Mischen Skript 5

Question	Answer
Grundlagen Mischen	Vereinigung von mindestens zwei Ausgangsstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften/Aggregatszuständen zu neuen „Stoff“ (Gemenge, Dispersion, Suspension) mit möglichst hoher Homogenität unter Zuhilfenahme mechanischer Werkzeuge oder Kraftfelder.
Häufig eine Komponente in größerer Menge:	→ Dispersionsmittel / disperse Phase (weitere/untergemischte Komponenten). Image: Capture (image/png)
Rührerbauarten für Flüssigkeiten niedriger Viskosität (η < 1 Pas)	• Rührerdrehzahlen richten sich nach Rührerdurchmesser • Umfangsgeschwindigkeiten i.d.R. max. 15 m/s (Ø max. 8 m/s) • Drehzahlen bis 3000 min-1 • Drehzahlregelung über FU oder Getriebe • Unterschiedliche Strömungsprofile und Förderrichtungen
Rührerbauarten für Güter mit mittlerer bis hoher Viskosität (η ≈ 0,5 - 5 Pas)	rel. niedriger Drehzahlbereich 5 – 500 min-1 • geringe Umfangsgeschwindigkeiten (0,5 – 5 m/s) • a+b+c radiale Bewegung von innen nach außen + tangentiale Bewegung • d: Mehrfachaxialbewegung durch um 90 ° versetzte Stufen. Kleine Ringwirbel.
Rührerbauarten für Güter mit sehr hoher Viskosität (bis 100 Pas)	• a+b tangentiale Bewegung, Drehzahlen bis ca. 100 min-1 • c axiale Bewegung • Rührer stark wandgängig → Abschabung von Produkt, Verbesserung Wärmeübergang • d: Drehzahl Gitter bis ca. 500 min-1, Drehzahl axial bis ca. 100 min-1. Gute Einmischung von Feststoffen in Flüssigkeiten.
Je nach Rührerbauart 3 Strömungsrichtungen:	• radiale Strömung (Scheibenrührer a) • axiale Strömung (Propellerrührer b) • überlagerte Tangentialströmung (Rotation der Flüssigkeit im Behälter a+b).
• überlagerte Tangentialströmung (Rotation der Flüssigkeit im Behälter a+b). Nachteil:	Wirbelsenke/Trombenbildung (auch Luftansaugung!), Separiereffekte durch Fliehkraft.
Lösung für Tangentialströmungen:	→ Einbau von Strombrechern (c) → schräge / exzentrische / seitliche Anordnung des Rührorgans (a,b,c)
Generell gilt für gute Strömungen:	• starker vertikaler Strom für guten Verteilungszustand (z.B. Suspensionsbildung). Scherkräfte eher gering. • hohe Scherkräfte/Schergradienten für Dispergierung mit Zerkleinerungseffekt oder Emulgierung (Umfangsgeschwindigkeiten bis zu 80 m/s) • hohe Strömungsgeschwindigkeiten an der Wand für guten Wärmeaustausch
In der Praxis i.d.R Rührwerksauslegung nach Erfahrungswerten :	(z.B. Finite-Elemente-Berechnung) Beispiel: Berechnung Strömungsprofil eines Propellerrührers
Sonderbauformen – Leitstrahlmischer	• ausschließlich axiale Strömung • homogene Durchmischung • kein Lufteinsog, keine Sedimentation, kein Floating • schnelles intensives Umwälzen des gesamten Behälterinhalts • keine Strombrecher im Tank erforderlich, Strömungsleitbleche im Stator
Mischen durch Einbauten in Rohrleitungen Statische Mischer:	• keine bewegten Teile • Teilung des Flüssigkeitsstroms und Zusammenführung in geänderter Anordnung • Vermischen von pumpbaren Flüssigkeiten • Dispergieren und Emulgieren von ineinander unlöslichen Komponenten • Mischen von reaktiven Flüssigkeiten • Mischen von Gasen • rel. hohe Strömungsgeschwindigkeiten nötig • rel. hoher Druckverlust
was ist„Pneumatisches Rühren“	→ Mischen durch Einblasen von Gas in die Flüssigkeiten (auch zum Lösen und Dispergieren von Flüssigkeit/Gas)
Mischen von Feststoffen Ziel:	Möglichst homogene Verteilung der Partikel im Gemenge erwünscht → idealer weise gleiche Stoffzusammensetzung für jede beliebige Teilmenge → Mischgrad 1 bei idealer Gleichverteilung der Komponenten
In der Praxis parallel zur Gleichverteilung auch Entmischungsvorgänge. Ursachen:	• unterschiedliche Korngrößen, Kornarten, Dichten • statische Aufladung • spezifische Oberflächeneigenschaften
Freifallmischer	Rotierende Mischtrommel. Mischgut wird angehoben und fallengelassen. Einbauten wie Spiralen oder Leisten begünstigen Mischvorgang.
Schaufelmischer	In langsam laufender Trommel rotiert Welle mit feststehenden Schaufeln schnell gegenläufig.
Schneckenmischer	Kontinuierliches Mischen. Transport und Mischen durch mit Spirale oder Schaufeln versehene rotierende Welle.
Schaufelkneter	Knettrog mit ineinander greifende z- oder hakenförmige gegenläufige Schaufeln. Zerteilung und Vermengung des Knetgutes.
Schneckenkneter	Zerteilung Knetgut in rotierender Schnecke. Weitertransport längs der Welle.
Durchmischung von Biogasanlagen: Fermenter und Nachgärbehälter müssen durchmischt werden um:	• homogene Suspendierung frischen Materials (gleichmäßige Temperaturverteilung, ausreichende Bakterienversorgung) • Reduzierung von Schwimm- und Sinkschichten • Austreibung von Gasblasen • Nährstofftransport
Haspel- oder Paddelrührwerke	• Drehzahl ca. 4 min-1, vergleichsweise geringe Anschlussleistung • gute Homogenisierungseffekte bei Substraten < 20 % TS • Laufzeit ca. 6 – 12 mal täglich für 5 – 10 Minuten
Tauchpropellerrührwerke	schnell laufende Rührwerke (ca. 400 min-1) • Anschlussleistung ca. 7 – 22 kW (elektr. / hydraul.) • geeignet für TS-Gehalte bis ca. 12 %, • für effektive Durchmischung mehrere Rührwerke
Stabmixer	• schnell laufende Rührwerke (380 - 1000 min-1) Propellerdurchmesser – 60 cm • Anschlussleistung – 15 kW • schwenkbar zur effektiven Beseitigung von Schwimmschichten und Sedimenten
Axialrührwerke	• langsam laufende Rührwerke (12 – 25 min-1) für stehende Behälter • bei Ø bis 14 m mittige, bei größeren Ø exzentrische Anordnung • durch Decke eingeführt, meist mit Mittelstütze versehen • Rührerdurchmesser 3 – 4 m
Langachsrührwerke	• langsam laufende Rührwerke (15 – 40 min-1), bevorzugt stehende Behälter • durch Decke/Wand schräg eingeführt, am Fermenterboden fixiert • Rührerdurchmesser 0,7 – 2,5 m
Paddelrührwerke	• langsam laufende Rührwerke (8 – 14 min-1), bevorzugt stehende Behälter • durch Wand eingeführt, wechselständige Anordnung der Paddel • Paddellänge 1,5 – 2 m • Antriebsleistung ca. 15 kW • effektive Durchmischung auch bei hohen TS-Gehalten
Hydraulische Rührwerke	• Durchmischung durch Absaugen und Wiedereinleiten des Fermenterinhalts (Jet-Effekt) • horizontal und vertikal schwenkbare Düsen • leistungsstarke Pumpe nötig • Verwendung der Pumpe auch zur Beschickung und Befüllung Güllewagen • keine Verschleißteile im Fermenter • nur für Dünnflüssige Substrate mit sehr niedrigem TS
Gasdruck-Mischverfahren / Pneumatische Durchmischung	Ausnutzung des entstehenden Gasdrucks zur Durchmischung durch Strömungseffekte • Durchmischung durch Einpressen von Biogas • hohe bauliche Anforderungen (Drücke / Dichtigkeit)
Beispiel für Flüssige und gasförmige Mischphasen: Rührwerke bei der Raffination von Pflanzenöl	• Emulgieren von wässriger Säure im Öl • Emulgieren von wässriger Lauge im Öl • Verweilbehälter gerührt

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