Für statische Mischer

Dipl.-Ing. B. Hug, Dipl.-Ing. A. Georg

Statische Mischer werden, da Wartung und Verschleiß vernachlässigbar sind, der Einbau meist nur wenig Platzbedarf erfordert und der Einsatz über einen weiten Viskositätsbereich erfolgen kann, zunehmend für kontinuierliche und diskontinuierliche Prozesse eingesetzt. Mit fortschreitender Automation gewinnt die Entwicklung von komplexen Mischsystemen mit statischen Mischern immer mehr an Bedeutung.

Zur Erzielung homogener Mischungen werden je nach Anwendung und Strömungsbereich unterschiedlichste Geometrien benötigt. Die Wahl der Mischergeometrie ist abhängig von der Reynolds-Zahl und den Stoffeigenschaften der zu mischenden Flüssigkeiten. CSE-Mischer bieten sich generell für folgende Anwendungsbereiche an:

• Vermischen von pumpbaren Flüssigkeiten,

• Dispergieren und Emulgieren von ineinander unlöslichen Komponenten,

• Mischen von reaktiven Flüssigkeiten,

• Mischen und Homogenisieren von Kunststoffschmelzen,

• Gas-Flüssig-Kontaktieren,

• Mischen von Gasen,

• Wärmeaustausch von viskosen Medien.

Dosiertechnik für statische Mischer bedeutet: kontrollierte, gleichzeitige und pulsationsfreie Zugabe von Additiv- und Hauptstrom in einen statischen Mischer. Da statische Mischer generell nur eine geringe Rückmischung aufweisen, müssen die Komponenten zeitlich konstant zudosiert werden. Bei der Planung einer statischen Mischanlage sind folgende Punkte zu berücksichtigen:

• Pulsationen beeinträchtigen die Mischgüte und sind zu vermeiden.

• Additive müssen mit einem Fördersystem, das eine möglichst lineare Kennlinie aufweist, dosiert werden.

• Ort und Geometrie der Impfstelle beeinflussen die Mischgüte.

• Die Überwachung von Additiv- und Hauptstrom muß gewährleistet sein.

Statische Mischer besitzen eine hohe radiale Mischleistung. Generell ist die achsiale Rückmischung gering. Strömungsunterbrüche oder starke Pulsationen von Additiv- oder Hauptstrom führen somit zu momentanen Konzentrationsschwankungen, die zu einer ungenügenden Mischleistung führen können. Die Konzentration X kann wie folgt ermittelt werden:

In der statischen Mischtechnik wird die Mischgüte vielfach durch den Variationskoeffizienten definiert. Je kleiner dieser Quotient ist, desto homogener ist die Mischung. Folgende Größen beeinflussen die Mischgüte in einer Mischaufgabe:

Weist somit die Konzentration X starke Schwankungen auf, so verändert sich auch der Variationskoeffizient, bezogen auf den Endwert, stetig. Diese Schwankungen führen zu massiven Qualitätsabweichungen im Endprodukt und sind zu vermeiden.

Bedingt durch Temperatur- und Viskositätsunterschiede kann sich der Druckverlust in statischen Mischern stark ändern. Dosiert nun die Additivpumpe mit einer nichtlinearen Kennlinie, so können massive Dosierfehler entstehen. Dies führt zu aufwendigen regelungstechnischen Maßnahmen. Einzig Membranpumpen besitzen annähernd lineare Kennlinien, doch weisen sie Pulsationen auf. Pulsationen müssen jedoch beim Einsatz von statischen Mischern vermieden werden. Als Problemlösung bieten sich die Dosiermodule KMD an, denn sie gewährleisten einen pulsationsfreien Förderstrom und halten diesen auch bei Druckschwankungen konstant.

Die Impfstelle sollte auf die Mischaufgabe abgestimmt sein und mit dem Hersteller von statischen Mischern abgesprochen werden. Grundsätzlich wird die Impfstelle unmittelbar vor dem statischen Mischer plaziert. Das zentrale Zuführen der Additive ist von Vorteil. Die Systemabgrenzung mittels Rückschlagventil wird empfohlen.

Beim Einsatz von statischen Mischern muß die Durchflußmenge von Additiv- und Hauptstrom bekannt sein. Der Aufwand der Überwachung ist abhängig von der Durchflußmenge, der Viskosität der Flüssigkeit, der Genauigkeit der Mischaufgabe sowie vom Automationsgrad der Anlage. Generell unterscheidet man folgende Durchflußmessungen:

• manuelle KMD-Dosierung für kleine niederviskose Volumenströme,

• manuelle Durchflußüberwachung nach Pumpen-Kennlinie und Druck,

• manuelle Durchflußüberwachung nach Pumpen-Kennlinie und Drehzahl,

• automatisierte Inline-Durchflußmessung mit Regelkreis,

• automatisierte Durchflußmessung mit sequentieller oder differentieller Wägung,

• automatisierte sequentielle Volumenstrommessung.

Die Dosiermodule KMD (Klein-Mengen-Dosierung) finden Anwendung in Industriezweigen wie Umwelttechnik, Chemie und Biotechnologie, wo mechanisch reine, gefährliche, explosive und giftige Flüssigkeiten dosiert werden. Module für erhöhte Anforderungen, wie zum Beispiel Vorschriften nach TRD, sind auf Wunsch lieferbar. Das KMD-Dosiermodul wird für niederviskose Flüssigkeiten eingesetzt, die mit konstantem Volumenstrom vor dem statischen Mischer zudosiert werden. Aufgrund der linearen Dosierkennlinie kann der Durchfluß manuell eingestellt werden. Eine Durchflußanzeige ermöglicht das exakte Einstellen der benötigten Menge.

Weitere Informationen cav-202

Re Reynolds-Zahl –

Fr Froude-Zahl –

L Länge des Mischers (m)

D Durchmesser (m)

h dyn. Viskosität (Pas)

DX zul. Abweichung vom Mittelwert

mittlere Additiv-Konzentration

s/x Variationskoeffizient –

Index

[1] Pahl, H.; Muschelknautz, E.:

Chem.-lng.-Tech. 52 (1980) Nr. 4, S. 285-291

[2] Vetter G.; Chem.-lng.-Tech. 60 (1988) Nr. 9, S. 672-685

[3] Hug, B; Georg, A; Chemie Technik 8/96,

S. 38-39

[4] Hopfgartner, J; Georg, A; CAV 8/95, S. 22-25