Statischer Rohrmischer

Bei statisch arbeitenden Mischern erfolgt die Vermischung durch feststehende Teil- und Leitelemente, die im Strömungskanal eingebaut sind. Die Einbauten werden unterschieden in Barrieremischer und strömungstechnisch richtige Mischer. Im Gegensatz zu Barrieremischern weisen diese Mischer einen entscheidenden Vorteil auf: Sie können sich selbst reinigen. Die Wirkungsweise solch eines strömungstechnisch richtigen Mischers lässt sich am besten an seiner klassischen Urform, dem Wendelmischer, erklären. Er besteht aus einer Anzahl wendelförmiger Mischelemente. Normalerweise ist jedes dieser Elemente um 180° in sich verwunden; es gibt jedoch auch Mischelemente mit anderen Verwindungswinkeln. Rechts- und linksgängige Elemente folgen im Mischer abwechselnd hintereinander und bilden die statisch arbeitende Mischstrecke. Die Austrittskante eines Elementes bildet mit der Eintrittskante des folgenden Elementes jeweils einen Winkel von 90°.

Trifft nun das anströmende und zu mischende Medium auf die Eintrittskante eines Mischelementes, so teilt es sich in zwei Teilströme und folgt den beiden halbkreisförmigen Strömungskanälen. An jeder nachfolgenden Elementkante werden die beiden Teilströme erneut geteilt und mit je einem Teilstrom des benachbarten Strömungskanals wieder vereint. Diese Schichtenbildung erfolgt nach der Beziehung s = 2n (s = Anzahl der Schichten, n = Anzahl der Mischelemente). Die Schichtdicke ist dann ds = D/2n (ds = Schichtdicke, D = Mischerdurchmesser). Neben dieser durch Schichtenbildung bewirkten Mischqualität findet sowohl bei laminarer als auch bei turbulenter Strömung eine Rotation des Mischmediums um den hydraulischen Mittelpunkt eines jeden Strömungskanals statt. Durch diesen Rotationseffekt wird eine zusätzliche radiale Mischwirkung erzielt.

Der Rohrmischer Erestat stellt eine Spezial- und Weiterentwicklung dieses Grundtyps dar (Bild 1). Ursprünglich in erster Linie für die Belange der Lebensmittelindustrie und für die angrenzenden Branchen konzipiert, wird jedoch inzwischen mit diesem Rohrmischer alles gemischt, was gerade noch pumpfähig ist.

Im Gegensatz zum herkömmlichen Wendelmischer besteht die Besonderheit des Erestat darin, dass in einem aus Normteilen bestehenden Edelstahlgehäuse ein so genannter Strömungskörper installiert ist, der den ankommenden Gemengestrom in dem Rohrmischer in einen Strom mit kreisringflächenförmigem Querschnitt wandelt. Die Teil- und Leitelemente sind so auf dem Strömungskörper angebracht, dass sie den Gemengestrom in mindestens vier Teilströme teilen. Von Mischstufe zu Mischstufe wird jeder dieser Teilströme zwangsläufig wieder geteilt und geometrisch versetzt wieder zusammengeführt. Darüber hinaus erfahren die Teilströme von Mischstufe zu Mischstufe jeweils eine Richtungsänderung. Die Teil- und Leitelemente sind auf dem Strömungskörper durch besondere geometrische Verhältnisse so angeordnet, dass die vier entstehenden Strömungskanäle jeweils in ihrer Durchflussrichtung erheblich unterschiedliche Querschnitte aufweisen (Bild 2). Dadurch wird während des Mischvorganges im Rohrmischer eine pulsierende Strömung erzeugt.

Der Strömungskörper des Erestat setzt sich jeweils aus einer bestimmten Anzahl von Mischstufen-Elementen zusammen. Diese Elemente bestehen aus Edelstahl-Feinguss 1.4301 oder 1.4404. Die Mischstufen-Elemente werden miteinander zu einem Strömungskörper verschweißt. Am Anfang und am Ende enthält der Strömungskörper jeweils einen An- und einen Abströmkegel. Der Strömungskörper wird gebürstet und elektrolytisch poliert.

Durch den Einsatz so genannter Impfstücke (Bild 3), die sowohl für Zwei- als auch für Mehrkomponenten-Systeme lieferbar sind, lassen sich die Mischqualitäten erheblich dadurch verbessern, dass man die einzumischenden Komponenten direkt auf den Anströmkegel des Strömungskörpers fördert. Die so entstehende spontane Verteilung des Mischgutes auf den kreisringflächenförmigen Querschnitt der ersten Mischstufe erhöht in vielen Fällen die Mischqualität außerordentlich. Die Strömungskörper bestehen jeweils aus einer unterschiedlichen Anzahl an Mischstufen-elementen, passend für die gewünschte Applikation. Sehr lange Rohrmischer werden sinnvollerweise aus Standardgeräten mit Hilfe genormter Verbindungsarmaturen in Reihe geschaltet. Als Anschlussarten sind für die Rohrmischer alle herkömmlichen DIN-Ausführungen (auch nach ASA) üblich. Neben den standardmäßigen Edelstahlausführungen können die Mischergehäuse selbstverständlich auch aus anderen Materialien wie Kunststoffen (PP-H, PE usw.), Leichtmetallen oder sogar aus Glas gefertigt sein.

Zur Dimensionierung eines Rohrmischers sind eine ganze Reihe von wichtigen Faktoren zu beachten: In erster Linie interessiert natürlich die Gesamtdurchsatzleistung und die anteilmäßige Zusammensetzung (Komponenten) des Gemengestromes. Von den einzelnen Komponenten sollte man vor allem die physikalischen Daten wie Dichte, Viskosität und Temperatur kennen. Sind die Komponenten löslich oder unlöslich? Mit welchen Geräten (Pumpen) werden die einzelnen Komponenten gefördert? Welche Mischqualität soll erreicht werden?

Zur passenden Auslegung eines statischen Mischers bedarf es dann natürlich der Wahl der richtigen Mischelemente. Nicht zuletzt hat es sich in den letzten Jahren durchgesetzt, dass der Hersteller eines statischen Mischers die Garantie für die zufriedenstellende Funktionsweise des von ihm ausgelegt Rohrmischers übernimmt.

Anhand des Erestat kann die Auslegung verdeutlicht werden. Die drei Diagramme (Bild 4) zeigen die Durchsatzleistungen des Erestat in l/h in Abhängigkeit von den verschiedensten Strömungsgeschwindigkeiten. Die an den Kennlinien der Diagramme eingetragenen Zahlen sind Bestandteile der Erestat-Typenbezeichnungen. Die jeweilige Zahl vor dem Schrägstrich gibt die Anschlussnennweite des Rohrmischers in mm an.

In den Diagrammen sind die Bereiche I und II eingezeichnet. Im Bereich I werden mit 12-stufigen Rohrmischern Dispersionen mit Tröpfchengrößen #100 µm erreicht. Der Bereich II erzielt bereits Emulsionen mit Tröpfchengrößen #10 µm. Für grobe Dispersionen (~1000 µm) sind Strömungsgeschwindigkeiten von 0,2 bis etwa 0,5 m/s ausreichend.

Bei allen statischen Mischern ist der Dosierstelle besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Dies umso mehr, als das zuzuführende Medium im Verhältnis zum Hauptstrom einen kleineren Anteil einnimmt oder die Viskositätsunterschiede zunehmen.

Der Erestat ist in der Lage, alle pumpbaren Medien zu mischen. Überall dort, wo kontinuierlich ablaufende Verfahrensprozesse die homogene Verteilung mehrerer Komponenten in Gemengen erfordern, erzielt er zuverlässig die gewünschte Mischqualität.

Sowohl Chargen- als auch so genannte kontinuierlich arbeitende Inline-Blendingsysteme, in denen mehrere Flüssigkeiten zum Zwecke einer Gemengeherstellung proportional zueinander von Dosierpumpen gefördert werden, bilden das Haupteinsatzgebiet für statisch arbeitende Rohrmischer.

In einem Großbetrieb wird Natronlauge per Tankwagen angeliefert. Der Betrieb hatte sich diese stets vom Tankwagen in einen Annahmetank pumpen lassen. Für die betrieblichen Verwendungszwecke hatten die verschiedenen Abnehmer im Betrieb Entnahmetanks, die man jeweils vom Annahmetank aus beschickte und in denen dann die Natronlauge mit Wasser chargenweise verdünnt wurde. Eine sehr aufwändige Angelegenheit. Durch die nachträglich integrierte Verdünnungsanlage wurde das Verfahren wesentlich vereinfacht. Wenn jetzt der Tankwagen über den Rohrmischer den Annahmetank beschickt, dann wird gleichzeitig mit Hilfe einer Kreiselpumpe und des Durchflusszählers sowie eines Drosselventils proportional das Wasser dazugegeben. Der Geräteteil ist so schaltbar, dass jederzeit im Kreislauf nachgemischt werden kann. Die Abnehmer erhalten bei der Entnahme stets fertig verdünnte Ware.

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