Versuchsdurchführung
Die Versuchsdurchführung umfasst alle Schritte von der Zieldefinition bis hin zur strukturierten Auswertung der Daten. Das Ziel besteht darin, belastbare, vergleichbare und skalierbare Ergebnisse zu erzeugen. Zu Beginn werden die Zielsetzung und die Versuchsparameter festgelegt. Dazu gehören Stoffdaten, die Apparatekonfiguration, die Prozessbedingungen und die Messgrößen. Alle Parameter werden definiert, eingestellt, kontinuierlich überwacht und dokumentiert. Abweichungen vom Sollwert werden zusammen mit ihrer Ursache, Dauer und Intensität erfasst.
Die Datenerfassung erfolgt systematisch und häufig unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE). So lassen sich Haupteinflüsse und Wechselwirkungen identifizieren. Die Reproduzierbarkeit wird durch Wiederholversuche überprüft und mithilfe von Kenngrößen wie der Standardabweichung oder dem Konfidenzintervall bewertet.
Während der Durchführung werden verfahrenstechnische Zusammenhänge kontinuierlich geprüft. Die übertragene Wärmeleistung lässt sich beispielsweise berechnen mit der Formel:
Q˙= m˙⋅ cp ⋅ ΔT
- Q˙ ist die Wärmeübertragungsrate
- m˙ ist der Massenstrom des Wärmeträgers
- c_p ist die spezifische Wärmekapazität
- ΔT ist der Temperaturunterschied
Erfolgt die Wärmeübertragung über eine Fläche, gilt näherungsweise
Q˙= U⋅ A⋅ ΔT_log
- U ist der Gesamtwärmeübergangskoeffizient aus Konvektion, Wandleitung und Konvektion
- A ist die Wärmeübertragungsfläche
- ΔT_log ist die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz.
Zur Übertragbarkeit der Ergebnisse werden dimensionsanalytische Betrachtungen herangezogen. Die Reynolds-Zahl beispielsweise charakterisiert das Strömungsregime einer Flüssigkeit:
Re = ρ⋅ v⋅ L / μ
- Re ist die Reynolds-Zahl
- ρ ist die Dichte
- v ist die charakteristische Geschwindigkeit
- L ist die charakteristische Länge
- μ ist die dynamische Viskosität
Die Nusselt-Zahl beschreibt die konvektive Wärmeübertragung:
Nu = α · L / λ
- Nu ist die Nusselt-Zahl
- α ist der Wärmeübergangskoeffizient
- L ist die charakteristische Länge
- λ ist die Wärmeleitfähigkeit
Die Newton-Zahl beschreibt die viskose Strömung und dient als dimensionslose Leistungskennzahl für Rührer.
Ne = P / (ρ⋅n³⋅D⁵)
- Ne ist die Newton-Zahl
- P ist die Leistung
- n ist die Drehzahl
- D ist der Rührerdurchmesser
Die klassischen dimensionslosen Kennzahlen wie die Reynolds-, Nusselt- oder Newton-Zahl gelten vor allem für Flüssigkeiten und Gase. Schüttgüter verhalten sich deutlich komplexer, da hier die Partikelgröße, die Kornform, die Reibung, die Kohäsion und die Agglomeration eine Rolle spielen. Allgemein gültige Kennzahlen sind daher nur selten anwendbar.
Praxisnahe Mischversuche im amixon® Technikum bilden das reale Produktverhalten im Originalaggregat ab. Sie liefern direkte Aussagen zu Homogenität, Schonung, Entmischungsneigung und Prozessfenstern. Sie schaffen eine belastbare Basis für die Auslegung und das Scale-up und dienen der Risikominimierung.
Die Aufstellung von Testmischern beim Kunden ist erforderlich, wenn reale Edukteigenschaften wie Frische, Temperatur, Sterilität oder Atmosphärenausschluss im Technikum nicht abgebildet werden können.