Die Gewährleistung des Mischergebnisses sowie der damit verbundenen Randbedingungen wie Druckverlust oder Strömungsgeschwindigkeit sind heute fast eine Selbstverständlichkeit beim Kauf eines Mischers. Statische Mischer wie der Primixer bieten die erforderliche Prozesssicherheit sogar bei Durchsatzschwankungen von bis zu 40%, was seinen Einsatzbereich beträchtlich erweitert.
Dipl.-Wirt.-Ing. Thomas Bernhardt
Der Primixer gehört zu den Wendelmischern, die sich durch 180°, jeweils einmal nach links und einmal nach rechts gedrehte Elemente kennzeichnen (Abb.1). Durch die spezielle Drehung und um 90° versetzte Anordnung der Elemente wird eine Stromteilung, Radialmischung und Turbulenzmischung der Medien erreicht. Dabei lassen sich die Vorgänge Mischen, Vermengen, Dispergieren und Emulgieren in kontinuierlichen Prozessen realisieren. Primixer sind mit Durchmessern ab 13 mm erhältlich, was ihren Einsatz selbst für Laborapplikationen und Miniplants möglich macht.
Auslegung
Jeder Primixer wird nach Wünschen des Anwenders und auf den Prozess hin ausgelegt und berechnet. Grundlage dafür sind die Erkenntnisse der Strömungslehre, praktische Erfahrungen sowie Versuche und Simulationen (CFD). Eine Studie der Delft University of Technology über die verfahrenstechnischen Abläufe im statischen Mischer Typ Primixer belegt das bisher nur auf Erfahrung und Versuchen basierende Design (Abb. 2). Hier wurden hauptsächlich laminare Strömungen untersucht, also Strömungen hochviskoser Medien. Die Simulation zeigt einen Volumenstrom (Viskosität von bis zu 100 bis 300 mPas) aus zwei verschiedenen Medien, die mit Hilfe von vier Mischelementen vermischt werden. Das Mischergebnis hängt zwar von vielen Faktoren ab, die Abbildung zeigt jedoch die grundsätzliche Funktionsweise des Mischvorgangs.
Viele Anpassungsmöglichkeiten
Ein Vorteil des statischen Mischers liegt in der Vielfalt der möglichen Anschlussvarianten, die von Schweiß-Enden, über die verschiedensten Flansche bis zur Tri-Clamp-Verbindung und der Milchrohrverschraubung nach DIN 11851 reichen. Ebenso variabel ist die Werkstoffwahl für den Primixer. Hier entscheiden vor allem die technischen Anforderungen.
Die Mischketten sind entweder fest eingebaut oder herausnehmbar. Der Primixer ist an sich wartungsfrei, sodass die Ausführung mit entnehmbaren Elementen allein zu Reinigungszwecken zum Einsatz kommt. Die Mischelemente können auch spaltfrei eingelötet werden. Dies ist ganz besonders bei hohen hygienischen (sterilen) Anforderungen von großer Bedeutung, da diese Varianten am wenigsten Totraumzonen aufweisen. Eventuell notwendige Reinigungszyklen können inline durchgeführt werden. Wenn gleichzeitig zu einer vollständigen Durchmischung auch eine Wärmeübertragung verschiedener Stoffe hinzukommt, wird der Primixer in einer Doppelmantelausführung hergestellt.
Der statische Mischer als Wärmetauscher
Da bei pastösen Medien eine laminare Strömung vorherrscht, kommt es an den Rohrwandungen zu einer örtlichen Abkühlung und möglichen Schädigung des Produktes. Abhilfe schaffen hier die installierten Mischelemente im Inneren des Rohres, die zu einer radialen Durchmischung führen – das Produkt wird im Wechsel von der Rohrmitte zur Außenwand und zurück geführt. Unterstützt wird die Durchmischung durch die mehrmalige Stromteilung und Drehrichtungsumkehrung.
Durch diesen sich überlagernden Effekt werden die Wärmeübertragungswerte nachhaltig positiv beeinflusst. Es findet ein kontinuierlicher Ausgleich von Konzentrations- und Temperaturunterschieden über den gesamten Querschnitt statt. Ein weiterer Vorteil liegt in der vorausbestimmbaren Verweilzeit des Produktes, die exakt berechnet wird. Dies ist für den Anlagenbetreiber eine wichtige Größe.
Ein zusätzlicher Nebeneffekt der spaltfrei eingelöteten Elemente ist ein weiterer Anstieg der Wärmeübertragungseffizienz, da hier eine bessere Leitfähigkeit realisiert wird, als die entsprechenden Flüssigkeiten aufweisen.
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