Mischen und Rühren: Grundlagen und moderne Verfahren

Mischen und Rühren......Page 4
Inhalt......Page 8
Vorwort......Page 16
Autorenverzeichnis......Page 18
1.1 Definitionen und Einteilung......Page 20
1.2 Diffusives Mischen......Page 24
1.3 Laminares Mischen......Page 27
1.4 Turbulentes Vermischen und charakteristische Strömungen......Page 28
1.5 Systemkenngrößen und Entmischung......Page 31
1.6 Erfaßbarkeit der Mischvorgänge......Page 32
1.7 Qualitätssicherung und Mischgüte......Page 33
1.8 Ausblick......Page 37
1.9 Literatur......Page 38
2.1 Rührsysteme......Page 40
2.2 Strömungsfelder im Rührbehälter......Page 45
2.3 Förder- und Zirkulationsmengen......Page 50
2.4 Leistungsbedarf von Rührern......Page 51
2.5 Homogenisieren von Flüssigkeitsgemischen......Page 56
2.6 Literatur......Page 62
3.2 Leistungsmessung......Page 64
3.2.2 Wellenleistung......Page 65
3.2.3 Behälterreaktion......Page 68
3.3 Mischzeitmessung [3.8, 3.9]......Page 69
3.3.1 Letzter Farbumschlag......Page 70
3.3.3 Schlierenmethode......Page 72
3.3.5 Probennahme......Page 73
3.3.8 Folgereaktionen......Page 74
3.4.2 Begasen......Page 76
3.4.3 Suspensionen......Page 77
Restlichtmessung......Page 78
Absaug-Sonde......Page 79
3.5.1 Messung der Mischzeit......Page 80
3.6 Literatur......Page 81
4.1 Einleitung......Page 82
4.2.1 LDA – Laser Doppler Anemometrie......Page 83
4.2.2 PDA – Phasen Doppler Anemometrie......Page 87
4.3 Lichtschnittverfahren......Page 88
4.3.1 PIV – Particle Image Velocimetry......Page 89
4.3.2 LIF – Laser Induzierte Fluoreszenz......Page 91
4.4 Tomographische Messverfahren......Page 95
4.4.2 Zweiwellenlängenphotometrie......Page 97
4.4.3 Holographische Interferometrie......Page 100
4.4.4 Elektrische Tomographie......Page 103
4.5 Zusammenfassung......Page 105
4.6 Literatur......Page 107
5.1 Einleitung......Page 110
5.2 Methoden zur numerischen Berechnung turbulenter Strömungen......Page 111
5.3 Diskretisierung der Grundgleichungen......Page 117
5.4 Charakterisierung von Mehrphasensystemen......Page 120
5.5 Numerische Methoden für dichte Mehrphasenströmungen......Page 121
5.6 Numerische Methoden für turbulente Mehrphasenströmungen......Page 123
5.6 Anwendung von numerischen Berechnungsverfahren für Mischprozesse......Page 132
5.8 Literatur......Page 137
6.2 Grundlagen......Page 142
6.2.1 Der Wärmeübergang auf der Innenseite des Rührkessels......Page 144
6.2.2 Modellvorstellungen zum Wärmetransport im Rührkessel bei schleichender Strömung......Page 146
6.2.4 Optimierungskriterien......Page 153
Symbole in Tabelle 6.1......Page 156
6.3 Praktische Beispiele......Page 162
6.4 Literatur......Page 163
7.1 Technische und betriebswirtschaftliche Randbedingungen......Page 166
7.2 Kriterien für die Rührorganauswahl......Page 168
7.3 Energetisch optimierte Apparate......Page 173
7.4 Minimierung der Investitionskosten für Rührwerke, Behälter und Einbauten......Page 176
7.5 Multifunktionsapparate......Page 183
7.6 Monoproduktanlagen......Page 185
7.6 Zusammenfassung......Page 192
7.7 Literatur......Page 193
8.1 Einleitung......Page 194
8.2 Materialverhalten......Page 197
8.3 Leistung......Page 199
8.4 Mischzeit......Page 201
8.5 Auswahl der Mischsysteme......Page 203
8.6.2 Mehrwellige Rührwerke......Page 205
8.6.3 Doppelmuldenkneter......Page 206
8.6.4 Stempelkneter......Page 208
8.6.5 Mischer mit rotierenden Behältern......Page 209
8.6.6 Planetenrührwerke......Page 210
8.6.7 Rührwerksmühlen......Page 211
8.6.8 Einwellige dynamische Durchflußmischer......Page 212
8.6.10 Weitere Mischer für hochviskose Medien......Page 213
8.7 Literatur......Page 214
9.1 Einleitung......Page 216
9.2 Mischvorgänge bei laminarer Strömung......Page 217
9.3 Mischvorgänge bei turbulenter Strömung......Page 221
9.4 Mischgüte......Page 224
9.5 Druckabfall......Page 229
9.6 Verweilzeitverteilung......Page 232
9.8 Mehrphasige Systeme......Page 233
9.9 Wärmeübertragung und Mischreaktoren......Page 235
Aufgabe 2......Page 237
9.11 Literatur......Page 238
10.1 Suspendierzustände und Suspendierkriterien......Page 240
10.2 Leistungsbedarf beim Rühren von Suspensionen......Page 244
10.3 Mechanismen und Modellvorstellungen zum Suspendieren von Feststoffpartikeln......Page 245
10.4 Bestimmung der Suspendierdrehfrequenz......Page 246
10.5 Feststoffverteilung......Page 249
10.7 Homogenisieren......Page 251
10.8 Maßstabsübertragung......Page 252
10.9 Mechanische Aspekte......Page 254
10.10 Literatur......Page 256
11.1 Einleitung......Page 260
11.1.2 Wichtige verfahrenstechnische Parameter......Page 262
11.1.3 Fluiddynamische Grundlagen......Page 263
11.2.1 Beginn der Oberflächenbegasung......Page 266
11.2.2 Gasvolumenanteil......Page 269
11.2.3 Stoffübertragung......Page 272
11.2.4 Rührerleistung......Page 275
11.3.1 Maximaler Gasvolumenstrom......Page 276
11.3.2 Rührerleistung......Page 280
11.3.3 Gasvolumenanteil......Page 281
11.3.4 Stoffübertragung......Page 285
Indizes......Page 288
11.4.2 Literaturverzeichnis......Page 289
11.4.3 Rechenbeispiele......Page 290
12.1 Einführung......Page 294
12.2 Fluiddynamik......Page 298
12.3 Stoffübergang und chemische Reaktion......Page 309
Sonderfälle......Page 316
12.4 Modellierung und Berechnung......Page 323
Energiebilanz......Page 324
12.5 Literatur......Page 329
13.2 Wichtige Eigenschaften von Emulsionen, die durch verfahrenstechnische Maßnahmen maßgeblich gestaltet werden können......Page 332
13.3 Emulsionstypen......Page 334
13.4.1 Tropfenaufbruch in laminarer Strömung......Page 337
13.4.2 Tropfenaufbruch in turbulenter Strömung......Page 338
13.5.1 Physikalische Stabilität von Emulsionen kurz nach dem Tropfenaufbruch......Page 342
13.5.2 Vermeiden von Tropfenkoaleszenz unmittelbar nach dem Tropfenaufbruch......Page 345
13.6.1 Zusammenstellung der Grundverfahren......Page 347
13.6.2.1 Kolloidmühlen......Page 348
13.6.2.2 Zahnkranz-Dispergiermaschinen......Page 349
13.6.3 Hochdrucksysteme......Page 350
Tropfenzerkleinerung im herkömmlichen Hochdruckhomogenisator......Page 351
Tropfenzerkleinerung im Strahldispergator......Page 352
Vergleich der Homogenisierdüsen......Page 353
13.6.4 Emulgieren mit Hilfe von mikroporösen Membranen......Page 355
13.7 Zusammenstellung der unterschiedlichen Emulgiersysteme......Page 356
13.8 Ausblick......Page 357
13.9 Danksagung......Page 358
13.10 Literatur......Page 359
14.2 Eigenschaften nicht-newtonscher Fluide......Page 362
14.3 Einfluss der nicht-newtonschen Fluideigenschaften auf das Strömungsfeld......Page 367
14.4 Homogenisieren nicht-newtonscher Fluide......Page 369
14.4.1 Beeinflussung der Leistungscharakteristik......Page 370
14.4.2 Beeinflussung der Mischzeitcharakteristik......Page 375
14.5.1 Tropfenaufbruch bei newtonschen Phasenanteilen......Page 378
14.5.2 Tropfenaufbruch bei nicht-newtonschen Phasenanteilen......Page 380
14.6 Bedeutung der nicht-newtonschen Fluideigenschaften bei den weiteren Rühraufgaben......Page 387
14.7 Zusammenfassung und Ausblick......Page 389
14.8 Literatur......Page 390
15.2 Gegenstand und Eigenschaften biotechnologischer Prozesse......Page 394
15.3 Wichtige Rühraufgaben in der Biotechnologie......Page 395
15.4.1 Grundzüge von Fermentationen......Page 396
15.4.2 Stoffeigenschaften von Fermentationsmedien......Page 398
15.5.2 Standardreaktoren......Page 400
15.6 Grundzüge der Auslegungsunterlagen für Rührfermenter......Page 401
15.6.1 Leistungseintrag......Page 402
15.6.2 Vermischung der Flüssigphase......Page 404
15.6.3 Vermischung der Gasphase......Page 405
15.6.4 Wärmetransport......Page 407
15.6.5 Stofftransport: gasförmig-flüssig......Page 408
15.6.6 Scherbeanspruchung......Page 411
15.6.7 Berücksichtigung der nicht-Newtonschen Eigenschaften......Page 412
15.6.8 Rührerauswahl und Maßstabsübertragung......Page 413
15.6.9 Reaktormodellierung......Page 414
15.7 Ursachen der Probleme bei der Dimensionierung von Bioreaktoren......Page 415
15.8.1 Polymerfermentation......Page 416
15.8.2 Fermentation mit mycelbildenden Mikroorganismen......Page 418
15.8.3 Fermentation mit tierischen Zellen......Page 419
15.9 Literatur......Page 422
16.1 Allgemeines......Page 424
16.2 Möglichkeiten der Produktionserhöhung......Page 425
16.3 Theoretische Überlegungen......Page 428
16.4 Prinzipielle Aussagen......Page 434
16.5 Allgemeine Strategie......Page 435
16.6.1 Übergeordnete Ziele......Page 439
16.6.2 Reaktionskinetische Ziele......Page 440
16.6.3 Verfahrenstechnische Ziele......Page 441
Register......Page 444
Errata......Page 450