Das Ziel des Mischvorgangs besteht darin, homogene Lösungen, Emulsionen und Suspensionen zu erzeugen sowie Wärme- und Stoffübertragungsprozesse zu optimieren. Zahlreiche Prozessparameter beeinflussen die Effizienz und das Endergebnis des Mischens. Einige dieser Parameter können direkt angepasst werden, während andere, wie die Materialeigenschaften, wie Dichte und Viskosität, nur in begrenztem Umfang variierbar sind. Eine genaue Kenntnis dieser Eigenschaften ist entscheidend für die optimale Auslegung und Steuerung des Mischprozesses.
Die Dichte von Flüssigkeiten und deren Mischungen reicht von etwa 620 kg/m³ (Isopentan) bis zu 3.100 kg/m³ (Brom). Diese physikalische Eigenschaft ist besonders relevant bei der Auslegung von Mischern für turbulente Strömungen, wo die Kräfte, die auf die Strömung wirken, direkt von der Masse der Substanz abhängen. In turbulenten Prozessen beeinflusst die Dichte somit die Mischleistung maßgeblich.
Ein weiterer entscheidender Parameter im Mischprozess ist die dynamische Viskosität. Die Spanne der Viskositätswerte variiert stark, und die Temperatur hat einen signifikanten Einfluss. Ein Beispiel für eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität ist Aceton mit einer dynamischen Viskosität von 0,304×10⁻³ Pa·s, während hochviskose Substanzen wie Teer Werte von bis zu 1×10¹¹ Pa·s erreichen können. Hohe Viskositäten erfordern in der Regel laminare Strömungsbedingungen und eine erhöhte Mischleistung aufgrund der hohen Reibungskräfte im Medium.
Neben der Viskosität ist das Fließverhalten der Flüssigkeit von Bedeutung. Flüssigkeiten können newtonisch (konstante Viskosität) oder nicht-newtonisch (Viskosität abhängig von der Scherrate) sein. Dies beeinflusst die Prozesssteuerung erheblich, da bei scherverdünnenden Flüssigkeiten (z.B. Emulsionen) die Viskosität mit zunehmender Scherrate abnimmt, während bei scherverdickenden Flüssigkeiten (z.B. Mischungen aus Flüssigkeiten und Feststoffen) die Viskosität mit der Scherrate zunimmt. Dieses Verhalten erfordert eine präzise Anpassung der Rührerdrehzahl an die spezifischen Prozessanforderungen.
Ein weiterer Aspekt, der bei der Auslegung des Mischprozesses berücksichtigt werden muss, sind spezielle Effekte, wie der Barus-Effekt oder der Weissenberg-Effekt, die das Fließverhalten beeinflussen. Die Kenntnis der rheologischen Eigenschaften der Materialien ist unerlässlich, um unerwünschte Phänomene zu vermeiden.
Bei der Verarbeitung hochviskoser Substanzen ist die präzise Steuerung der Materialparameter von entscheidender Bedeutung. Die richtige Wahl des Rührwerks spielt eine zentrale Rolle bei der Vermeidung von Problemen wie unzureichender Wärmeübertragung oder ungleichmäßigem Mischen. Für Substanzen wie Gelatine bietet sich beispielsweise ein Doppelrührwerk an, bestehend aus:
- Rahmenrührer mit Abstreifern: Dieser verhindert das Anhaften des Produkts an den Behälterwänden und sorgt für eine effiziente Wärmeübertragung.
- Paddelrührwerk: Verantwortlich für die Hauptmischbewegung, ermöglicht es bei hohen Geschwindigkeiten eine nicht-laminare Strömung des Mediums, selbst bei großen Viskositäts- und Dichteunterschieden.
Durch die richtige Auslegung und Wahl des Mischsystems können Schwierigkeiten, die beim Mischen von Medien unterschiedlicher Viskosität auftreten, vermieden werden.
