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Begriffe aus dem täglichen Leben
Viskosität
Die Viskosität einer Substanz ist, bis auf Ausnahmen, von der Temperatur abhängig. Das kennt jeder, der schon einmal während eines ausgedehnten Frühstücks im Sommer seine Brötchen mit Butter schmierte. Zunächst ist die Butter kaum zu strei- chen, da sie aus dem Kühlschrank kommt, doch nach einiger Zeit fließt sie bei Be- rührung mit dem Messer nur so dahin.
Was heißt das für die rheologischen Eigenschaften? Die Viskosität von Butter nimmt mit steigender Temperatur ab. Auch bei gleich bleibender Temperatur ist die Viskosi- tät keine Konstante, sondern nimmt durch die Scherbelastung (z. B. beim Streichen auf das Brötchen) ab.
Die Viskosität ist eine Messgröße, die sowohl von der Temperatur, als auch von der Scherbelastung abhängig ist. Was folgt nun daraus? Zunächst einmal sollte bei Vis- kositätsangaben immer darauf geachtet werden, dass dieViskosität entsprechend DIN (z.B.53019) gemessen wird die Schergeschwindigkeit und dieTemperatur an gegeben sind.
Dichte
DIE DICHTE EINER SUBSTANZ IST DER QUOTIENT AUS MASSE UND VOLUMEN. ES HÄNGT VON DER TEMPERATUR UND DEM DRUCK GASEN.
Masse pro Volumen eines Gemenges aus einem körnigen Feststoff und einem kontinuierlichen Fluid, welches die Hohlräume zwischen den Partikeln ausfüllt. Das Fluid kann auch Luft sein. Die einzelnen Komponenten dürfen sich nicht ineinander lösen.
Homogenes Gemisch aus mindestens zwei chemischen Stoffen. Das Auflösen ist ein physikalischer Vorgang.
Heterogenes Gemenge aus mindestens zwei Stoffen.
Heterogenes Stoffgemisch
Von Suspendieren in der Rührtechnik spricht man, wenn Feststoffe in einer Flüssigkeit verteilt werden. Beim Suspendieren ist das Ziel häufig nicht allein das Aufwirbeln und Verteilen des Feststoffes , sondern darüber hinaus die Durchführung von Wärme und Stoffaustauschvorgängen. Beispiele sind die heterogene Katalyse, die Kristallisation und das Auflösen von Salzen. Diese Austauschvorgänge lassen sich durch ein turbulentes Strömungsfeld entscheidend verbessern, wozu das Rührwerk mit hohen Turbulenzgraden ideale Voraussetzungen bietet.
Fein verteiltes Gemisch zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten (z.B. Milch, kosmetische Cremes)
Als exotherm bezeichnet man eine chemische Reaktion, bei der Energie, z. B. in Form von Wärme, an die Umgebung abgegeben wird.
Endotherme Reaktion
Bei einer exothermen Reaktion ist die so genannte Reaktionsenthalpie negativ. Die Enthalpie ist die Summe aus der inneren Energie eines Systems und dem Produkt aus Druck und Volumen. Sie ist der Wärmegehalt in einem System bei konstantem Druck.
Mischen
Vom Mischen mit einem Rührwerk spricht man, wenn eine turbulente Strömung vorliegt.
Von Rühren spricht man, wenn eine laminare Strömung vorliegt.
Homogenisieren
Unter Homogenisieren versteht man das Vermischen von ineinander löslichen Flüssigkeiten bis zu einem bestimmten Homogenitätsgrad oder das Aufrechterhalten der Homogenität für die Durchführung einer Reaktion.
Ein Mischorgan hat die Aufgabe, die Volumina der zu vermischenden Komponenten in kleine Elemente aufzulösen und sie innerhalb des Mischraumes so zu bewegen, dass zwar keine Idealverteilung , aber doch eine „stochastische Homogenität“ erreicht wird.
Begasung mit Rührwerken
Das Gas wird entweder durch selbstansaugende Hohlrührer oder durch gesonderte Gaszufuhr in einer Flüssigkeit verteilt.
Rheologie / Fließverhalten / Ideal Zähflüssig Fließverhalten
Sogenannte Newtonsche Flüssigkeiten weisen ein proportionales Fliessverhalten auf. Die Viskosität ist eine Material-Konstante. Beispiele sind Wasser, Speiseöl und Trinkmilch.
Pseudoplastisches Fließverhalten
Das Fliessverhalten von Stoffen hängt von deren physikalisch-chemischen Eigenschaften ab, wie z.B. von der Form und Anordnung der Moleküle, der Konzentration, der Temperatur und der Vernetzung. Bei Zugabe von Füllstoffen zu einem reinen Lösungsmittel wird sich eine Erhöhung der Viskosität und eine veränderung im Fliessverhalten einstellen. Hochmolekulare Stoffe in Lösung sowie auch Schmelzen weisen mit zunehmender Schubspannung im allgemeinen eine Viskositätsabnahme auf. Ein solches Fliessverhalten wird als pseudoplastisch bezeichnet. Beispiel Kondensmilch.
Bei dispersen Systemen kann sich je nach Konzentration, Grösse und Form oder Ladung ein Fliessverhalten einstellen, welches Abweichungen vom idealviskosen Verhalten zeigen kann. Bei Erhöhung der Konzentration durch Zugabe von Feststoffen mit angenähert kugeliger Form wird sich sehr bald eine sogenannte Fliessgrenze einstellen. Bei Schubspannungswerte, welche kleiner als die Fliessgrenze sind, verhält sich ein disperses System wie ein fester Körper und ist als solcher plastisch verformbar. Zum Fliessen kann ein solches Gemisch erst kommen, wenn die Fliessgrenze überschritten ist. Beispiel: Schokoladenmasse, Eiweiss, Zahnpasta, Salben, Schmierstoffe.
Suspensionen, welche durch Umrühren immer dickflüssiger werden, d.h. mit zunehmender Schubspannung eine überproportionale Zunahme der Viskosität aufweisen, werden als dilatant bezeichnet. Bei sehr grossen Schubspannungen kann die Viskosität sogar unendlich gross werden, was zu einem Bruch in der Substanz führt.
Beispiel: Stärke in Wasser, Sand am Strand, Bodensatz von Ölfarben.
Als thixotrop wird eine Substanz bezeichnet, deren Viskosität in Funktion der Scherzeit abnimmt, wobei vorausgesetzt wird, dass sich strukturelle Gefüge nach einer bestimmten Ruhezeit wieder auf den ursprünglichen Zustand rückbildet. Es handelt sich dabei um eine reversible Gel-Sol-Umwandlung.
Beispiel: Kaolinit.
Irreversible Fließverhalten (Unechte thixotrope):
Gewisse Substanzen sind nicht als thixotrop zu bezeichnen, da sich nach der destruktiven Phase kein Wiederaufbau des Gerüstes einstellt. Die Struktur eines solchen Materials wird durch die aufgedrückte Schubspannung irreversibel verformt, sodass kein Gel-Aufbau mehr stattfinden kann und sich als Folge eine scherzeitbedingte Viskositätsveränderung einstellt.
Beispiel: Joghurt.
