Rührtechnik

Wenn im zu vermischenden Stoffgemisch die flüssige Komponente überwiegt, wird die Mischoperation Rühren genannt und als Mischorgan ein Rührer verwendet. Es lassen sich folgende 5 Rühraufgaben definieren [611]:

Zum Betrieb eines Rührers benötigt man zunächst die Kenntnis der dazu notwendigen Antriebsleistung P _M des Elektromotors. Diese muß die Rührerlei-stung P sowie sämtliche Leistungsverluste P _V in den Wellenlagern, im Getriebe und in der Wellendichtung berücksichtigen. Außerdem muß die Anfahrleistung P_A mit in die Rechnung einbezogen werden; diese hängt wesentlich vom Rührertyp und von der Antriebsart (Rührwelle mit der Motorwelle starr oder elastisch gekuppelt; Riemenantrieb) ab:

P _M = P + P _V + P_A. (2.1)

Einzelheiten über Anfahrleistung sind z. B. [285, 333, 4011 zu entnehmen, jene zu den Leistungsverlusten im Getriebe, in Lagern und in Dichtungen sind bei den Apparateherstellern zu erfragen.

Von den in Abschnitt 1.1 aufgeführten 5 Rühraufgaben ist die erstgenannte, nämlich das mit dem Begriff des Homogenisierens bezeichnete Ausgleichen von Konzentrations- und Temperaturunterschieden, die mit Abstand wichtigste und am häufigsten getätigte Rühroperation. Ihr Ziel ist die Erzeugung einer einheitlichen, molekular-homogenen Mischung (Lösung).

Bei dieser, allgemein als Begasen von Flüssigkeiten bezeichneten Operation geht es um die Vergrößerung der Phasengrenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas. Diese bedeutende Operation findet in der chemischen Industrie bei Hydrierungen, Chlorierungen, Luftoxidationen, usw. Anwendung. Bei Fer­mentationen und bei der aeroben Abwasserreinigung ist der O₂-Eintrag eine der wichtigsten verfahrenstechnischen Operationen überhaupt. Auf diesem Einsatzgebiet ist diese Operation deshalb noch heute Gegenstand intensiver Untersuchungen. Als Apparate kommen in der chemischen und pharma­zeutischen Industrie Rührbehälter und Blasensäulen, bei der Abwasser­reinigung flache Becken und neuerlich auch hohe zylindrische Behälter zur Anwendung.

Das Aufwirbeln ist an das Vorhandensein einer dispersen festen Phase gebunden, die in der Flüssigkeit aufgewirbelt („suspendiert“) wird. Es handelt sich somit um das Stoffsystem Feststoff/Flüssigkeit (S/L).Gelegentlich wird gleichzeitig noch ein Gas in der Flüssigkeit verteilt (dispergiert), womit es sich dann um das Stoffsystem Feststoff/Flüssigkeit/Gas (S/L/G) handelt.

Beim Dispergieren im System flüssig/flüssig (L/L) geht es um die Vergrößerung der Phasengrenzfläche zwischen zwei ineinander unlöslichen Flüssigkeiten, damit z. B. ein Extraktionsvorgang oder eine chemische Reaktion (Verseifungen, Nitrierungen, usw.) schnell ablaufen kann oder Dispersionen bestimmter Tropfengröße gebildet werden (Perl- und Suspensionspolymerisationen, usw.). An dieser Stelle wird nur vom Dispergieren mittels Rührer die Rede sein; wird dieser Vorgang durch den Zusatz von oberflächenaktiven Substanzen bewirkt, spricht man von Emulgieren, für das in der Regel gänzlich andere Gesetzmäßigkeiten gelten; s. z. B. [201].

Das Intensivieren des Wärmetransportes durch Rühren ist selten die primäre Rühraufgabe; sie tritt meist in Verbindung mit dem Intensivieren des Stoff-transportes durch Rühren (Dispergieren von Gasen oder von Flüssigkeiten mit gleichzeitiger exothermer chemischer Reaktion, Auflösen von Feststoffen unter Freisetzung von Lösungswärme usw.) auf. Gelegentlich muß lediglich die Rührwärme abgeführt werden, damit der Prozeß unter isothermen Bedingungen ablaufen kann.

Das Mischen in Rohren ist eine wichtige Variante des Rührens und wird auf verschiedenste Weise herbeigeführt: