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Scale-up

Trotz einer immer breiteren Wissensbasis hinsichtlich der physikalischen Vorgänge im Rührkessel und der anwendungstechnischen Eigenheiten sind in vielen Fällen Versuche zur Auslegung von Rührsystemen unabdingbar. Mit Hilfe der Regeln für die  Maßstabsübertragung können aus den Erkenntnissen der Labor- oder Technikumsversuche die Produktionsanlagen ausgelegt werden. In den Labor-  und Pilotanlagen weisen die Rührbehälter typische Größenordnungen von 5 bis 100 Litern auf, bei großen Maßstabsfaktoren auch einige Kubikmeter. Die Zielgrößen der Produktionsanlagen  liegen in der Spezialitätenchemie und für formulierte oder kosmetische Produkte bei 1 – 100 m³, während Reaktoren für Massenprodukte und Fermentern den Bereich bis zu 1000 m³ einnehmen können. In der Erzverarbeitung liegen die Behältergrößen noch deutlich darüber. Die Hochrechnung zur Auslegung des Betriebsmaßstabs, im Englischen auch als „scale up“ bezeichnet, darf einerseits nicht zu teuren Über-Auslegungen führen, andererseits muss die Betriebssicherheit bei allen Bedingungen erfüllt sein. Ekato hat das umfassende Know How, die  sichere und zielgenaue Auslegung von Rührprozessen vorzunehmen, wobei auf Erfahrungswerte, Versuchsergebnisse und numerische Simulationen zurückgegriffen wird.

Um Versuche im Technikumsmaßstab sinnvoll zu gestalten, muss zunächst das geplante Betriebskonzept auf einen Modellmaßstab angepasst werden (’scale down’). Hierbei ist möglichst eine geometrische Ähnlichkeit der wesentlichen Bauteile anzustreben. Dann müssen aus den vielschichtigen Anforderungen die auslegungsrelevanten Parameter herausgearbeitet werden, an denen sich dann das Versuchsprogramm ausrichtet. Beispiele wären der Stoffübergang aus der Gasphase, ein chemischer Umsatz, erzielbare Homogenitäten oder die Stabilität von Emulsionen. Die Versuchsergebnisse zeigen, wie diese Parameter eingestellt werden können. 

Basis für die Hochrechnung sind neben den allgemeinen physikalischen Gesetzmäßigkeiten insbesondere die maßstabsunabhängigen Kennzahlen und Charakteristiken auf Basis der Ähnlichkeitstheorie. Auch die numerische Strömungssimulation CFD trägt heute in zunehmendem Maße zur Auslegung von Betriebsanlagen bei, da sie vergleichende Untersuchungen von Strömungsvorgängen in den verschiedenen Maßstäben ermöglicht. Bei komplexen Prozessen und Anlagen und insbesondere kontinuierlicher Fahrweise baut der Verfahrens- oder Lizenzgeber häufig eine Pilotanlage, die die Betriebsanlage im verkleinerten Maßstab mit allen Stoff- und Energieströmen abbildet. Hier können abschließend alle zur Hochrechnung erforderlichen Parameter in ihrem Zusammenspiel untersucht und festgelegt werden. Ekato liefert hierfür die Komponenten für die rührtechnischen Grundoperationen, vom einzelnen Rührorgan bis zu funktionsfähigen Einheiten. 

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