I. M+R Einführung-Win

Question 1

Wie kann die Relativbewegung beim mischen verursacht werden?

Answer 1

• Zwangsbewegung (Konvektion)

• Bewegte Werkzeuge im Mischraum (Propellerrührer)
• Bewegung des Mischraumes selbst (Taumelmischer)

• Stochastische Bewegung (Diffusion, Dispersivität)

! Fliesverhalten der Stoffe hat Einfluss auf die Relativbewegung (Haftkräfte)!

Question 2

Wie funktioniert ein Diskontinuierlicher Mischer?

+ Eigenschaften

Answer 2

• Chargenbetrieb (Batch)
• jeder Teilschritt zeitlich unabhängig einstellbar (Füllen, Mischen…)
- kaum Dosierprobleme
- gut geeignet bei langsamem Stoffaustausch
- gut beeinflussbar

Question 3

Wie funktioniert ein Kontinuierlicher Mischer?

+ Eigenschaften

Answer 3

• Durchlaufbetrieb
• jeder Teilschritt durch Transportgeschwindigkeit und Weg im Mischraum miteinander gekoppelt
- Kurze Mischzeiten
- Verweilzeit im Verfahrensraum begrenzt
- gut geeignet für kontinuierliche Anlagen mit großem Durchsatz
- exakte Dosierung erforderlich

Question 4

Wie funktioniert ein Statischer Mischer?

Answer 4

• Immer kontinuierlich

* Homogenisierung durch feste Einbauten + Nutzung der Strömungsenergie des Fluids

Question 5

Wie funktioniert ein Dynamischer Mischer?

Answer 5

• Bewegte Behälter oder bewegte Mischorgane

Question 6

Welche Mischer typen gibt es?

Answer 6

• Diskontinuierliche Mischer
• kontinuierliche Mischer
• statische Mischer
• dynamische Mischer

Question 7

Welche Laminieren Mischmechanismen gibt es?

Answer 7

• Scheren
• Stauchen
• Dehnen
• Aufteilen
• Umlagern

Question 8

Wann wird laminares mischen bevorzugt verwendet?

Answer 8

Laminares Mischen vorzugsweise für mittel- und hochviskose Medien mit nL> ca. 500Pa s

Question 9

Wann wird turbulentes mischen angewendet?

Answer 9

Vermischung niederviskoser Flüssigkeiten bei Turbulenz sehr einfach

Question 10

Wann werden Viskositätskräfte dominierend?

Answer 10

(- Energietransport nicht durch Viskositätskräfte behindert, solange Re-Zahl groß genug)

• Erst bei kleinen Wirbeln dominieren Viskositätskräfte
• > Strömungsenergie in Wärme dissipiert

Question 11

Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung wird im Rühr-

kessel z.B. durch Strombrecher beeinflusst (geht nicht in Kennzahlen ein!). Vorteile?

Answer 11

• Erhöhung der Leistungsaufnahme
• Verminderung der Rotation
• Erhöhung der Verwirbelung
• Verbesserung der Vermischung

Question 12

Was charakteristisch beim Mischen molekular mischbarer Stoffe?

Answer 12

• thermodynamisch begünstigt
• Vermischung „von selbst“ durch Diffusion
-> Entropiezunahme
-> Mischungstabil
• für Entmischung Zuführung von Energie nötig (z.B. Umkehrosmose)

Question 13

Wann wird wie gemischt durch Konvektion und / oder Diffusion?

Answer 13

• Mischen im Makrobereich:
- Konvektion (Rühren: niedrig viskos) 
- Konvektion (Kneten: hoch viskos)
- Diffusion (sehr langsam)
• Mischen im Mikrobereich:
- Diffusion (ausschließlich)

Question 14

Was sind typische Mischprozesse für molekular mischbare Stoffe?

Answer 14

• Mischen von Flüssigkeiten
• Lösen von Feststoffen in Flüssigkeiten
• Lösen von Gasen in Flüssigkeiten
• Mischen von Gasen

Question 15

Merkmale von Mischung molekular nicht mischbarer Stoffe?

Answer 15

• Mischung nur durch äußere Einwirkung im Makrobereich möglich
• Mischung besteht aus 2 oder mehr Phasen
• Mischung nicht thermodynamisch begünstigt

Question 16

Was sind typische Mischprozesse für molekular NICHT mischbare Stoffe?

Answer 16

• Mischen von Feststoffen
• Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeiten
• Dispergieren von Flüssigkeiten in Flüssigkeiten
• Dispergieren von Gasen in Flüssigkeiten
• Dispergieren von Flüssigkeiten in Gasen
• Dispergieren von Feststoffen in Gasen

Question 17

Mit Entmischung ist immer zu rechnen, wenn…

Answer 17

• Komponenten sich unterscheiden in - Dichte - Größe - Form
• Unterschiedlich große Kräfte konstant auf Komponenten wirken
• Anziehungskräfte zwischen den Komponenten wirken
-> Agglomeration von Partikeln durch elektrostatische und/oder v.d.Waals-Kräfte, Flüssigkeitsbrücken

Question 18

Was bedeutet es, wenn eine Mischung tendenzen zum entmischen hat?

Answer 18

• Mischung nicht stabil und zerfällt nach Mischende wieder in die
Komponenten
• Mischung nicht stabil und zerfällt während des Mischprozesses
• Ideal homogene Mischung nicht erreichbar

Question 19

Beispiele für Entmischung?

Answer 19

1- Emulsion Öl in Wasser mischen -> koaleszenz öl trennt sich an die Oberfläche ab.
2- Suspension Sand in Wasser -> Sedimentation Sand lagert sich unten ab.
3- Haufwerk Kies und Sand im Trommelmischer->Tendenz: Entmischung der beiden Fraktionen in charakte- ristischen Segmenten

Question 20

was gilt für die Probezusammensetzung?

Answer 20

• Zeitliche Probezusammensetzung ist eine systematisch sich ändernde und zufällig schwankende Größe
• Probenzusammensetzung schwankt zufällig um einen Mittelwert (Je kleiner Schwankungsbreite, desto besser die Mischung)

Question 21

Was sind 3 Aufgaben bei der Beurteilung von Mischprozessen und Mischern durch Statistik?

Answer 21

• Definition von Mischgüte u. Beschreibung des Mischzustandes
• Beurteilung von Mischungen hinsichtlich ihrer Annehmbarkeit
gemessen an Mischgütevorgaben
• Bestimmung von Mischzeiten u. Beurteilung von Mischern

Question 22

Welche Auslegungsmethoden von Mischern im Scale-up gibt es?

Answer 22

•Klassische Vorgehensweise über Experiment im Labormaßstab und
Hochrechnung auf den Betriebsmaßstab durch Ähnlichkeitstheorie
•Allgemeine Vorgehensweise
•Numerische Strömungssimulation (CFD)

Question 23

Was ist das Klassische Vorgehen beim auslegen von Scale up?

vor und Nachteile?

Answer 23

Klassische Vorgehensweise über Experiment im Labormaßstab und
Hochrechnung auf den Betriebsmaßstab durch Ähnlichkeitstheorie
• Vorteil: Kennzahlen und Charakteristika maßstabsunabhängig
• Problem: Vollständige Ähnlichkeit praktisch nie erreichbar
-> Beschränkung auf für Prozess wichtigste Teilaspekte

Question 24

Was ist das allgemeine Vorgehen beim auslegen von Scale up?

vor und Nachteile?

Answer 24

• Modellversuch mit dem Originalprodukt im Labor
• Lineare Vergrößerung des Labormischers -> geometrische Ähnlichkeit
• Festlegung eines Übertragungskriteriums
->Bei der Übertragung konstant zu haltender physikalischer Kennwert - gleicher Energieeintrag
- gleicher Suspendierzustand
- gleiche Umfangsgeschwindigkeit des Rührers…
• Maßstabsübertragung mittels dimensionsloser Kennzahlen (Re, Ne…)

Question 25

Was ist das Vorgehen beim auslegen von Scale up mittels Numerischer Strömungssimulation (CFD)?
vor und Nachteile?

Answer 25

• CFD durch Entwicklung von hard- und software inzwischen wichtiges
Hilfsmittel zur Auslegung und Entwicklung von Rührprozessen
• Physikalische und mathematische Modelle müssen im Experiment validiert werden, da komplette Simulation noch nicht möglich
• Strömungssimulation ermöglicht direkte Abbildung von Rührprozessen im Betriebsmaßstab
• Simulation von Geschehnissen im Rührkessel, die experimentell und messtechnisch nur schwer und oft nur global erfassbar sind
-> Verminderung des experimentellen Aufwandes (Rührergeometrien)