EKATO
Rühraufgaben
Der Schlüssel zur optimalen Rührlösung
Mischen/Einheitlichkeit
Das Ziel jedes Rührprozesses ist es, die für den Prozess erforderliche Einheitlichkeit im gesamten enthaltenen Volumen zu erreichen. Beim Homogenisieren ist es wichtig, die Konzentrations- und Temperaturunterschiede zu reduzieren, die z. B. durch Produktzugaben, Stoffübergänge, chemische Reaktionen oder Wärmeübergang entstehen. Diese Rühraufgabe tritt in einphasigen und mehrphasigen Systemen auf.
Um den Energieverbrauch zu reduzieren oder die Produktivität bei der Homogenisierung zu steigern, muss geklärt werden, ob die Mischzeit ein limitierender Faktor ist. Bei niedrigviskosen Flüssigkeiten liegt die Mischzeit im Bereich von Minuten und ist daher oft nicht kritisch.
Anders verhält es sich bei hochviskosen Medien. Hier bestimmt die Rheologie des Mediums den Rührprozess. Hier sind spezielle, meist wandgängige Rührsysteme erforderlich, um prozessgerechte Mischzeiten zu erreichen.
Was ist zu beachten?
- Viskosität/Rheologie des Mediums
- Geometrie des Behälters
- Leistung des Rührwerks, insbesondere bei Modellumrechnung
Mischen von Feststoffen
Beim Mischen von Feststoffen, insbesondere von Schüttgütern, spielt die Bestimmung der Mischgüte eine zentrale Rolle. Die Kenntnis der statistischen Grundlagen kann genutzt werden, um Hilfestellungen für die praktische Anwendung abzuleiten, die ein effektives Vorgehen zur Bestimmung der Mischgüte gewährleisten. Die Modellumrechnung von im Labormaßstab ermittelten Mischzeiten auf den Produktionsmaßstab ist in diesem Zusammenhang ebenfalls von großer Bedeutung.
Was ist zu beachten?
- Korn-/Partikelgrößenverteilung und Kristallform
- Feuchtigkeitsgehalt und Fließverhalten
- Vermeidung von Kontamination
Feststoff-Flüssig-Suspension
Unter einer Suspension versteht man ein heterogenes Stoffgemisch, das aus einer Flüssigkeit und darin verteilten Feststoffen besteht. Suspendieren ist der Vorgang, diese beiden Stoffe zusammenzubringen. Ein Suspensionsrührwerk kann mit unterschiedlichen Zielsetzungen betrieben werden. So kann beispielsweise für die Auflösung von Feststoffen die Fluidisierung des Feststoffs in Bodennähe ausreichend sein, während in kontinuierlichen Prozessen, z. B. bei der Kristallisation oder Erzlaugung, höchste Anforderungen an die Einheitlichkeit der Suspension gestellt werden.
Was ist zu beachten?
- Prozessanforderung – vollständig oder homogen suspendieren
- Unterschied in der Dichte Flüssigkeit – Feststoff
- Korngröße des Feststoffs
Flüssig-Flüssig-Dispersion
Unter Flüssig-Flüssig-Dispersionen versteht man Gemische aus zwei oder mehr Flüssigkeiten, die miteinander nicht mischbar sind. Solche Gemische werden für viele industrielle Anwendungen hergestellt und verwendet. In der chemischen Industrie werden Flüssigkeiten häufig temporär miteinander vermischt, um Extraktionen oder Reaktionen gezielt zu steuern. Langzeitstabile Dispersionen werden beispielsweise in der pharmazeutischen, kosmetischen oder Lebensmittelindustrie hergestellt. Solche langzeitstabilen Dispersionen von Flüssigkeiten werden als Emulsionen bezeichnet.
Was ist zu beachten?
- Prozessanforderung – temporäre oder stabile Emulsion
- Dichteunterschiede / Grenzflächenspannung der flüssigen Phasen
- Energieeintrag des Rührsystems
Gas-Flüssig-Dispersion
Die Begasung von Flüssigkeiten ist in der chemischen und pharmazeutischen Industrie sowie in der Biotechnologie von hoher Bedeutung. Ziel ist es hierbei, einen möglichst hohen Stoffübergang zwischen dem dispergierten Gas und der Flüssigkeit zu erreichen. Rührbehälter mit Begasungssystemen werden für chemische Synthesen wie Hydrierung oder Oxidation sowie für Fermentationen eingesetzt.
Was ist zu beachten?
- Steigerung von Durchsatz und Selektivität
- Gleicher Umsatz bei niedrigeren Drücken und/oder Temperaturen
- Einsparungen bei den Gesamtbetriebskosten
Trocknung
Die Trocknung ist ein verfahrenstechnischer Grundprozess. Die thermische Trocknung feuchter Feststoffe ist ein kombinierter Prozess aus Wärme- und Stoffübergang mit dem Ziel, durch Entfernung der Feuchtigkeit ein trockenes Endprodukt zu erhalten. Für die thermische Trocknung feuchter Feststoffe unter Vakuum sind vertikale Vorrichtungen mit einem Mischer ideal. Bei der Auslegung dieser Trockner ist die Modellumrechnung vom Labor- zum Produktionsmaßstab hinsichtlich der Trocknungszeit von besonderem Interesse.
Was ist zu beachten?
- Korn-/Partikelgrößenverteilung und Kristallform
- Feuchtigkeitsgehalt und Fließverhalten
- Vermeidung von Kontamination
Wärmeübergang
Bei vielen gerührten Prozessen ist der Wärmeübergang eine der wesentlichen Anforderungen, die das Rührelement in Verbindung mit der Behältergeometrie und den Kühl- und Heizelementen erfüllen muss. Typische Aufgaben sind z. B. die Produkttemperatur während einer exothermen oder endothermen Reaktion konstant zu halten oder durch Heizen oder Kühlen in einer vorgegebenen Zeit eine bestimmte Produkttemperatur einzustellen.
Was ist zu beachten?
- Viskosität/Rheologie des zu erwärmenden oder zu kühlenden Mediums
- Stationärer oder instationärer Prozess
- Verfügbarer Austauschbereich, insbesondere für die Modellumrechnung