Celem procesu mieszania jest otrzymanie jednorodnych roztworów, emulsji i zawiesin lub też intensyfikacja procesów wymiany ciepła bądź wymiany masy. Na jakość tego procesu oraz finalny efekt wpływa wiele czynników. Niektóre z nich można regulować, inne poddają się modyfikacji tylko w określonym stopniu. Do tych drugich zaliczają się własności materiałowe substancji, takie jak gęstość i lepkość, których dobra znajomość pozwala na właściwe zaprojektowanie procesu mieszania.
Gęstość cieczy (pomijając rtęć) i ich mieszanin zawiera się w przedziale od około 620 kg/m3 (izopentan) do około 3100 kg/m3 (brom). W literaturze nie wyróżnia się klas gęstości cieczy, a jedyny podział związany jest ze stanami skupienia materii. Gęstość zmienia się w zależności od temperatury, ale różnice wartości są bardzo małe i przeważnie nie mają znaczenia w prowadzeniu procesów mieszania substancji homogenicznych. Gęstość jest szczególnie ważna w kontekście obliczania mocy mieszania w ruchu turbulentnym, w którym dominują czynniki dynamiczne, a te z kolei zależą od masy substancji. W przypadku ciał stałych masa jest ich własnością oczywistą. Z kolei w przypadku płynów funkcję masy przejmuje gęstość, rozumiana jako masa jednostkowej objętości substancji.
Kluczowym parametrem materiałowym cieczy i ich mieszanin jest lepkość dynamiczna. Tu zakres wartości jest znacznie szerszy, a wpływ temperatury istotniejszy. Jedną z cieczy o najmniejszym tarciu wewnętrznym jest aceton, którego lepkość dynamiczna wynosi około 0.304×10-3 Pa·s. Górny próg lepkości dynamicznej praktycznie nie istnieje, co dobrze ilustrują słowa Heraklita „panta rei”. Przykładowo lepkość dynamiczna smoły, uważanej za jedną z najbardziej lepkich substancji, wynosi około 1×1011 Pa·s. Jest to tak duża wartość, że w słynnym australijskim eksperymencie jedna kropla smoły spada średnio raz na 10 lat. Duża lepkość powoduje, że mieszanie takich substancji odbywa się w ruchu laminarnym. Im większa jest lepkość substancji, tym większe jest tarcie, tym więcej wydziela się ciepła i tym większa musi być moc mieszania.
Oprócz samej wartości lepkości dynamicznej – dla której, poza wybranymi branżami, nie definiuje się klas zakresów wartości – duże znaczenia w mieszaniu cieczy ma tzw. model płynu: niutonowski, gdy naprężenia ścinające są liniową funkcją szybkości ścinania, lub nieniutonowski, gdy jest inaczej. Szybkość ścinania należy rozumieć jako lokalną różnicę prędkości w sąsiadujących ze sobą elementach lub warstwach płynu. Oznacza to, że nawet jeśli jakaś substancja posiada bardzo wysoką lepkość, ale się nie porusza, to tarcie w niej nie występuje. Ponadto płyny nieniutonowskie mogą mieć stałą lub zmienną lepkość w czasie.
W kontekście mocy mieszania ważny jest jeszcze podział na płyny rozrzedzane ścinaniem (np. część farb, większość emulsji, ścieki, smary) oraz na płyny zagęszczane ścinaniem (np. mieszaniny cieczy i cząstek stałych). Dla tych pierwszych lepkość zmniejsza się wraz ze wzrostem prędkości ścinania, dla drugich lepkość wzrasta wraz z prędkością ścinania. Ma to wpływ na prędkość mieszania. W przypadku płynów rozrzedzonych ścinaniem korzystniej jest prowadzić proces mieszania przy większych obrotach mieszadeł, z kolei dla płynów zagęszczonych, przy mniejszych.
Innym ograniczeniem projektowym lub procesowym może być występowanie w niektórych substancjach efektów specjalnych, takich jak efekt Barusa (pęcznienie płynu po wypływie z dyszy lub szczeliny) albo efektu Weissenberga (efekt odwrotny do tworzenia się leja). Zagadnienia dotyczące plastycznej deformacji oraz płynięcia materiałów są tak obszerne, że stanowią oddzielny obszar nauki zwany reologią.
Kluczem do poprawnego zaprojektowania mieszalnika przeznaczonego do mieszania substancji o dużych lepkościach jest dokładne zmierzenie ich parametrów materiałowych. Należy także poznać ich specyficzne cechy i właściwości, a także określić wszystkie występujące w procesie mieszania ograniczenia procesowe i technologiczne. Mając odpowiednią wiedzę można zapobiec problemom często występującym przy mieszaniu cieczy o różnej lepkości. Pomaga w tym zastosowanie odpowiedniego systemu mieszadeł. Przykładowo dla substancji takich jak żelatyna bardzo dobrze sprawdza się zastosowanie podwójnego systemu mieszadeł, składającego się z:
- mieszadła ramowego ze skrobakami, które zapobiega rozwarstwianiu się produktu. Skrobaki zapobiegają przypalaniu/przyczepianiu się produktu do ścian zbiornika. Zapewniają dobry transfer ciepła podczas podgrzewania lub chłodzenia (wymusza przeniesienie najbliższych warstw produktu z płaszcza grzewczego do wnętrza mieszalnika).
- mieszadła łopatkowego, które odpowiada za główny proces mieszania. W zależności od prędkości obrotowej zapewnia nielaminarny ruch produktu. Stosowane w pełnym zakresie lepkości i gęstości. W zależności od konstrukcji zapewnia możliwość mieszania małych objętości produktu nawet w dużych objętościach.
