Benutzer:Degmetpa/Artikel Entwurf Rührtechnik

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

Dispergieren ist das Mischen von mindestens zwei Stoffen, die sich ohne Energieeintrag nicht oder kaum ineinander lösen. Beim Dispergieren wird ein Stoff (disperse Phase) in einem anderen Stoff (kontinuierliche Phase) verteilt. In den meisten industriellen Anwendungen ist das Ziel die Herstellung einer Emulsion (flüssig/flüssig) oder einer Suspension (fest/flüssig).

Das Dispergieren hat in den meisten industriellen Anwendungen die Herstellung einer Emulsion oder einer Suspension zum Ziel. Beide sind Gemische, bei denen es sich um eine flüssige kontinuierliche Phase handelt. Die disperse Phase einer Emulsion ist auch flüssig. Bei der Herstellung einer Suspension müssen Feststoffpartikel in einer Flüssigkeit fein verteilt werden.

An der Grenzfläche zwischen zwei Phasen bildet sich eine Grenzflächenspannung aus. Sie versucht eine möglichst kleine Grenzfläche zu bilden und verhindert damit die Existenz einer Dispersion. Das Dispergieren bewirkt einen Ausgleich im Bereich der Phasengrenzen der zu mischenden Stoffe. Dies wird durch die Vergrößerung der Grenzoberflächen der einzelnen Phasen erreicht. Also geht es beim Dispergieren um eine intensive, momentane Zerkleinerung der Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikel auf möglichst gleiche Größen. Die Langzeitstabilität der Dispersionen wird durch den Einsatz von Emulgatoren und Stabilisatoren erreicht.

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

Kategorie:Fluidtechnik