，并且主擾流件(11、11’、12)相對于包含管路軸線的對稱平面形成鏡像對稱布置；并且位于同一平面上的一對弓形的結(jié)構(gòu)元件(11、11’)形成收緊部分，在該收緊部分中，葉片或連接片狀的結(jié)構(gòu)元件(12)布置成橫跨兩個其它結(jié)構(gòu)元件的平面。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，該基礎結(jié)構(gòu)是交叉通道結(jié)構(gòu)，其中以人字形方式折疊的多個金屬薄板(13、14)形成主擾流件；并且肋(13a)和/或?qū)Ь€狀的突起(13b)布置在該交叉通道結(jié)構(gòu)的薄板金屬表面上，其中該肋有利地形成有鋒利的邊緣并且作為在其上出現(xiàn)流動的折疊邊緣處的流動分離邊緣。
7.如權(quán)利要求1或2所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，在主擾流件(11、11’、12)處該邊緣的延伸由幾何變形形成，例如由具有波紋狀或齒狀邊緣的次擾流件形成；或者次擾流件(17a)具有波紋狀或齒狀邊緣并且布置在其上出現(xiàn)流動的主擾流件(17)的表面上。
8.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的靜態(tài)混合器，其特征在于，該管路包括添加加入物的供入點(100)；該供入點通向混合區(qū)域的區(qū)，其中幾何變形對流動的影響特別強烈。
9.一種使用如權(quán)利要求1-8中任一項所述的靜態(tài)混合器來混合的方法，其特征在于，待混合的流體(20)沿優(yōu)選方向傳送經(jīng)過該混合器，沿該優(yōu)選方向比沿相反方向可實現(xiàn)更好的混合質(zhì)量。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，流體(20)產(chǎn)生這樣的流體動力狀態(tài)，即其中在流體引入到用于混合的內(nèi)置裝置(10)之前具有紊流成分或強紊流。
全文摘要
一種用于低粘度流體的靜態(tài)混合器，其具有布置在管路中或在引導該流體的容器內(nèi)的用于實施混合的內(nèi)置裝置。該內(nèi)置裝置的幾何形狀大致為基礎結(jié)構(gòu)。內(nèi)置裝置包括結(jié)構(gòu)元件，其形式為平的、折疊的、或曲線形的金屬薄板狀擾流件以及位于其間的收緊部分。可通過內(nèi)置裝置實現(xiàn)一階流，該基礎結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件可作為弓形部段、板、和/或葉片。在以下稱為“主擾流件”的該結(jié)構(gòu)元件在表面和/或邊緣處幾何變形，通過這些變形誘導二階局部流，由此改善混合質(zhì)量。在流體中徑向和軸向的不均勻性與一階流補償相比被更好地補償。通過該次擾流件，可局部強化紊流和/或誘導產(chǎn)生回流。
文檔編號B01F5/06GK1550256SQ20041004339
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者P·馬蒂斯, P 馬蒂斯, R·謝蒂, 峽, Z·曼迪克 申請人:蘇舍化學技術(shù)有限公司