I. M+R Einführung-Win Flashcards
Wie kann die Relativbewegung beim mischen verursacht werden?
• 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)!
Wie funktioniert ein Diskontinuierlicher Mischer?
+ Eigenschaften
• Chargenbetrieb (Batch)
• jeder Teilschritt zeitlich unabhängig einstellbar (Füllen, Mischen…)
- kaum Dosierprobleme
- gut geeignet bei langsamem Stoffaustausch
- gut beeinflussbar
Wie funktioniert ein Kontinuierlicher Mischer?
+ Eigenschaften
• 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
Wie funktioniert ein Statischer Mischer?
- Immer kontinuierlich
* Homogenisierung durch feste Einbauten + Nutzung der Strömungsenergie des Fluids
Wie funktioniert ein Dynamischer Mischer?
• Bewegte Behälter oder bewegte Mischorgane
Welche Mischer typen gibt es?
- Diskontinuierliche Mischer
- kontinuierliche Mischer
- statische Mischer
- dynamische Mischer
Welche Laminieren Mischmechanismen gibt es?
- Scheren
- Stauchen
- Dehnen
- Aufteilen
- Umlagern
Wann wird laminares mischen bevorzugt verwendet?
Laminares Mischen vorzugsweise für mittel- und hochviskose Medien mit nL> ca. 500Pa s
Wann wird turbulentes mischen angewendet?
Vermischung niederviskoser Flüssigkeiten bei Turbulenz sehr einfach
Wann werden Viskositätskräfte dominierend?
(- Energietransport nicht durch Viskositätskräfte behindert, solange Re-Zahl groß genug)
- Erst bei kleinen Wirbeln dominieren Viskositätskräfte
- > Strömungsenergie in Wärme dissipiert
Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung wird im Rühr-
kessel z.B. durch Strombrecher beeinflusst (geht nicht in Kennzahlen ein!). Vorteile?
- Erhöhung der Leistungsaufnahme
- Verminderung der Rotation
- Erhöhung der Verwirbelung
- Verbesserung der Vermischung
Was charakteristisch beim Mischen molekular mischbarer Stoffe?
• thermodynamisch begünstigt
• Vermischung „von selbst“ durch Diffusion
-> Entropiezunahme
-> Mischungstabil
• für Entmischung Zuführung von Energie nötig (z.B. Umkehrosmose)
Wann wird wie gemischt durch Konvektion und / oder Diffusion?
• Mischen im Makrobereich: - Konvektion (Rühren: niedrig viskos) - Konvektion (Kneten: hoch viskos) - Diffusion (sehr langsam) • Mischen im Mikrobereich: - Diffusion (ausschließlich)
Was sind typische Mischprozesse für molekular mischbare Stoffe?
- Mischen von Flüssigkeiten
- Lösen von Feststoffen in Flüssigkeiten
- Lösen von Gasen in Flüssigkeiten
- Mischen von Gasen
Merkmale von Mischung molekular nicht mischbarer Stoffe?
- Mischung nur durch äußere Einwirkung im Makrobereich möglich
- Mischung besteht aus 2 oder mehr Phasen
- Mischung nicht thermodynamisch begünstigt
Was sind typische Mischprozesse für molekular NICHT mischbare Stoffe?
- 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
Mit Entmischung ist immer zu rechnen, wenn…
• 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
Was bedeutet es, wenn eine Mischung tendenzen zum entmischen hat?
• Mischung nicht stabil und zerfällt nach Mischende wieder in die
Komponenten
• Mischung nicht stabil und zerfällt während des Mischprozesses
• Ideal homogene Mischung nicht erreichbar
Beispiele für Entmischung?
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
was gilt für die Probezusammensetzung?
- Zeitliche Probezusammensetzung ist eine systematisch sich ändernde und zufällig schwankende Größe
- Probenzusammensetzung schwankt zufällig um einen Mittelwert (Je kleiner Schwankungsbreite, desto besser die Mischung)
Was sind 3 Aufgaben bei der Beurteilung von Mischprozessen und Mischern durch Statistik?
• Definition von Mischgüte u. Beschreibung des Mischzustandes
• Beurteilung von Mischungen hinsichtlich ihrer Annehmbarkeit
gemessen an Mischgütevorgaben
• Bestimmung von Mischzeiten u. Beurteilung von Mischern
Welche Auslegungsmethoden von Mischern im Scale-up gibt es?
•Klassische Vorgehensweise über Experiment im Labormaßstab und
Hochrechnung auf den Betriebsmaßstab durch Ähnlichkeitstheorie
•Allgemeine Vorgehensweise
•Numerische Strömungssimulation (CFD)
Was ist das Klassische Vorgehen beim auslegen von Scale up?
vor und Nachteile?
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
Was ist das allgemeine Vorgehen beim auslegen von Scale up?
vor und Nachteile?
• 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…)
Was ist das Vorgehen beim auslegen von Scale up mittels Numerischer Strömungssimulation (CFD)?
vor und Nachteile?
• 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)
