Rühraufgaben

Ziel eines jeden Mischvorgangs ist es, die für den Prozess erforderliche Homogenität im gesamten Behältervolumen zu erreichen. Beim Homogenisieren kommt es darauf an, Konzentrations- und Temperaturunterschiede, die sich z. B. durch Produktzugaben, Stoffübergänge, chemische Reaktionen oder Wärmeübergang ergeben, zu minimieren bzw. abzubauen. Diese Rühraufgabe tritt in einphasigen und in mehrphasigen Systemen auf.

Um beim Homogenisieren den Energieverbrauch zu reduzieren bzw. die Produktivität zu steigern, gilt es zu klären, ob die Mischzeit ein limitierender Faktor ist. Für niedrigviskose Flüssigkeiten liegt die Mischzeit in der Größenordnung von Minuten und darunter und ist daher oftmals unkritisch.

Anders sieht es beim hochviskosen Mischen aus. Hier bestimmt die Rheologie des Mediums den Mischvorgang und es bedarf spezieller, meist wandgängiger Rührsysteme, um für den Prozess geeignete Mischzeiten zu erreichen.

Beim Mischen von Feststoffen, insbesondere bei Schüttgütern, spielt die Bestimmung der Mischgüte eine zentrale Rolle. Aus der Kenntnis der statistischen Grundlagen lassen sich Hilfestellungen für die praktische Anwendung ableiten, welche eine effektive Vorgehensweise bei der Bestimmung der Mischgüte gewährleisten. Der Scale-up von im Labormaßstab erhaltenen Mischzeiten auf den Produktionsmaßstab ist in diesem Zusammenhang ebenfalls von großer Bedeutung.

Unter einer Suspension versteht man ein heterogenes Stoffgemisch, das aus einer Flüssigkeit und darin verteilten Festkörpern besteht. Als Suspendieren wird der Vorgang verstanden, diese beiden Stoffe zusammenzuführen.
Der Betrieb eines Suspendierrührwerkes kann mit verschiedenen Zielsetzungen erfolgen. Zum Beispiel kann für die Auflösung von Feststoffen die Aufwirbelung des Feststoffes in Bodennähe ausreichend sein, während bei kontinuierlichen Prozessen, wie z.B. in der Kristallisation oder der Erzlaugung, an die Homogenität der Suspension höchste Anforderungen gestellt werden.

Unter Flüssig-Flüssig-Dispersionen werden Mischungen aus zwei oder mehreren, nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten verstanden. Derartige Mischungen werden für viele industrielle Anwendungen hergestellt und verwendet. In der chemischen Industrie mischt man oft Flüssigkeiten zur gezielten Steuerung von Extraktionen oder Reaktionen temporär miteinander. Zudem werden auch langzeitstabile Dispersionen, etwa in der Pharma-, Kosmetik- oder Nahrungsmittelindustrie hergestellt. Derartige langzeitstabile Dispersionen von Flüssigkeiten werden als Emulsionen bezeichnet.

Dem Begasen von Flüssigkeiten kommt in der chemischen und pharmazeutischen Industrie und in der Biotechnologie eine besondere Bedeutung zu. Das Ziel ist hierbei, einen möglichst hohen Stoffübergang zwischen dem dispergierten Gas und der Flüssigkeit zu erreichen. Gerührte Reaktoren mit Begasungssystemen werden für chemische Synthesen wie Hydrierung oder Oxidation, sowie auch zur Fermentation eingesetzt.

Die Trocknung ist ein Grundprozess der Verfahrenstechnik. Die thermische Trocknung von feuchten Feststoffen ist ein kombinierter Wärme- und Stoffübergangsprozess mit dem Ziel, durch Entzug von Feuchtigkeit ein trockenes Endprodukt zu erhalten. Für die thermische Trocknung von feuchten Feststoffen unter Vakuum bieten sich mit Mischwerk ausgeführte vertikale Apparate an. Bei der Auslegung dieser Trockner ist das Scale-up vom Labor- auf den Produktionsmaßstab im Hinblick auf die Trocknungsdauer von besonderem Interesse.

Bei vielen Rührprozessen gehört der Wärmeübergang zu den wesentlichen Anforderungen, die das Rührorgan im Zusammenspiel mit der Kesselgeometrie und den Kühl- bzw. Heizelementen zu erfüllen hat. Typische Aufgaben sind z. B. die Produkttemperatur während einer exothermen oder endothermen Reaktion konstant zu halten oder eine bestimmte Produkttemperatur durch Aufheizen oder Abkühlen in einer vorgegebenen Zeit einzustellen.