Stoffvereinigen

Das Mischen ist die Umkehrung der Trennung und eine Grundoperation in der mechanischen Verfahrenstechnik. Es dient der Vereinigung von mindestens zwei Ausgangsstoffen, die über unterschiedliche Eigenschaften verfügen, zu einem neuen Stoff.

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 Händwaschen (Mischarmatur), im Bauwesen (Betonmischer, „Mischmaschine“) und bei vielen industriellen Verfahrenschritten.

Begriffsbestimmung

Mischen dient zur Vereinigung von mehreren Ausgangsstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften und meist auch in unterschiedlichen Zusammensetzungen zu einem neuen Stoff, einem Gemisch (Gemenge). Ziel ist die Erreichung einer möglichst hohen Homogenität des neuen Stoffs.

Kriterien eines Mischprozesses

Für die Beurteilung verschiedener Mischverfahren und Mischgeräte ist außerdem wichtig, das der Mischprozess in einer möglichst kurzen Zeit abläuft und dabei einen gewünschten Homogenitätsgrad zuverläßig erreicht.

Bei Stoffen, die sich nicht spontan homogen vermischen, ist es wichtig, dass der Mischer möglichst viel Relativbewegung in das zu mischende Gut einbringt. Die Mischwerkzeuge des Mischers beschleunigen die Partikel des Mischguts idealerweise dann so, dass sich Intensität und Richtung des Krafteintrags ständig verändern. Wenn dies nicht der Fall ist, spricht man vom Rührer. Ein Rührer dient nur dazu einen Stoff in Bewegung zu bringen und in Bewegung zu halten (Ausnahme hier sind Rührer mit sogenannten Stromstörern). Eine Sonderform ist der Kneter; in diesem Fall findet zusätzlich eine vorübergehende Verdichtung des Stoffs statt.

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.

w1	Konzentration eines Stoffes in einem Gemisch
w2	Konzentration desselben Stoffes in einem anderen Gemisch
m1	Masse des 1.Gemisches
m2	Masse des 2.Gemisches
wM	Konzentration der neu entstehenden Mischung (Zielkonzentration)
mgesamt = m1 + m2
$w_1\cdot m_1+w_2\cdot m_2=w_M\cdot \left(m_1+m_2\right)$

Verfahren und Geräte

Es gibt eine Vielzahl von Mischern, die charakterisiert werden nach:

• Bauform: z.B. Doppelwellen-Chargenmischer, Trommelmischer, Tellermischer, Pflugschar-Mischer
• Mischwerkzeuge: z.B. Paddelmischer, Schneckenbandmischer
• Verfahrenstechnik: z.B. Freifallmischer, Axialmischer, Radialmischer, Zwangsmischer
• Mischprodukt: z.B. 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:
  • Horizontal Mischer (horizontal gelagerte Mischwelle oder Mischwellen)
  • Vertikal Mischer (vertikal gelagerte Mischwelle oder Mischwellen)
• nach der Anzahl der Mischwellen:
  • Einwellenmischer
  • Doppelwellenmischer
  • Mehrwellenmischer
• nach der Form und Beschaffenheit des Mischraums:
  • Trommelmischer
  • Tellermischer oder Ringtrogmischer
  • Rohrmischer
  • Trogmischer
  • Konusmischer
  • Vakuummischer
  • Gasstrahlmischer

Liste von Mischgeräten nach der Anwendung/Branchenverwendung

• Betonmischer
• Suspensionsmischer
• Labormischer
• Pharmamischer
• Trockenstoffmischer

Literatur

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