Mischen (Verfahrenstechnik)


Mischen (Verfahrenstechnik)

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Das Mischen ist die Umkehrung der Trennung und eine Grundoperation in der mechanischen Verfahrenstechnik.

Mischer als mechanisches Gerät oder als Maschine sowie die damit erzeugten Mischprozesse begegnen uns in sehr vielen Bereichen: in der Küche (Mixer), im Auto (Vergaser), beim Händewaschen (Mischarmatur für Heiß- und Kaltwasser), im Bauwesen (Betonmischer, „Mischmaschine“) und bei vielen industriellen Verfahrenschritten.

Begriffsbestimmung

Bei mischtechnischen Vorgängen werden die Bestandteile von mindestens zwei getrennt vorliegenden Ausgangsstoffen durch Relativbewegung so umpositioniert, dass ein neues Anordnungsschema entsteht. Dabei entsteht ein Gemisch (Gemenge) und unter bestimmten Bedingungen ein neuer Stoff.

Kriterien eines Mischprozesses

Primärziel ist das Erreichen einer geforderten Homogenität des neuen Stoffs. Unter ökonomischen und verfahrenstechnischen Gesichtspunkten spielt die Mischzeit und die für den Mischprozess aufgewendete Energie eine wichtige Rolle.

Bei Stoffen, die sich nicht spontan homogen vermischen, ist es wichtig, dass der Mischer möglichst viel Relativbewegung in das zu mischende Gut einbringt. Idealerweise ändern sich dabei Intensität und Richtung des Krafteintrags ständig.

Berechnung von Mischprozessen

Eine mathematische Darstellung eines Mischprozesses ist nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich. Man ist daher von Modellversuchen abhängig, bei der dimensionslose Kenngrößen gewonnen werden, die eine Skalierung des Modells zulassen.

Das Ziel der Homogenität des neuen Stoffs ist dann erreicht, wenn jede Probe eine Zusammensetzung widerspiegelt, die der Grundgesamtheit entspricht, wenn also eine Zufallsprobe das Verhältnis der Ausgangsstoffe mit definierter Genauigkeit widerspiegelt.

$ w_1 $ Konzentration eines Stoffes in einem Gemisch
$ w_2 $ Konzentration desselben Stoffes in einem anderen Gemisch
$ m_1 $ Masse des 1.Gemisches
$ m_2 $ Masse des 2.Gemisches
$ w_M $ Konzentration der neu entstehenden Mischung (Zielkonzentration)
$ m_{gesamt} = m1+m2 $
$ w_1\cdot m_1+w_2\cdot m_2=w_M\cdot \left(m_1+m_2\right) $

Verfahren und Geräte

Verfahrenstechnisch lassen sich Mischer z. B. einteilen in:

  • Zwangsmischer
  • Freifallmischer
  • Rührer
  • Kneter
  • Strömungsmischer
  • Mischpumpen

Weitere Charakteristika sind z. B.:

  • Bauform: zum Beispiel Doppelwellen-Chargenmischer, Trommelmischer, Tellermischer, Pflugschar-Mischer
  • Mischwerkzeuge: zum Beispiel Paddelmischer, Schneckenbandmischer
  • Mischprodukt: zum Beispiel Futtermittelmischer, Salbenmischer

Zu mischende Stoffe

  • Mischen einer Phase
    • Feststoff mit Feststoff: Trockenstoffgemische (z. B. Zerealien, Futtermittel, Trockenmörtel)
    • Flüssigkeit mit Flüssigkeit: Mischflüssigkeit (z. B. Mischgetränke, handwarmes Wasser)
    • Gas mit Gas: Gasgemisch (z. B. Schweißen)
  • Mischen zweier Phasen
    • Feststoff mit Flüssigkeit: Suspension, Paste, Befeuchten (z. B. Beton, Anstrichfarbe, Creme)
    • Feststoff mit Gas: Aerosol, Staub, Fluidisieren (z. B. Wirbelschicht Verbrennung)
    • Flüssigkeit mit Gas: Zerstäubung, Verdüsung, Belüftung (z. B. Vergaser)
  • Mischen dreier Phasen
    • Chemische Reaktionstechnik: Katalysator mit Gas in Flüssigkeit
    • Biologische Reaktionstechnik: Mikroorganismus mit Gas in Flüssigkeit

Mischer-Bauformen für Feststoffgemische sowie Feststoff-Flüssigkeits-Gemische

  • nach dem Verfahren:
    • Chargenmischer oder diskontinuierlicher Mischer
    • Durchlaufmischer oder kontinuierlicher Mischer
  • nach der Mischgutbeschleunigung:
    • überkritisch (Mischgutbeschleunigung > Schwerkraftbeschleunigung; Froude-Zahl > 1,0)
    • unterkritisch (Mischgutbeschleunigung < Schwerkraftbeschleunigung; Froude-Zahl < 1,0)
  • nach der Art des Energieeintrags
    • dynamischer Mischer (Energieeintrag durch den Apparat)
    • statischer Mischer (Energieeintrag durch das Mischgut)
  • nach der Ausrichtung der Mischwerkzeuge:
    • Horizontalmischer (horizontal gelagerte Mischwelle oder Mischwellen)
    • Vertikalmischer (vertikal gelagerte Mischwelle oder Mischwellen)
  • nach der Anzahl der Mischwellen:
    • Einwellenmischer
    • Doppelwellenmischer
    • Mehrwellenmischer
  • nach der Form und Beschaffenheit des Mischraums:

Liste von Mischgeräten nach der Anwendung/Branchenverwendung

  • Betonmischer
  • Suspensionsmischer
  • Labormischer
  • Pharmamischer
  • Trockenstoffmischer
  • Dampf-Wasser-Mischer

Literatur

  • Heinrich Schubert: Handbuch der Mechanischen Verfahrenstechnik. Weinheim 2003
  • M. Stieß: Mechanische Verfahrenstechnik 1. Springer, Berlin 1995/2008, ISBN 978-3-540-32551-2