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[[Datei:Chemineer Kenics Static Mixer.JPG|mini|Vorführexemplar eines statischen Mischers in ''Kenics''-Bauweise]]
[[Datei:Static mixer filled with glue.jpg|mini|hochkant=1.7|Vermischung zweier Klebstoffkomponenten in einem Einwegstatikmischer]]
[[Datei:Statischer Mischer.png|mini|Ausschnitt – eine Schraubenwindung rechts (180°) und eine links (180°); beide Schraubenwindungen sind um 90° gegeneinander verdreht]]

Ein '''statischer Mischer''' oder '''Statikmischer''' ist eine Vorrichtung zum [[Mischen (Verfahrenstechnik)|Mischen]] von [[Fluid]]en, in der allein die [[Strömungslehre|Strömungsbewegung]] die Vermischung bewirkt und die nicht über bewegte Elemente verfügt. Er besteht aus strömungsbeeinflussenden Elementen in einem Rohr. Diese teilen abwechselnd den Stoffstrom auf und führen ihn dann wieder zusammen, wodurch die Vermischung erreicht wird. Statische Mischer eignen sich für die Kombinationen flüssig/flüssig, gasförmig/gasförmig und flüssig/gasförmig, unter Umständen auch für Schüttgüter. Ein weiterer Anwendungszweck ist die [[Homogenität|Homogenisierung]] nur eines Stoffes bezüglich Zusammensetzung und Temperatur.<ref name="streiff">F. A. Streiff: ''Statisches Mischen.'' In: Matthias Kraume (Hrsg.): ''Mischen und Rühren: Grundlagen und Moderne Verfahren.'' Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 978-3-527-30709-8 ({{Google Buch |BuchID=VwcOeAYb4k0C |Seite=197 |Hervorhebung=Statisches Mischen}})</ref><ref>Hans Günther Hirschberg: ''Handbuch Verfahrenstechnik und Anlagenbau: Chemie, Technik und Wirtschaftlichkeit.'' Springer, Berlin/Heidelberg/New York/Barcelona/Hong Kong/London/Mailand/Singapur/Tokio 1999, ISBN 3-540-60623-8, S. 863–867 ({{Google Buch |BuchID=FT-xn8yX2EsC |Seite=864 |Hervorhebung=Statische Mischer}})</ref>

== Aufbau und Funktionsweise ==

[[Datei:Static mixer flow diagram laminar.png|mini|Vermischung der laminaren Strömungen beim ''Kenics-Mischer'']]

[[Datei:Static mixer flow diagram turbulent.png|mini|Radiale Vermischung]]

[[Datei:StaticMixer.jpg|mini|Statischer Mischer für industrielle Anwendungen in Bauart ''Sulzer-SMX'']]

Der statische Mischer besteht aus aneinandergereihten Elementen, die meist schrauben-, lamellen- oder auch gitterförmig sind. Die zu vermischenden Fluide werden gemeinsam und im gewünschten Mischungsverhältnis in den Mischer gedrückt. Die Elemente teilen den Stoffstrom, verdrehen die Ströme und führen sie wieder zusammen. Teilt das erste Element das hineingepumpte zweischichtige Stoffgemisch auf, so ergeben sich nach dem Zusammenführen nach dem Element mindestens vier Schichten. Nach dem nächsten sind es acht Schichten, dann 16 usw. Mit jeder Stufe wird so eine bessere Vermischung erreicht. Allgemein gilt für die Anzahl der Schichten

: <math>N=N_a k^n.</math>

<math>N_a</math> ist die Anzahl der Schichten am Anfang, <math>k</math> die Anzahl der Kanäle, in der Regel zwei, <math>n</math> die Anzahl der Mischerelemente.<ref name="streiff" />

Neben diesem Effekt, der allein durch [[Laminare Strömung|laminare]] Strömung auftritt, gibt es auch eine radiale Mischung der einzelnen Schichten untereinander, insbesondere wenn [[Turbulente Strömung|turbulente]] Strömungen auftreten.<ref name="streiff" />

Es existieren mehrere Dutzend verschiedene Mischertypen, einige Beispiele sind:<ref name="streiff" /><ref name="ruehrtechnik">Marko Zlokarnik: ''Rührtechnik: Theorie und Praxis.'' Springer, Berlin/Heidelberg/New York/Barcelona/Hong Kong/London/Mailand/Singapur/Tokio 1999, ISBN 978-3-540-64639-6, S. 286–291 ({{Google Buch |BuchID=DQKClQjyY-0C |Seite=286 |Hervorhebung=Statische Mischer}})</ref>

* ''Kenics-Mischer'': Er besteht aus um 180° verdrillten Blechen. Jede Wendel ist um 90° zur vorigen versetzt und weist den gegensätzlichen Drehsinn auf.
* ''Sulzer SMV-Mischer'': Geriffelte Lamellen leiten die Ströme so, dass sie sich kreuzen.
* ''Sulzer SMX-Mischer'': Dieser Mischer weist eine Vielzahl von gerüstartigen, kreuzweise angeordneten Stegen auf.
* ''Fluitec CSE-X/6-12 Mischer'':<ref>{{Patent| Land=EP| V-Nr=2286904A1| Typ=Patentanmeldung| Titel=Statische Mischvorrichtung für fliessfähige Stoffe| A-Datum=2009-08-12| V-Datum=2011-02-23| Anmelder=Fluitec Invest AG| Erfinder=Alain Georg et Al}}</ref> Dieser Mischer weist sechs taillierte, kreuzweise angeordneten Stege auf und besitzt Öffnungen in den Randzonen. Dies führt zu einer hohen Mischleistung bei deutlich reduziertem Druckverlust.
* ''Fluitec CSE-XR [[Mischer-Wärmetauscher]]'': Dieser statische Mischer weist zusätzlich zu den Mischelemente ein integriertes Rohrbündel für den Wärmeaustausch auf.
* ''Ross-ISG-Mischer'': Der Mischer ist durch Module in Segmente aufgeteilt. Das Material kann nur durch Bohrungen in den Modulen von einem Segment in das andere gelangen. Anfang und Ende der Bohrungen sind so angeordnet, dass eine Durchmischung stattfindet. Die Anzahl der Kanäle (Bohrungen) <math>k</math> beträgt vier.<ref name="streiff" />

Die Mischer sind entweder aus für die Medien geeignetem Metall oder aus Kunststoff, dann in der Regel als Einwegprodukte, gefertigt.

== Auslegung ==

Die Auswahl des geeigneten Mischertyps und die optimale Geometrie wird in erster Linie bestimmt von:

* den Eigenschaften der zu mischenden Fluide, insbesondere der [[Viskosität]] und der [[Dichte]]
* der angestrebten Mischgüte
* der zur Verfügung stehenden Einbaulänge und dem Rohrdurchmesser
* den gewünschten Betriebsdrücken
* der Durchflussmenge
* der [[Verweilzeit (technischer Prozess)|Verweilzeit]] im Mischer bei reaktiven Gemischen.

Als Maß für die Mischgüte wird meist der [[Variationskoeffizient]] <math>\sigma/ \bar c</math> zugrunde gelegt, wobei <math>\bar c </math> die mittlere Konzentration einer Komponente ist und <math>\sigma</math> deren Standardabweichung. Eine ideale Durchmischung würde also bei <math>\sigma/ \bar c=0</math> vorliegen. Der Variationskoeffizient nimmt mit steigender bezogener Mischerlänge <math> L_m/D </math>, dem Verhältnis zwischen absoluter Mischerlänge <math>L_m</math> und Durchmesser <math>D</math> des Mischers, exponentiell ab. D. h. je länger der Mischer und umso kleiner der Durchmesser, desto besser ist die Mischwirkung. Ist die Strömungsgeschwindigkeit so groß, dass die [[Reynoldszahl]] <math>Re</math> den für diese Mischer kritischen Wert 1000–2000 erreicht, treten turbulente Strömungen auf. Diese verbessern die Mischgüte weiter.<ref name="ruehrtechnik" /><ref>Matthias Kraume: ''Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik: Grundlagen und apparative Umsetzungen.'' Springer, Berlin/Heidelberg/New York, 2003, ISBN 978-3-540-40105-6, S. 529–533 ({{Google Buch |BuchID=aHDVROxcKfEC |Seite=529 |Hervorhebung=Statische Mischer}})</ref>

Für ''Kenics-'' und ''Sulzer SMV-Mischer'' sind folgende Messwerte verfügbar:<ref name="ruehrtechnik" />

{| class="wikitable"
|-
! !! <math> L_m/D </math> für ''Kenics'' !! <math> L_m/D </math> für ''Sulzer SMV''
|-
| <math>\sigma/ \bar c=10^{-1}</math>, laminare Strömung || style="text-align:right"| 17 || style="text-align:right"| 9
|-
| <math>\sigma/ \bar c=10^{-1}</math>, turbulente Strömung || style="text-align:right"| 3,7 || style="text-align:right"| 1,1
|-
| <math>\sigma/ \bar c=10^{-2}</math>, laminare Strömung || style="text-align:right"| 29 || style="text-align:right"| 18
|-
| <math>\sigma/ \bar c=10^{-2}</math>, turbulente Strömung || style="text-align:right"| 7,3 || style="text-align:right"| 1,9
|}

Eine Verbesserung der Mischgüte durch Verringerung des Durchmessers <math>D</math> findet ihre Grenzen im dadurch bedingten Anstieg des [[Druckverlust]]es <math> \Delta p </math> im Mischer. Mit dem Druckverlust steigen auch die notwendigen Förder- und Betriebsdrücke. Im laminaren Bereich gilt

: <math> \Delta p=\zeta Re \frac{\eta v_m L_m}{2 D^2},</math><ref name="ruehrtechnik" />

wobei <math>v_m</math> die mittlere Strömungsgeschwindigkeit, <math>\eta</math> die [[dynamische Viskosität]] des Fluids und <math>\zeta</math> den [[Druckverlustbeiwert]] darstellt. Eine Halbierung des Durchmessers bedeutet also eine Vervierfachung des Druckverlustes, bzw. gar eine Versechzehnfachung, wenn der Volumenstrom durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit gleich bleiben soll.

Das Produkt <math>\zeta Re</math> ist im laminaren Bereich konstant und abhängig vom Mischertypen:<ref name="ruehrtechnik" />

{| class="wikitable"
|-
! !! ''Kenics'' !! ''Sulzer SMV'' !! ''Sulzer SMX'' !! ''Ross-ISG'' !! leeres Rohr
|-
| <math>\zeta Re</math> || style="text-align:right"| 450 || style="text-align:right"| 5600 || style="text-align:right"| 4000 || style="text-align:right"| 12000 || style="text-align:right"| 64
|}

Aus den Zusammenhängen ergibt sich, dass man z. B. einen ''X-Mischer'' und ''Sulzer SMV'' als sehr kompakten Mischer bauen kann. Der ''Sulzer SMV Mischer'' zeigt im Vergleich aber einen hohen Druckverlust. Für hochviskose Medien eignen sich eher X- und Kenics-Mischer mit den niedrigeren Druckverlusten.

== Vor- und Nachteile ==

Gegenüber dynamischen Mischern wie z. B. [[Rührwerk]]en weisen statische Mischer einige Vorteile auf. Sie sind kostengünstig, nehmen nicht viel Raum ein, sind bauartbedingt wartungsfrei, benötigen keine Energieversorgung und lassen sich direkt in Förderleitungen integrieren. Mit ihnen ist es vor allem möglich, kontinuierlich und mit kurzer, wenig variierender Verweilzeit Komponenten über einen großen Viskositätsbereich zu mischen.<ref>Manfred H. Pahl, Edgar Muschelknautz: ''Einsatz und Auslegung statischer Mischer.'' In: ''Chemie Ingenieur Technik.'' Band 51, Nr. 5, Mai 1979, Wiley-VCH, S. 347–364</ref> Beim Rühren in separaten Mischbehältern sind dagegen nur chargenweise Abläufe möglich: die Behälter müssen erst gefüllt werden, darauf erfolgt der eigentliche Mischvorgang und erst dann steht die fertige Mischung zur Verfügung. Insbesondere bei der Verarbeitung von härtbaren Stoffen mit begrenzter [[Topfzeit]] wie z. B. [[Gießharz]] sind statische Mischer von Vorteil. Das Material wird dabei direkt aus dem Mischer in die Form gefüllt oder aufgetragen, die Komponenten kommen also erst unmittelbar vor der Verarbeitung miteinander in Kontakt, ein Ansetzen auf Vorrat entfällt.

Nachteilig ist, dass normalerweise keine Beeinflussung der Vermischungsintensität möglich ist, während bei Rührern die Drehzahl verändert werden kann. Bei der Verarbeitung aushärtender Stoffe können sich statische Mischer während Fertigungsunterbrechungen zusetzen. Sie müssen deswegen gespült oder aber als Einwegprodukte ausgeführt werden.

== Entstehungsgeschichte und Anwendungen ==

[[Datei:2-part epoxy adhesive in cartridge.jpg|mini|Einwegstatikmischer und Kartusche zur manuellen Verarbeitung eines zweikomponentigen Systems]]

Bereits 1924 wurde eine Wendel in einem Rohr zu Mischzwecken eingesetzt.<ref>{{Patent| Land=US| V-Nr=1626487A| Titel=Emulsifier| A-Datum=1924-01-10| V-Datum=1927-04-26| Erfinder=David Warren}}</ref> Die erste Patentanmeldung für einen statischen Mischer nach dem Kenics-Prinzip erfolgte 1965 durch das Unternehmen [[Arthur D. Little]].<ref>{{Patent| Land=US| V-Nr=3286992A| Titel=Mixing Device| A-Datum=1965-11-29| V-Datum=1966-11-22| Anmelder=Arthur D. Little Inc| Erfinder=Constantine D. Armeniades, Wiliam C. Johnson und Thomas Raphael}}</ref> Der Anwendungszweck war das Vermischen von Kunstharzen in Kleinmengen z. B. für Reparaturarbeiten. Die Kenics Corporation stellte daraufhin diese Mischer in Lizenz aus Edelstahl her. Ab den 1970er Jahren konnten sie auch als Einwegprodukte aus Kunststoff gefertigt werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Irving J. Arons |url=http://adlittlechronicles.blogspot.de/2008/07/disposable-motionless-mixer.html |titel=The Disposable "Motionless Mixer" |werk=ADL Chronicles – A presentation of the products and inventions that came out of the laboratories of Arthur D. Little, Inc. |hrsg=ADL Chronicles |datum=2008-07-23 |sprache=en |abruf=2012-05-07}}</ref>

Neben dem Verarbeiten von Harzen, Klebstoffen, Abdichtmassen usw. umfasst das Anwendungsspektrum statischer Mischer heute alle [[Verfahrenstechnik|verfahrenstechnische]] Bereiche mit Mischvorgängen z. B. in der [[Chemische Industrie|chemischen Industrie]], [[Lebensmittelindustrie]], [[Wasseraufbereitung|Wasser- und Abwasseraufbereitung]] (z. B. Anreichern von Wasser mit Sauerstoff), Öl- und Gasindustrie. In der Kunststofftechnik finden statische Mischer Einsatz in [[Vergussanlage]]n und zum Mischen von [[Polymerschmelze]]n<ref>Friedrich Johannaber, [[Walter Michaeli]]: ''Handbuch Spritzgießen.'' 2. Auflage. Hanser, München 2004, ISBN 3-446-22966-3, S. 820–822 ({{Google Buch |BuchID=kovDmOWK9X8C |Seite=820 |Hervorhebung=statischem Mischer}})</ref>.

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=F. A. Streiff
|Hrsg=[[Matthias Kraume]]
|Titel=Statisches Mischen
|Sammelwerk=Mischen und Rühren: Grundlagen und Moderne Verfahren
|Verlag=Wiley-VCH
|Ort=Weinheim
|Datum=2003
|ISBN=3-527-30709-5
|Online={{Google Buch |BuchID=VwcOeAYb4k0C |Seite=197 |Hervorhebung=Statisches Mischen}}}}
* {{Literatur
|Autor=Alain Georg und Martin B. Däscher
|Titel=Chemische Reaktionen in Rohrreaktoren und statischen Mischern – Homogenität, Verweilzeitverhalten, Wärmeabfuhr, Auslegung, Anwendungsbeispiele
|Sammelwerk=Chemie Ingenieur Technik
|Band=Volume 77
|Nummer=6
|Verlag=WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
|Ort=Weinheim
|Datum=2005-06
|Seiten=681–693}}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Static mixers|Statischer Mischer}}
* [http://www.fluitec.ch/cms/dokumentationen.phtml Literatur über zahlreiche Anwendungen auf einer Herstellerseite]
* [http://www.uape.de/inhalte/index.html Simulation eines Kenics-Mischers auf einer Herstellerseite]
* {{DNB-Portal|TEXT=Literatur über|1=4196046-4}}

== Einzelnachweise ==

<references />

[[Kategorie:Apparat (Verfahrenstechnik)]]
[[Kategorie:Mischen (Verfahrenstechnik)]]

{{Normdaten|TYP=s|GND=4196046-4}}

Statischer Mischer - Versionsgeschichte

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