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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND METHOD FOR GAS DISPERSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/025264
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for dispersing gas into a liquid. The device has a number n of successive zones Z1, Z2,...,Zn having static mixing elements, wherein each zone Z i has a length L i and an effective diameter D i . The mechanical energy input Et, which is standardised to the particular ratio L i /D i and acts on the gas/liquid mixture, increases from zone to zone in the flow direction. In this connection n is a whole number greater than or equal to 3 and i is an index which runs through the whole numbers from 1 to the number n of zones. The invention further relates to a method for dispersing gas into a liquid using the device according to the invention.

Inventors:
HEPPERLE JENS (DE)
KIRCHHOFF JOERG (DE)
KOHLGRUEBER KLEMENS (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/058135
Publication Date:
March 01, 2012
Filing Date:
May 19, 2011
Export Citation:
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Assignee:
BAYER TECHNOLOGY SERVICES GMBH (DE)
HEPPERLE JENS (DE)
KIRCHHOFF JOERG (DE)
KOHLGRUEBER KLEMENS (DE)
International Classes:
B01F3/04; B01F5/04; B01F5/06; B01F13/10
Domestic Patent References:
WO2010066457A12010-06-17
WO2002013618A22002-02-21
WO2005103115A12005-11-03
Foreign References:
US5605399A1997-02-25
US4674888A1987-06-23
US4062524A1977-12-13
US5520460A1996-05-28
US20050094482A12005-05-05
US5480589A1996-01-02
DE29923895U12001-05-23
EP1189686B12003-10-15
Other References:
"Gasdispergierung in Flüssigkeiten durch Düsen bei hohen Durchsätzen", CHEMIE-INGENIEUR-TECHNIK, vol. 28, no. 6, 1956, pages 389 - 395
M. H. PAHL, E. MUSCHELKNAUTZ: "Statische Mischer und ihre Anwendungen", CHEM.-ING.-TECHN., vol. 52, no. 4, 1980, pages 285 - 291, XP002286463, DOI: doi:10.1002/cite.330520402
Attorney, Agent or Firm:
BAYER TECHNOLOGY SERVICES GMBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Vorrichtung zur Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit mit einer Anzahl n an aufeinander folgenden Zonen Zi, Z2, ... , Zn mit statischen Mischelementen, wobei jede Zone Z; eine Länge Lt und einen effektiven Durchmesser Dt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zonen so ausgeführt sind, dass der auf das jeweilige Verhältnis Lj/Dj normierte mechanische Energieeintrag Et, der auf eine Flüssigkeit wirkt in Fließrichtung von Zone zu Zone zunimmt, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist und i ein Index ist, der die ganzen Zahl von 1 bis zur Anzahl n der Zonen durchläuft.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Kanaldurchmesser dj in den in Fließrichtung aufeinander folgenden Zonen Zi bis Zn kleiner wird.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in den Zonen Zi bis Zn vorliegenden Mischelemente dasselbe Verhältnis djlDj und einen in Fließrichtung von Zone zu Zone zunehmend geringeren effektiven Durchmesser aufweisen.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen Zi bis Zn über Mischelemente unterschiedlichen Typs verfügen, die bei gleichem Verhältnis LJDi in Fließrichtung von Zone zu Zone einen zunehmenden Druckverlust verursachen.

Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste Zone Z0 gibt, die einen höheren spezifischen Energieeintrag E0 leistet als die in Fließrichtung nachfolgende Zone Zi.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend ein Röhrchen oder eine dünne Kapillare zur Zuführung von Gas in die Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Röhrchen oder die dünne Kapillare vor der Anordnung aus Mischelementen angebracht ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend einen porösen oder siebförmigen Körper zur Zuführung von Gas in die Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, das der Körper vor der Anordnung aus Mischelementen angebracht ist.

Verfahren zur Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit, bei dem Gas und Flüssigkeit gemeinsam durch eine Mischvorrichtung gefördert werden und dabei eine Anzahl n an aufeinander folgenden Zonen Zi, Z2,... ,Zn mit statischen Mischelementen durchströmen, wobei jede Zone Z; eine Länge Lt und einen effektiven Durchmesser Dt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das jeweilige Verhältnis Lj/Dj normierte mechanische Energieeintrag Et, der auf das Gas- Flüssigkeits-Gemisch wirkt, in Fließrichtung von Zone zu Zone zunimmt, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist und i ein Index ist, der die ganzen Zahl von 1 bis zur Anzahl n der Zonen durchläuft.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine Viskosität zwischen 2 mPas und 10.000.000 mPas, besonders bevorzugt zwischen 1000 mPas und 1.000.000 mPas aufweist.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Gasdispergierung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit.

Die Dispergierung von Gasen in flüssigen Medien findet in der chemischen Industrie beispielsweise bei Hydrierungen, Chlorierungen oder Oxidationen eine breite Anwendung. Bei Fermentationen und der aeroben Abwasserreinigung ist der Sauerstoffeintrag von wesentlicher Bedeutung. Auch bei der Schaumerzeugung findet eine Dispergierung von Gas in einem flüssigen Medium statt. In der Lebensmitteltechnik werden Gase in hochviskosen Flüssigkeiten dispergiert, um z.B. Cremes, Schaumgummi oder Schokolade mit luftgefüllter poröser Struktur herzustellen (z.B. beschrieben in WO02/13618A2).

Das Ziel einer Gasdispergierung ist der Eintrag von Gas in ein Fluid, vorzugsweise in Form von möglichst kleinen Bläschen, um eine möglichst große Grenzfläche zwischen gasförmiger und flüssiger Phase herzustellen. Je größer die Phasengrenzfläche ist, desto höher ist nach dem ersten Fick'schen Gesetz der Stofftransport zwischen Gas und Flüssigkeit. Die Gasdispergierung erfolgt dabei häufig in zwei Schritten:

1. Einbringen des Gases in die Flüssigkeit in Form von Blasen

2. Zerteilen der Blasen

Die Art des Einbringens, im Allgemeinen über Düsen, Fritten oder Lochplatten, bestimmt die Größenverteilung der Primärblasen. In dem Artikel„Gasdispergierung in Flüssigkeiten durch Düsen bei hohen Durchsätzen''' aus Chemie-Ingenieur-Technik, 28. Jahrgang 1956, Nr 6, Seiten 389 - 395 wird beispielsweise beschrieben, welchen Einfluss Parameter wie Düsenweite, Gasdurchsatz, Viskosität und Grenzflächenspannung auf die Größenverteilung von Gasblasen, die beim Hineinschießen eines Gasstrahls in eine Flüssigkeit aus einer Düse entstehen, haben.

Das Zerteilen der Blasen kann beispielsweise mittels eines dynamischen oder statischen Mischers erfolgen. Während bei dynamischen Mischern die Homogenisierung einer Mischung durch bewegte Organe wie z.B. Rührer erreicht wird, wird bei statischen Mischern die Strömungsenergie des Fluids ausgenutzt: eine Fördereinheit (z.B. eine Pumpe) drückt die Flüssigkeit durch ein mit statischen Mischereinbauten versehenes Rohr, wobei die der Hauptströmungsachse folgende Flüssigkeit in Teilströme aufgeteilt wird, die je nach Art der Einbauten gedehnt, geschert, miteinander verwirbelt und vermischt werden. Der Vorteil bei der Verwendung von statischen Mischern liegt u. a. darin, dass keine beweglichen Teile vorhanden sind.

Einen Überblick über verschiedene Typen von statischen Mischern gibt zum Beispiel der Artikel Statische Mischer und ihre Anwendungen", M. H. Pähl und E. Muschelknautz, Chem.-Ing.-Techn. 52 (1980) Nr. 4, S. 285-291. Als Beispiele für statische Mischer seien SMX-Mischer (vgl. Patentschrift US4062524) oder SMXL-Mischer (vgl. z.B. Patentschrift US5520460) genannt. Sie bestehen aus zwei oder mehr zueinander senkrecht stehenden Gittern von parallelen Blechstreifen, die an ihren Kreuzungspunkten miteinander verbunden und in einem Winkel gegen die Hauptströmungsrichtung des Mischgutes angestellt sind, um die Flüssigkeit in Teilströme zu teilen und zu mischen. Ein einzelnes Mischelement ist als Mischer ungeeignet, da eine Durchmischung nur entlang einer Vorzugsrichtung quer zur Hauptströmungsrichtung erfolgt. Deshalb werden üblicherweise mehrere Mischelemente, die jeweils zueinander um 90° verdreht sind, hintereinander angeordnet. Die Verwendung statischer Mischer zur Dispergierung von Gas in einer Flüssigkeit ist bekannt. In WO2005/1031 15A1 wird zum Beispiel die Verwendung eines statischen Mis chers in einem V erfahren zur Herstellung von P o lycarb onat nach dem Umesterungsverfahren beschrieben. Um Monomere und andere flüchtige Bestandteile aus dem Polycarbonat zu entfernen, wird der Polymerschmelze ein Schäumungsmittel zugesetzt. Durch anschließende Druckerniedrigung entweicht das Schäumungsmittel unter Aufschäumen der Schmelze. Der Schaum bewirkt eine starke Oberflächenvergrößerung, die vorteilhaft für die Entgasung, d.h. die Entfernung flüchtiger Bestandteile ist. Als Schäumungsmittel wird bevorzugt ein inertes Gas wie z.B. Stickstoff eingesetzt, das mittels eines statischen Mischers, z.B. eines SMX-Mischers, in die Schmelze eingebracht und dispergiert wird.

In US2005/0094482A1 und US5480589 sind statische Mischer zur Dispergierung von Gasen zur Herstellung geschlossenzelliger Schäume beschrieben. Ein stufenförmiger Aufbau zur Erhöhung der Effektivität der Gasdispergierung ist nicht beschrieben. Bei der Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit sind im Allgemeinen größere Mischerlängen nötig als bei der Dispergierung von Flüssigkeiten. Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit bereitzustellen, um eine effektivere Gasdispergierung als nach dem Stand der Technik beschrieben zu ermöglichen. Im Vergleich zum Stand der Technik soll bei gleicher Mischer länge eine kleinere mittlere Blasengröße am Mischeraustritt erzielt werden. Alternativ soll bei gleichem Druckverlust über den gesamten Mischer eine kleinere mittlere Blasengröße am Mischeraustritt erzielt werden.

Überraschend wurde gefunden, dass ein statischer Mischer, bei dem in Fließrichtung ein steigender spezifischer Energieeintrag vorliegt, über eine besonders effektive Dispergierwirkung verfügt. Es lassen sich mit Hilfe eines solchen Mischers bei vergleichbarem Gesamtdruckverlust kleinere Gasblasen erzeugen als mit einem statischen Mischer, bei dem der Energieeintrag über die Länge des Mischers konstant ist. Es lassen sich mit Hilfe eines solchen Mischers ebenfalls bei gleicher Gesamtmischer länge kleinere Gasblasen erzeugen als mit einem statischen Mischer, bei dem der Energieeintrag über die Länge des Mischers konstant ist.

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit mit einer Anzahl n an aufeinander folgenden Zonen Zi, Z 2 , ... , Z n mit statischen Mischelementen, wobei jede Zone Z; eine Länge L t und einen effektiven Durchmesser D t aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zonen so ausgeführt sind, dass der auf das jeweilige Verhältnis Lj/Dj normierte mechanische Energieeintrag E t , der auf das Gas-Flüssigkeits-Gemisch wirkt, in Fließrichtung von Zone zu Zone zunimmt, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist und i ein Index ist, der die ganzen Zahl von 1 bis zur Anzahl n der Zonen durchläuft. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Dispergierung von Gas in eine Flüssigkeit, bei dem Gas und Flüssigkeit gemeinsam durch eine Mischvorrichtung gefördert werden und dabei eine Anzahl n an aufeinander folgenden Zonen Zi, Z 2 , ... ,Z n mit statischen Mischelementen durchströmen, wobei jede Zone Z; eine Länge L t und einen effektiven Durchmesser D t aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der auf das jeweilige Verhältnis Lj/Dj normierte mechanische Energieeintrag E t , der auf das Gas- Flüssigkeits-Gemisch wirkt, in Fließrichtung von Zone zu Zone zunimmt, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist und i ein Index ist, der die ganzen Zahl von 1 bis zur Anzahl n der Zonen durchläuft.

Unter Flüssigkeit wird hier allgemein ein Medium verstanden, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gefördert werden kann. Dabei kann es sich beispielsweise auch um eine Schmelze oder eine Dispersion (z.B. Emulsion oder Suspension) handeln. Im Folgenden wird auch der Begriff Fluid verwendet. Das Fluid ist dabei vorzugsweise höherviskos, d.h. es weist eine Viskosität zwischen 2 mPas und 10.000.000 mPas, besonders bevorzugt zwischen 1000 mPas und 1.000.000 mPas auf (gemessen in einem Kegel-Platte- Viskosimeter nach DIN 53019 bei einem Schergefälle von 1 s "1 ). Um ein Gas oder Gasgemisch in dem Fluid zu dispergieren, wird mechanische Energie in das Gemisch eingetragen. Dieser Energieeintrag wird durch statische Mischelemente realisiert. In der Mischtechnik ist die Verwendung von modularen Systemen üblich. Ein Mischer setzt sich aus einer Reihe von modularen Mischelementen zusammen. Zur Erhöhung der Mischwirkung kann die Zahl der Mischelemente in einem Mischer erhöht werden. Üblicherweise werden die Mischelemente zur Ausbildung eines statischen Mischers in ein Rohr eingebracht. Es sei daraufhingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Mischer beschränkt ist, die aus einer Anordnung modularer Mischelemente aufgebaut sind, sondern auch auf Mischer in kompakter Bauform Anwendung findet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie über eine Anzahl n an aneinandergrenzenden Zonen verfügt, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist. In jeder Zone liegen statische Mischelemente vor. Jede Zone Z; weist eine Länge L t und eine Querschnittsfläche A t auf. Dabei ist i ein Index, der die ganzen Zahl von 1 bis zur Anzahl n der Zonen durchläuft. Die Länge L t einer Zone Z; entspricht der Länge der hintereinander angeordneter Mischelemente in dieser Zone; die Querschnittsfläche A t entspricht der Querschnittsfläche der in der Zone Z; vorliegenden Mischelemente. Aus der Querschnittsfläche A t lässt sich ein effektiver Durchmesser D t nach Gleichung 1 errechn n:

Der effektive Durchmesser D, entspricht bei einem kreisförmigen Querschnitt dem Durchmesser des Kreises. Bei einem nicht-kreisförmigen (z.B. rechteckigem) Querschnitt entspricht der effektive Durchmesser D t dem Durchmesser eines Kreises mit einer Fläche, die der Querschnittsfläche entspricht.

Das Verhältnis Lj/Dj ist eine für die jeweilige Zone Z; charakteristische Kennzahl.

Ein Mischelement verfügt über innere Strukturen und Kanäle zwischen diesen Strukturen. Wird ein Fluid durch ein Mischelement gefördert, so bewirken die Strukturen und Kanäle, dass das Fluid in Teilströme aufgeteilt, verteilt, geschert und ggf. verwirbelt wird und so die Teilströme miteinander vermischt werden. Der mittlere Durchmesser eines Kanals wird nachfolgend mit dem Buchstaben di abgekürzt. Unter einem mittleren Kanaldurchmesser di wird der über alle Kanäle arithmetisch gemittelte effektive Kanaldurchmesser verstanden, wobei sich der effektive Kanaldurchmesser analog dem effektiven Durchmesser einer Zone Z; nach Gleichung 1 berechnen lässt.

Das Verhältnis djlDj zwischen dem mittleren Kanaldurchmesser di und dem effektiven Durchmesser D t der Mischelemente in einer Zone Z; ist ebenfalls eine charakteristische Kennzahl für die jeweilige Zone Z;. Der Parameter a t bezeichnet dabei die offene Querschnittsfläche, genauer die Projektionsfläche des freien Querschnitts. So ergibt sich beispielsweise aus Fig. la die offene Querschnittsfläche a, aus der Summe der Projektionsflächen der einzelnen freien Querschnittsflächen der offenen Kanäle, durch die das Fluid durchströmen kann (Gleichung 3).

N

(3) Der Parameter m ist dabei ein Zählparameter, N ist die Anzahl der einzelnen freien Querschnittsflächen.

Die nach dem Stand der Technik zur Gasdispergierung eingesetzten statischen Mischer verfügen über Mischeinbauten, die über die Länge des Mischers gleichbleibend sind. Hier liegt nur eine einzige Zone vor, deren Länge L der Länge des Mischers und dessen effektiver Durchmesser D dem effektiven Durchmesser des Mischers entspricht. Um die Dispergierwirkung eines solchen Mischers zu erhöhen, kann beispielsweise die Länge L erhöht werden. Mit der Länge des Mischers steigt der Druckverlust Δρ über den Mischer linear an. Der mechanische Energieeintrag E abs ist gemäß Gleichung (4) proportional zum Druckverlust, wobei V der Volumenstrom des Fluids ist.

E abs = Ap · V (4) Der Druckverlust Δρ und damit der mechanische Energieeintrag lässt sich in gleicher Weise auch durch eine Reduzierung des effektiven Durchmessers D erhöhen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine Anzahl n an Zonen aus. Jede Zone Z; ist durch einen spezifischen mechanischen Energieeintrag E t charakterisiert, der in ein Fluid, das die jeweilige Zone durchströmt, eingetragen wird. Der spezifische mechanische Energieeintrag E t ist der auf die Kennzahl Lj/Dj normierte mechanische Energieeintrag E abs . Dabei ist erfindungsgemäß Ei < E 2 < ... < E„.

E = E " bs ' D (5)

L

Die Zahl n der Zonen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht limitiert. Sie kann gegen unendlich laufen, wenn die Zonen infinitesimal klein werden und ein kontinuierlich steigender spezifischer Energieeintrag über die Länge der Vorrichtung vorliegt, wie es z.B. bei einem konisch enger werdenden Rohr der Fall sein könnte. Es ist denkbar, dass vor oder hinter den Zonen Zi bis Z„ weitere Zonen existieren, die frei wählbare spezifische Energieeinträge aufweisen.

So ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste Zone Z 0 gibt, die einen höheren spezifischen Energieeintrag leistet als die in Fließrichtung nachfolgende Zone Zi (Eo>Ei). Erfindungsgemäß folgen auf die Zone Zi weitere Zonen Z 2 bis Z n , wobei für die entsprechenden spezifischen Energieeinträge Ei bis E„ gilt: Ei<E 2 <...<E„.

Überraschend wurde festgestellt, dass durch eine solche Anordnung von Zonen durch die Zone Z 0 Primärblasen erzeugt werden, die in den darauffolgenden Zonen weniger stark zur Koaleszenz neigen und somit eine effektivere Dispergierung erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine Anzahl n an Mischzonen, die hintereinander angeordnet sind, wobei der mittlere Kanaldurchmesser d t in den Mischzonen in Fließrichtung kleiner wird. Durch kleinere Kanäle wird ein höherer Druckverlust pro Länge erzeugt, der gleichbedeutend mit einem zunehmenden spezifischen Energieeintrag ist.

Bevorzugt umfasst diese Ausführungsform ein zylinderförmiges Rohr, in das Mischelemente eingebracht sind. Der effektive Durchmesser D t der Mischelemente ist dabei bevorzugt über die gesamte Rohrlänge konstant, während der mittlere Kanaldurchmesser d t in aufeinanderfolgenden Zonen in Fließrichtung kleiner wird. Es gilt D x = D 2 = ... = D n und d > d 2 > ... > d n .

Bevorzugt werden Mischelemente des gleichen Typs verwendet, z.B. SMX-Mischer mit unterschiedlichen Kennzahlen d/D.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine Anordnung von Mischelementen, die in Fließrichtung bei konstantem Verhältnis di/Dj einen zunehmend geringeren effektiven Durchmesser D t aufweisen.

., d, d ^ d- d

Es gilt -L = -2- = -!- ... = -2- und D. > D 2 > ... > £> .

D 2 D n 1 2 Bevorzugt umfasst diese Ausfuhrungsform ein zylinderförmiges Rohr, in das Mischelemente eingebracht sind, die in Fließrichtung einen zunehmend kleineren effektiven Durchmesser D t besitzen.

Die Mischelemente, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohres sind dabei bevorzugt mit einem Mantelrohr umschlossen, dessen Außendurchmesser annähernd dem Innendurchmesser des Rohres entspricht, um sie passend in das Rohr einbringen zu können. An den Übergangsstellen von einem Mischelement mit einem großen Durchmesser zu einem Mischelement mit einem kleinen Durchmesser sind bevorzugt Übergangsmantelrohre vorhanden, die über einen in Richtung des Mischelements mit kleinem Durchmesser konisch verjüngendem Innendurchmesser verfügen. Diese Übergangsmantelrohre können einstückig mit den Mantelrohren verbunden oder separat ausgeführt sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung in jeder Zone Z; über eine Anordnung von Mischelementen unterschiedlichen Typs, die bei gleichem Verhältnis Lj/Dj in Fließrichtung in jeder Zone Z; einen zunehmenden Druckverlust verursachen.

Bevorzugt sind die Mischelemente in ein zylinderförmiges Rohr eingebracht. Sie verfügen bevorzugt über den gleichen effektiven Durchmesser Dj.

Sollten die Außendurchmesser der Typen von Mischelementen variieren, so ist es denkbar, diejenigen Mischelemente, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohres, mit einem Mantelrohr bzw. Ring zu umschließen, dessen Außendurchmesser annähernd dem Innendurchmesser des Rohres entspricht, um sie passend in das Rohr einbring en zu können . Auch die oben beschriebene Verwendung von Übergangsmantelrohren ist hier vorteilhaft.

E s i st denkbar, die verschiedenen aufgeführten Ausführungsformen miteinander zu kombinieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Dispergierung von Gas in einer Flüssigkeit, z.B. zum Eintrag eines Schleppgases in eine Polymerschmelze oder zum Aufschäumen von flüssigen Medien. Das Gas kann mit Röhrchen oder dünnen Kapillaren, die sich vorzugsweise in Fließrichtung vor der Statikmischerkaskade befinden, zugegeben werden. Weiterhin kann das Gas auch durch einen porösen Körper zugegeben werden. Ein poröser Körper kann beispielsweise folgende Geometrien umfassen: eine Fritte und/oder einen porösen, gesinterten Körper und/oder ein ein- oder mehrlagiges Sieb.

Der poröse Körper kann beispielsweise in Form eines Zylinders, in Form eines Quaders, einer Kugel oder eines Würfels oder in konischer Form, z.B. als Kegel, ausgeformt sein. Diese Vorrichtungen sorgen für eine feine Vordispergierung des Gases sowie ggf. auch für eine Verteilung des Gases über den Querschnitt.

Die Kapillare bzw. der p orö s e K örp er weist einen mittleren effektiven Lochinnendurchmesser von vorzugsweise 0, 1-500 μιη, bevorzugt 1 - 200 μιη, besonders bevorzugt 10-90 μιη auf.

Als poröse Körper können beispielsweise poröse Sinterkörper aus Metall zum Einsatz kommen, wie Frittenkörper, welche in der Chromatographie verwendet werden, z.B. die Sinterkörper der Fa. Mott Corporation (Farmington, USA). Weiterhin können gewickelte Drahtgewebe zum Einsatz kommen, beispielsweise die gewickelten Drahtgewebe der Fa. Fuji Filter Manufacturing Co., Ltd. (Tokyo, Japan), Handelsname: Fujiloy ® . Weiterhin können Siebe oder mehrlagige Gewebe zum Einsatz kommen, wie z.B. die Metall- Drahtgewebe- Verbundplatten der F a . H äv er & Boecker Drahtweberei (Oelde, Deutschland), Handelsname: Häver Porostar.

Diese Vorrichtungen dienen der Verteilung des Gases über den Rohrquerschnitt und einer für die Gasdispergierung günstigen Vordispergierung über die engen Poren. Der effektive Durchmesser D t der in den porösen Sinterkörpern oder Sieben oder gewickelten Drahtgeweben eingesetzten Löchern beträgt bevorzugt 1-500 μηι, besonders bevorzugt 2 - 200 μηι, ganz besonders bevorzugt 10-90 μιη.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.

Fig. 1 zeigt Bespiele von drei unterschiedlichen erfindungsgemäßen statischen Mischern (No. l , No. 2 und No. 3): Fig. 1(a) von oben, Fig. 1(b) von der Seite (Schnittzeichnung) und Fig. 1 (c) in der Anordnung nach Einbau in ein Rohr oder Gehäuse. Die Angaben für wi und bi bezeichnen die Länge bzw . Breite des projizierten Querschnitts der freien Strömungskanäle. Di bezeichnet den lichten Durchmesser und DM den Außendurchmesser der statischen Mischelemente. Li bezeichnet die gesamte Länge eines geometrisch gleichförmigen Mischerabschnitts und Ii die Länge eines einzelnen Mischelements.

No. 1 stellt einen Kenics-Mischer dar. No.2 zeigt einen handelsüblichen SMX- Statikmischer ohne bzw. mit äußerem Ring. No. 3 zeigt einen Mischer mit Stegstruktur und äußerem Ring (DE 29923895U1 und EP1 189686B1).

Fig. 2 zeigt drei verschiedene Beispiele (A, B und C) von Varianten erfindungsgemäßer Statikmischer, mit einzelnen Zonen (gekennzeichnet durch die Längenangaben Li, L 2 , L 3 ), dadurch gekennzeichnet, dass der auf das jeweilige Verhältnis Lj/Dj der einzelnen Zonen normierte mechanische Energieeintrag E t auf ein Fluid, das die jeweilige Zone Z; durchströmt, in Fließrichtung zunimmt. Die Fließrichtung wird durch den dicken Pfeil angegeben.

Fig. 2 A zeigt eine Abfolge von statischen Mischern mit geometrisch ähnlicher Struktur und einer Anordnung von Mischelementen, die in Fließrichtung bei konstantem Verhältnis d einen zunehmend geringeren effektiven Durchmesser D t aufweisen.

Es gilt ^L = ^ = ^L und n > D > D

D 2 D 3

Fig . 2 B zeigt eine Aus führungsform mit einem zylinderförmigen Rohr, in das Mischelemente eingebracht sind, bei denen der effektive Durchmesser D t über die gesamte Rohrlänge konstant ist, während der mittlere Kanaldurchmesser d; in aufeinanderfolgenden Zonen in Fließrichtung kleiner wird. Es gilt D x = D 2 = D 3 und d x > d 2 > d 3 . Es werden

Mischelemente des gleichen Typs verwendet, z.B. SMX-Mischer mit unterschiedlichen Kennzahlen d/D. Fig. 2 C zeigt eine Anordnung von Mischelementen unterschiedlichen Typs, die bei gleichem Verhältnis Lj/Dj in Fließrichtung in jeder Zone Z; einen zunehmenden Druckverlust verursachen. Als Beispiel ist hier in der ersten Zone mit der Länge LI ein Kenics-Mischer dargestellt. In der zweiten Zone mit der Länge L2 befindet sich ein SMX-Mischer. In der dritten Zone mit der Länge L3 befindet sich ebenfalls ein SMX-Mischer mit geringeren effektiven Durchmesser D t im Vergleich zu dem Mischer in der zweiten Zone.

Fig. 3A zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit drei Zonen und einem Vormischer sowie einer Gasdosierung über eine Kapillare. Vor dem Vormischer befindet sich der Bereich, bei dem das Fluid dosiert wird (L) sowie eine Vorrichtung zur Dosierung von Gasen (G) über eine Kapillare (Ca).

Fig. 3B zeigt eine Gasdosierung mittels porösem Sinterkörper (der dahinter liegende Mischer ist hier nicht eingezeichnet). Vor dem Vormischer befindet sich der Bereich, bei dem das Fluid dosiert wird (L) und eine Vorrichtung zur Gasdosierung (G) über einen porösen Sinterkörper (PS), welcher sich innerhalb des Strömungsquerschnitts befindet.