Rührkessel

Ein Rührkessel ist ein chemischer Apparat, der aus Rührwerk und Behälter besteht. Bei innerem Druck über 0,5 bar ist dieser Behälter ein Druckgerät im Sinne der Druckgeräterichtlinie 97/23/EG und der Hersteller hat die grundlegenden Sicherheitsanforderungen dieser Richtlinie einzuhalten.

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Aufbau

Der klassische Aufbau ist:

• ein Behälter aus senkrechter zylindrischer Zarge und gewölbtem Boden (oft Korbbogenboden oder Klöpperboden),
• ein meist gewölbter Deckel, der mit einem Flansch an der Zarge befestigt ist,
• ein Rührwerk mit Welle, Rührer und gegebenenfalls an der Wandung angebrachten Stromstörern,
• eine sogenannte Laterne auf dem Deckel, in der Lager, Wellendichtungen, Getriebe und Antrieb zusammengefasst sind,
• Flansche für Inspektion (Mannloch), Zu- und Abflüsse,
• ein Doppelmantel oder Rohrschlangen für das Temperieren.

In der chemischen Industrie dominiert der aus Stahl gefertigte Rührkessel mit wenigen Kubikmetern Inhalt als Vielzweckreaktor. Er wird häufig chargenweise betrieben, aber auch mit kontinuierlichem Zu- und Abfluss in Reihe mit anderen Apparaten oder als Rührkesselkaskade.

Rührkessel werden auch in Größen von wenigen Litern als Labor- oder Technikumsgerät oder (in anderer Konstruktion) von mehreren 100 Kubikmetern Inhalt als Mischbehälter betrieben.

Rührkessel sind zum Schutz vor Korrosion häufig emailliert, mit Kunststoff-Linern ausgekleidet, verbleit oder aus Edelstahl, glasfaserverstärktem Kunststoff oder Glas gefertigt.

Der gesamte Aufbau wird oftmals auch als "Blase" bezeichnet.

Zweck

Der Rührkessel dient

• als Reaktor für chemische oder biologische Reaktionen
• zum Homogenisieren
• zum Suspendieren
• zum Emulgieren
• zum Begasen
• zur Wärmeübertragung

von Flüssigkeiten.

In der Regel ist die Aufgabe eine Kombination aus den oben genannten verfahrenstechnischen Grundoperationen.

Rührer

Es stehen zahlreiche Rührertypen zur Auswahl, die für bestimmte Medien oder Aufgaben besser oder schlechter geeignet sind. Grundsätzlich unterscheidet man von axial (in der Regel nach unten) oder radial (zur Seite) fördernden Rührern. Um das Mitrotieren der Flüssigkeit und die dabei auftretende Bildung von Tromben zu verhindern und höhere Turbulenz zu erzeugen, werden häufig Stromstörer (oder Strömungsstörer, engl. baffles) an der Behälterwand installiert. Sie verbessern die Durchmischung bei gleich bleibender Rührerleistung, erhöhen jedoch die erforderliche Rührerleistung bei gleich bleibender Drehzahl.

Die Rührerauswahl richtet sich nach der Rühraufgabe, der Zähigkeit des Mediums, der Scherfestigkeit (Notwendigkeit der Schonung des Mediums) oder danach, welche Rührerleistung zur Verfügung steht.

Verfahrenstechnische Auslegung eines Rührkessels

Die verfahrenstechnische Auslegung eines Rührkessels folgt der Entscheidung, welche der zu bewältigenden Grundoperationen Vorrang hat. Die Bestimmung des Leistungsbedarfs von Rührern erfolgt anhand von Ähnlichkeitsbetrachtungen und Hochrechnungen aus Versuchen im Labor- und Technikumsmaßstab (engl. Scale Up).

Wegen der besseren Vergleichbarkeit von Rührkesseln unterschiedlicher Größe werden diese vorzugsweise mit gleichem Verhältnis Füllhöhe zu Durchmesser gebaut. Verbreitet ist für Newtonsche Flüssigkeiten die Auslegung über Diagramme mittels Newton-Zahl und Reynolds-Zahl. Die erforderliche Leistung ergibt sich aus den zu erwartenden Reibungsverlusten im Medium und dem Wirkungsgrad des Antriebs. Zur Auslegung siehe auch die Arbeiten von Zlokarnik und den VDI-Wärmeatlas.

Siehe auch: Laborreaktorsystem

Idealer Rührkessel

Der ideale Rührkessel ist in der Chemischen Reaktionstechnik ein theoretischer, vollkommen durchmischter Apparat ohne Gradienten. Dieser weist keine Unterschiede in der Zusammensetzung oder Temperatur auf.

Literatur

• VDI-Ges. Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (Hrsg.): VDI-Wärmeatlas: Berechnungsblätter für den Wärmeübergang.
• M. Zlokarnik: Rührtechnik. in: Ullmanns Enzyklopädie der Techn. Chemie, Bd. 4 Weinheim; Vlg Chemie 1972