Fachgruppe Mischvorgänge

Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume, Berlin
Stellvertretender Vorsitzender: Dr. Rainer Krebs, Schopfheim

I. Ziele

Die Fachgruppe befasst sich mit den technisch-wissenschaftlichen Problemen der Mischvorgänge in Stoffsystemen, in denen die Hauptkomponente als Feststoff, Paste oder als niedrig- bis hochviskose Flüssigkeit vorliegt. Auf allen Gebieten wird angestrebt:

• die grundlegenden Phänomene zu untersuchen,
• experimentell gestützte Kriterien zur Maßstabsübertragung und zur Auslegung von Maschinen und Apparaten zu erarbeiten,
• mathematische Modelle zur Beschreibung der wichtigsten Apparate der Mischtechnik zu entwickeln.

Die Fachgruppe versteht sich als Plattform für den Erfahrungsaustausch zwischen Industrie, Hochschulen und Forschungseinrichtungen mit folgenden Zielstellungen:

• Erfassung des Stands des Wissens und der Technik,
• Diskussion von Entwicklungstrends,
• Erörterung gemeinsamer Problemstellungen,
• Präsentation apparativer Neuentwicklungen,
• Nachwuchsförderung.

II. Schnittstellen zu anderen Gremien

Die besonderen Herausforderungen für die Mischtechnik resultieren aus den höchst individuellen Randbedingungen der konkreten Aufgaben. Daher existieren zahlreiche Schnittstellen mit anderen Fachgruppen. Besonders intensiv sind die Verbindungen zur chemischen Reaktionstechnik sowie zur Wärme- und Stoffübertragung. Da überwiegend mehrphasige Systeme zum Einsatz kommen, bestehen deutliche Überschneidungen zu den Mehrphasenströmungen. Aufgrund der immer weiter angewachsenen Bedeutung der Simulation wird in zunehmendem Maß die Computational Fluid Dynamics zur Lösung von Mischproblemen eingesetzt. Zur Intensivierung des fachlichen Austauschs mit den benachbarten Fachdisziplinen bzw. Fachgruppen finden in regelmäßigen Abständen gemeinsame Sitzungen mit speziell ausgewählten, übergreifenden Themen statt.

III. Arbeitsschwerpunkte

• Rührtechnik
  Das Arbeitsgebiet „Mischvorgänge mit einer niedrigviskosen Flüssigkeit als Hauptkomponente“ ist das Gebiet der klassischen Rührtechnik mit folgenden Hauptaufgaben: Homogenisieren, Suspendieren von Feststoffen, Dispergieren von Gas oder einer zweiten, nicht mischbaren Flüssigkeit sowie Wärme- und Stoffübertragung.
• Mischen mit Feststoffen, Pasten oder hochviskosen Flüssigkeiten Vielfach ist der Einfluss der relevanten Stoffeigenschaften der Einsatzkomponenten unbekannt. Aufgrund dieses noch mangelhaften Wissens bestehen Probleme bei der Apparateauswahl sowie insbesondere bei der Maßstabsübertragung.
• Mikro- und Minimischer
  Neu- und Weiterentwicklung von Konzepten, Erweiterung des Anwendungsbereichs, detaillierte Analyse der ablaufenden Vorgänge zum verbesserten Verständnis auf Basis von Simulationen und hoch auflösenden Messtechniken.
• Sondergebiete
  Rückvermischungsvorgänge in chemischen und biologischen Reaktoren sowie Apparaten, statische Mischer einschl. der zugehörigen Prozesse, Apparatetechnik, Neuentwicklungen von Misch- und Rührsystemen, Messtechnik.
• Modellbildung und Simulation
  Beschreibung und quantitative Erfassung der Mischvorgänge auf verschiedenen Skalen, Entwicklung geeigneter mathematischer Modelle z.B. für Impuls-, Wärme- und Stoffaustauschvorgänge, Kopplung Mischung chemische Reaktion, Einsatz geeigneter Software.

IV. FuE-Schwerpunkte

Die Triebfeder für weitere Entwicklungen in FuE ergibt sich aus dem Zwang zur weiteren Effizienzsteigerung technischer Maschinen und Apparate im Zuge der Prozessintensivierung. Dies führt vielfach dazu, dass Mischprobleme eine zunehmende Bedeutung gewinnen. Die vor diesem Hintergrund konzipierten Apparate, in denen teilweise mehrere Verfahrensschritte parallel ablaufen, werden zwangsläufig immer komplexer aber auch immer spezifischer. Hier fehlt es nach wie vor an einem geeigneten methodischen Vorgehen, um von einer konkreten Aufgabenstellung systematisch und effizient zu einer technischen Lösung zu kommen. Im Bereich der Mikromischer werden weitere Entwicklungen bzw. Ausdehnungen des Anwendungsfeldes stattfinden. Reaktoren für die Zellkulturtechnik stellen eine große Herausforderung dar, da Mischvorgänge mit geringstem Energieeintrag erfolgen müssen. Wesentlich für alle technischen Weiterentwicklungen werden eine zunehmende theoretische Durchdringung der Mischvorgänge auf den verschiedenen Längenskalen (Mikro- und Makromischung) und ihre Kopplung z.B. mit chemischen Reaktionen sowie hierfür noch zu entwickelnde Simulationsmethoden sein. Für den Erkenntnisgewinn und die Validierung entsprechender Simulationen wird die weitere Verfeinerung geeigneter, örtlich und zeitlich hoch auflösender Messtechniken von erheblicher Bedeutung sein.

April 2007