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Durch mechanisches Rühren werden in Flüssigkeiten stoffliche und thermische Gleichgewichte hergestellt, es werden Lösungen, Suspensionen oder Dispersionen erzeugt.

Prinzipzeichnung eines Rührkessels

Auslegung

Die Auswahl und Auslegung eines Rührsystems kann grundsätzlich auf zwei Arten erfolgen.

• Bei der klassischen Methode wird die Rühraufgabe im Labormaßstab nachgestellt. Es werden verschiedene Rührerformen bei verschiedenen Drehzahlen real getestet und dabei relevante Werte wie Antriebsleistung, Mischgüte oder Temperaturerhöhung der Mischung gemessen. Die Ergebnisse werden anschließend über Ähnlichkeitsfaktoren auf die großtechnische Anlage hoch gerechnet.
• Mit Hilfe der Numerischen Strömungsmechanik (CFD) können Rührsysteme in Computermodellen simuliert werden falls für die beteiligen Stoffe genügend physikalische Daten vorhanden sind. Dies erspart aufwendige Laborversuche.

Die Rührleistung(P) eines Rührers wird mit Hilfe einer durch Modellversuche gewonnenen dimensionslosen Leistungskennzahl(Ne) (Newtonsche Kennzahl) ermittelt.

$Ne={\frac {P}{rho\ d^{5}\ n^{3}}}$

Diese Leistungskennzahl ist im weiteren von der Reynoldszahl abhängig. Die für das Rühren modifizierte Reynoldszahl lautet:

$Re_{m}={\frac {n\ d^{2}}{eta}}$

Für Werte oberhalb von 10.000 gilt der Rührkessel als turbulent durchmischt. Für die Ermittlung der Leistung(P) wird die Reynoldszahl berechnet. Für jede Rührerform existieren Diagramme aus denen die Leistungskennzahl(Ne) in Abhängigkeit von Re abgelesen werden kann. Mittels Ne kann nun P berechnet werden.

Dispergieren

Beim Dispergieren im System L/L kommt es lediglich auf P/V an, der Rührer-typ ist belanglos. Hohe Leistungseinträge lassen sich allerdings nur mit Scheibenrührern oder mit Rührern nach dem Rotor/Stator-Prinzip realisieren. Der P/V-Wert zum Erreichen der erwünschten Tropfengröße dp ist nach der statistischen Theorie der Turbulenz berechenbar. Die kleinsten Wirbel sollten von der gleichen Längenabmessung wie der gewünschte Partikeldurchmesser dp sein. Je kleiner ist der mittl. Tropfendurchmesser dp , desto enger ist auch die Tropfengrößenverteilung. Beim Aufwirbeln von Feststoffteilchen vom Behälterboden kommt es auf die Bodenform wesentlich an. Halbkugelboden wäre optimal, Klöpperboden ist OK. Strombrecher über die ganze Füllhöhe sind unabdingbar! Es müssen Rührertypen verwendet werden, die eine gerichtete axiale Strömung zum Boden hin erzeugen: Propellerrührer und Schrägblattrührer sind die einzigen, die sich für diese Aufgabe eignen. Um die Rührleistung zu minimieren, sollte der Rührer einen kleinen Bodenabstand haben (h/d = 0,5 statt 1,0) und relativ groß sein: d/D = 0,7 statt 0,3).

Homogenisieren

Beim Homogenisieren eines Flüssigkeitsgemisches entstehen Fluidsysteme mit hoher Stabilität und sehr feiner Verteilung. Für die fortschreitende Teilchenzerkleinerung, einhergehnd mit Oberflächenvergrößerung der Teilchen, ist primär die Grenzflächenenergie für die Auslegung des Rührorgans entscheidend. Das Arbeitsgebiet des Homogenisierens liegt typischerweise bei Teilchengrößen unter 3μm.

Wärmetechnik

Rührsysteme mit integriertem Temperiersystem werden in der Praxis genutzt, um dem Inhalt des Systems Wärme zu- oder abzuführen. Das Temperiersystem besteht üblicherweise aus einer innen liegenden Rohrschlange oder aus einer außen liegenden Mantelfläche welche direkt mit der Außenwand des Rührkessels verbunden ist. Beim Intensivieren des Wärmetransportes in Rührbehältern muss bedacht werden, dass die Rührleistung in Wärme übergeht, die den Kühlvorgang begrenzt.

Siehe auch

• Rührer
• Rührkessel

Einzelnachweise

<references>

[[Kategorie:Fluidtechnik]]