Micromixing and fast chemical reactions in static mixers

Turbulent reactive mixing in static mixers has not been widely studied. Knowledge of the turbulent energy dissipation rate is needed to make predictions about the course of chemical reactions in mixing elements. It was determined by applying the engulfment model of micromixing to the measured product distributions of fast competitive-consecutive diazo couplings between 1-naphthol and diazotized sulphanilic acid. Three static mixers, differing mainly in the width of their channels (hydraulic diameters from 0.0021 to 0.0053 m), were studied. Dissipation rates in the range 700–1000 W kg−1 were obtained when the superficial liquid velocity was 2 m s−1 and the viscosity was 7.9 mPa s. The channel width influenced these values as well as the turbulent part (29%−67%) of the total energy dissipation. The performance of the static mixers was compared with that of the empty tube. Turbulence decay downstream from a mixer, the spacing between the feed pipe and the first element and the change from semi-batch to in-line operation were also investigated. Untersuchungen zur turbulenten Vermischung reaktiver Lösungen in statischen Mischen existieren bisher kaum. Die Kenntnis der turbulenten Energiedissipation ist jedoch notwendig, um Voraussagen über den Reaktionsverlauf in Mischelementen machen zu können. In dieser Arbeit wurden die turbulenten Energiedissipationen über den Vergleich eines Mikrovermischungsmodells (E-Modell) mit experimentell bestimmten Produkteverteilungten der schnellen Parallel-Folge-Azokupplungs-Reaktion zwischen 1-Naphthol und diazotierter Sulfanilsäure bestimmt. Drei statische Mischer, die sich hauptsächlich durch den Lamellenabstand (hydraulische Durchmesser von 0.0021–0.0053 m) unterschieden, wurden untersucht. Bei einer Leerrohrgeschwindigkeit von 2 m s−1 und einer Viskosität von 7.9 mPa s wurden Energiedissipationen im Bereich von 700–1000 W kg−1 bestimmt. Der Lamellenabstand beeinflußt neben der absoluten Größe der turbulenten Dissipation auch dessen Anteil an der gesamten dissipierten Energie (29%–67%). Die Mischwirkung der statischen Mischer wurde mit der eines leeren Rohres verglichen. Weiterhin wurde der Turbulenzzerfall stromabwärts nach einem Mischelement, der Einfluß des Abstands zwischen Feedrohr und dem ersten Mischelement und der Wechsel vom Semibatch zum Inline Betriebsmodus untersucht.