Kompakter statischer Mischer minimiert Druckverlust

Mix auf kurzer Strecke

09.11.2006 Statische Mischer haben entweder eine kurze Einbaulänge und einen hohen Druckverlust oder eine große Einbaulänge bei niedrigem Druckverlust. Was aber, wenn eine platzsparende Lösung unbedingt erforderlich ist, der Druckverlust aber nicht hoch sein darf und die homogene Mischung schon nach ganz kurzer Strecke erreicht sein muss?

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Will man in einem kontinuierlichen Prozess zwei Komponenten homogen vermischen oder miteinander in Kontakt bringen, dann sind statische Mischer eine effiziente Lösung. Wie der Einsatz statischer Mischer dazu beitragen kann, Geld zu sparen zeigt ein Beispiel: Ein Unternehmen setzt in der Wasseraufbereitung vergleichsweise große Mengen an Desinfektionsmitteln ein. Um den Kontakt zwischen Schmutzstoffen und Chemikalie zu verbessern, wird der Einsatz eines statischen Mischers im Labor getestet. Bei der Auslegung für den Betrieb stellt sich jedoch heraus, dass der Mischer DN 300 kurz vor dem Wasserreservoir eingebaut werden müsste. Dort aber ist der verfügbare Platz so knapp, dass ein konventioneller Mischer mit einer – in diesem Fall erforderlichen – Einbaulänge von 1,5Metern nicht eingebaut werden kann.

Der Einsatz eines CompaX-Mischers bringt die Lösung: Dieser Apparat benötigt nur ein Zehntel der Einbaulänge und erreicht auf kürzester Strecke eine gute Mischgüte. Dabei arbeitet er mit einfachen technischen Mitteln und bei niedrigem Druckverlust. In der beschriebenen Wasseraufbereitung führt der Einbau des statischen Mischers dazu, dass Desinfektionsmittel im zweistelligen Prozentbereich eingespart werden können.

Laminare oder turbulenteStrömung im Mischer?

Statische Mischer sind eine effiziente Lösung, um zwei Komponenten in einem kontinuierlichen Prozess zu homogenisieren. Es gibt sie in ganz unterschiedlichen Ausführungen. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal sind dabei die Strömungsverhältnisse: Bei laminarer Strömung werden die Komponenten durch den Mischer in viele dünne Schichten aufgeteilt, während bei turbulenter Strömung Wirbel entstehen. Herkömmliche statische Mischer bestehen aus einem Gehäuse, das meistens aus einem Rohr mit Flanschen besteht. Darin sind die Mischelemente eingebaut. Bei Bedarf verfügt das Gehäuse über einen Stutzen, durch den mehrere Additive zugegeben werden können.

Mit dem CompaX wurde ein Mischer für turbulente Strömungen entwickelt, der sich durch seine extrem kompakte Bauweise bei hoher Effizienz auszeichnet. Der Apparat besteht aus einem schmalen Ring, der zwischen zwei Flansche einer Rohrleitung eingebaut, wobei die Stirnseiten des Mischers als Dichtflächen dienen. Die erforderliche Einbaulänge beträgt in der Regel zwischen 0,4 und einem Nenndurchmesser, zusätzliche Flansche werden nicht benötigt. Das Mischelement sowie eine Dosierstelle für ein Additiv sind in den Ring integriert. Das Mischelement besteht aus drei Stegen mit speziell geformten Abrisskanten. Hinter dem mittleren Steg, einer Zone mit starker Verwirbelung, wird das Additiv zugegeben. Diese Anordnung reicht aus, um eine homogene Mischung zu erzielen.
Bei der Entwicklung des Mischers waren eine sichere Auslegung, einfache Installation und Reinigung weitere Ziele. Zudem sollten die Kosten für Beschaffung, Installation, Betrieb und Unterhalt minimal sein. Zahlreiche Experimente, numerische Strömungsberechnungen und inzwischen drei Jahre Praxiserfahrung bestätigen die Eigenschaften. Bereits drei Rohrdurchmesser nach dem Mischer ist eine homogene Mischung erreicht, und zwar ganz unabhängig vom Mischverhältnis. Dadurch ist der Einsatzbereich im Vergleich zu herkömmlichen Statischen Mischern deutlich erweitert worden. Das führt zu erhöhter Sicherheit in der Auslegung und im Betrieb. Die Geometrie des Apparates ist derart gestaltet, dass er nicht anfällig auf Vestopfung durch Feststoffteile ist und leicht gereinigt werden kann. Eine besondere Eigenschaft ist der geringe Druckverlust, der deutlich tiefer als bei traditionellen Mischern liegt. In der Chemie eignet sich der Mischer vor allem für den Konzentrations- und Temperaturausgleich von niedrigviskosen Flüssigkeiten und Gasen, für pH-Wert-Einstellungen und das Vermischen von Additiven. Bei der Wasseraufbereitung sind das Einmischen von Flockungsmitteln und Hilfsmitteln, die Neutralisation mit Säure oder Lauge und die pH-Wert-Einstellung wichtige Anwendungsbereiche. Auch in der Nahrungsmittelindustrie kommt der kompakte Apparat zum Einsatz. Er vermischt Farbstoffe, Aromen etc. mit Getränken und vieles mehr.

Einsatz in der Chemie, Food- und Wasserindustrie

Doch auch als Sonderanfertigung für ganz spezielle Aufgaben hat sich der Mischer bewährt: So musste ein großes deutsches Chemieunternehmen ein aggressives Additiv in seinen Prozess einleiten, welcher gängige Werkstoffe wie PP oder Edelstahl sehr schnell korrodiert hätte. Deshalb suchten Ingenieure des Mischerherstellers nach anderen Möglichkeiten und Materialien. Hätte man den Apparat aus speziellen Edelstählen wie Hastelloy oder Titan hergestellt, wären bei der geforderten Größe (> DN 80) enorme Kosten entstanden.

Gelöst wurde das Problem schließlich mit einem ETFE-ausgekleideten Mischer. Diese Art der Auskleidung eröffnet eine kostengünstige Möglichkeit, um den Kompaktmischer auch für korrosive Medien einzusetzen.

Der Mischer ist in verschiedenen Werkstoffen erhältlich. Die Materialien reichen von rostfreiem Stahl über PP bis hin zu GFK-verstärktem PTFE oder GFK für Durchmesser über DN 500.

Durch den Einbau eines statischen Mischers konnte ein Wasseraufbereiter Desinfektionsmittel im zweistelligen Prozentbereich einsparen

Heftausgabe: November-Dezember 2006
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Über den Autor

Marcel Suhner , Application Manager, Sulzer Chemtech
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