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Prozess Technologie

Einphasiges Mischen von Flüssigkeiten (L-L)

Beim einphasigen Mischen von Flüssigkeiten werden zwei mischbare Flüssigkeiten miteinander vermischt, um eine einzige Flüssigkeitsmischung zu bilden. Die Intensität der Vermischung zweier Flüssigkeiten hängt von den Volumenanteilen der Flüssigkeiten im Endprodukt sowie von den Dichten und Viskositäten der Flüssigkeiten ab. Die Moleküle der beiden Flüssigkeiten lösen sich ineinander auf, wodurch eine einzige homogene Phase entsteht. Je nach dem Grad der Vermischung können verschiedene Grade der Vermischung zwischen zwei Flüssigkeiten erreicht werden. Eine typische Anwendung dieser Art von System ist die Vermischung verschiedener Benzinrohstoffe, um das richtige Reaktionsgemisch zu erhalten.

Mehrphasiges Mischen/Emulgieren von Flüssigkeiten (L – L)

Emulgieren ist der Vorgang, bei dem zwei nicht mischbare Flüssigkeiten miteinander vermischt werden. Flüssigkeiten sind oft aufgrund der Polarität der beteiligten Moleküle nicht mischbar. Wasser ist zum Beispiel eine sehr polare Flüssigkeit, während Hexan aufgrund der Kohlenstoffkette sehr apolar ist. Die Moleküle der verschiedenen Flüssigkeiten neigen dazu, zusammenzubleiben, anstatt eine Mischung zu bilden. Zwei nicht mischbare Flüssigkeiten können gemischt werden, indem eine der Flüssigkeiten in eine Phase mit extrem kleinen Teilchen verwandelt wird. Diese Partikel werden in der anderen kontinuierlichen Flüssigkeitsphase dispergiert, um einen homogenen Mehrphasenstrom zu erzeugen. Diese mehrphasigen Ströme erfordern kontinuierliches Mischen, da die Partikel dazu neigen, zu agglomerieren und sich von der kontinuierlichen flüssigen Phase zu trennen. Beispiele für Emulgierprozesse sind die Herstellung von Mayonnaise und Milch.

Solvatisierung von Feststoffen (S – L)

Bei diesem Prozess werden Feststoffe in einer Flüssigkeit aufgelöst, so dass eine neue Lösung aus Lösungsmittel und gelösten Molekülen entsteht. Häufig wird bei diesen Prozessen ein Molekül in seine entsprechenden Ionen dissoziiert. Die Ionen werden durch das Lösungsmittel stabilisiert und bilden eine Lösung. Mischer haben in solchen Systemen eine doppelte Funktion. Mischer können Kristalle/Pulver spalten und so die Kontaktfläche zwischen Lösungsmittel und Feststoff vergrößern. Darüber hinaus kann der Mischer die festen und gelösten Moleküle über die Lösungsmittelphase verteilen, um eine gleichmäßige Konzentration zu erreichen. Beispiele für Anwendungen sind die Solvatisierung von Glukosekristallen und das Auflösen von Salzen.

Gasdispersion (G – L)

Eine Dispersion kann auch aus einer Gasphase bestehen, die in einer flüssigen, kontinuierlichen Phase suspendiert ist. Das Gas wird in die flüssige Phase am Boden des Tanks eingeblasen. Die Gasdispersion kann die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit vergrößern, indem sie die Gasblasen in mehrere kleinere Blasen aufteilt. Der Mischer sorgt außerdem für eine gleichmäßige Verteilung des Gases in der flüssigen Phase. Außerdem sorgt der Mischer für eine gleichmäßige Verteilung über die flüssige Phase und kann die Kontaktzeit aufgrund der induzierten Strömungsprofile erhöhen. Diese Systeme werden häufig bei mehrphasigen Reaktionen von Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt. In der Regel löst sich das Gas in der Flüssigkeit, so dass es mit dem Reaktanten in der Flüssigkeit reagieren kann. Kontaktfläche und -zeit sind wichtig, da der Massentransfer oft durch den Übergang vom Gas zur Flüssigkeit begrenzt wird.

Wärme- und Energieübertragung

Alle anderen beschriebenen Prozesse sind Beispiele für Mischer, die Probleme beim Stoffaustausch lösen. Rührwerke können jedoch auch bei der Übertragung von Energie (Wärme) helfen. Dies ist vor allem in flüssigen Phasen der Fall, wo die Wärmeübertragung durch Rühren erheblich verbessert werden kann. In einer stagnierenden Flüssigkeit erfolgt die Energieübertragung durch Diffusion und freie Konvektion in der Phase. Durch das Rühren der flüssigen Phase werden Strömungsprofile erzeugt, die die Energieübertragung aufgrund der zusätzlichen erzwungenen Konvektion im System stimulieren. Außerdem wird die Flüssigkeit im Transferbereich schnell ersetzt, da die Strömungsprofile die Flüssigkeit im gesamten Tank umverteilen.

Mehrphasiges Mischen (G – L – S)

Dreiphasensysteme bestehen aus einer festen, flüssigen und gasförmigen Phase. Auch in diesen Dreiphasensystemen können Mischer eingesetzt werden. Der Mechanismus und der Zweck des Mischens bleiben derselbe wie bei Zweiphasensystemen. Es kommt jedoch ein weiteres Designelement für Mischer hinzu, da man für mehrere Phasen optimieren muss. Eine typische Anwendung eines Dreiphasensystems ist ein Slurry-Hydrierungsreaktor im Fischer-Tropsch-Verfahren. Gasförmiger Wasserstoff wird durch die flüssige Kohlenwasserstoffphase geblasen. Die Kohlenwasserstoffe und der Wasserstoff reagieren an der Oberfläche eines festen Katalysators zu höheren Kohlenwasserstoffen zusammen.