Quelltext der Seite Rührkessel

[[Datei:Rührbehälter Bauform BE.jpg|miniatur|Ansicht eines emaillierten Rührbehälters der Bauform BE nach DIN 28136]]
[[Datei:Agitated vessel.svg|miniatur|Skizze eines Rührkessels]]
Ein '''Rührkessel''' ist ein [[Chemischer Reaktor|verfahrenstechnischer Apparat]], der aus Rührwerk und Behälter besteht.

== Aufbau ==
[[Datei:Chemical reactor CSTR AISI 316.JPG|miniatur|Blick in einen Rührkessel]]

Der klassische Rührkessel besteht im Wesentlichen aus folgenden Teilen (vgl. Skizze eines Rührkessels):
* Behälter: aus senkrechter zylindrischer [[Zarge]] und gewölbtem Boden (oft [[Korbbogenboden]] oder [[Klöpperboden]]).
* Deckel oder „oberer Boden“: meist gewölbt, mit einem [[Flansch (Maschinenbau)|Flansch]] an der Zarge befestigt oder alternativ mit der Zarge verschweißt.
* Rührwerk ''(Agitator)'': mit Welle, Rührer und gegebenenfalls an der Wandung angebrachten oder durch einen Behälterstutzen eingesteckten [[Stromstörer]]n,
* Laterne auf dem Deckel ''(Motor)'': hier sind Lager, Wellendichtungen, Getriebe und Antrieb zusammengefasst.
* Stutzen: für die Inspektion ([[Mannloch]]), für Zu- und Abflüsse.
* Ein Doppelmantel oder eine [[Halbrohrschlange]] oder Vollrohrschlangen.
* Eine Zu- und Abfuhr für die Charge ''(Feed bzw. Mixed product)''

In der [[Chemische Industrie|chemischen Industrie]] dominiert der aus [[Stahl]] (Kohlenstoffstahl oder rostfreier (z.&nbsp;B. [[Austenit (Gefügebestandteil)|austenitischer]]) Stahl) gefertigte Rührkessel mit wenigen [[Kubikmeter]]n Inhalt als Vielzweckreaktor. Er wird häufig [[Chargenprozess|chargenweise]] betrieben, aber auch mit [[Kontinuierlicher Prozess|kontinuierlichem Zu- und Abfluss]] in Reihe mit anderen Apparaten oder als Rührkesselkaskade. Für die Verfahrensentwicklung oder für geringere Mengen werden Rührkessel mit wenigen Litern als [[Technikum (Chemische Industrie)|Technikumsgeräte]] eingesetzt. Industrielle Geräte erreichen Inhalte von mehreren 100 Kubikmetern Inhalt als Mischbehälter.

Rührkessel sind zum Schutz vor [[Korrosion]] häufig [[email]]liert, mit Kunststoff-Linern aus [[Polytetrafluorethylen|PTFE]] ausgekleidet, [[Gummi#Gummi als Werkstoff|gummiert]], [[Blei|verbleit]] oder aus [[rostfreier Stahl|rostfreiem Stahl]], [[Glasfaserverstärkter Kunststoff|glasfaserverstärktem Kunststoff]] oder [[Glas]] gefertigt. Der gesamte Aufbau des Rührkessels wird oftmals als „Blase“ bezeichnet.

Bei innerem Überdruck über 0,5 [[Bar (Einheit)|bar]] sind solche Behälter als Druckgerät im Sinne der [[Druckgeräterichtlinie]] 2014/68/EU zu benutzen, der Hersteller hat die grundlegenden Sicherheitsanforderungen dieser Richtlinie einzuhalten.

[[Datei:Rührwerksbehälter emailliert.jpg|miniatur|Schnitt durch einen emaillierten Rührbehälter mit Doppelmantel sowie mit Antrieb, 3-stufigem Rührsystem und Stromstörer.]]

== Zweck ==
Der Rührkessel dient
* als [[Chemischer Reaktor|Reaktor]] für chemische oder biologische Reaktionen
* zum [[Homogenität|Homogenisieren]]
* zum [[Suspension (Chemie)|Suspendieren]]
* zum [[Emulsion|Emulgieren]]
* zum [[Begasung|Begasen]]
* zur [[Wärmeübertrager|Wärmeübertragung]]
von Flüssigkeiten.

In der Regel ist die Aufgabe eine Kombination der o.&nbsp;g. verfahrenstechnischen Grundoperationen.

== Rührer ==

Es stehen zahlreiche [[Rührer]]typen zur Auswahl, die je nach dem Medium und der Aufgabe gewählt werden.
Grundsätzlich unterscheidet man von [[Längsachse|axial]] (in der Regel nach unten) oder [[Radius|radial]] (zur Seite) fördernden Rührern. Um das [[Drehbewegung|Mitrotieren]] der Flüssigkeit und die dabei auftretende Bildung von [[Wirbel (Strömungslehre)|Tromben]] zu verhindern und höhere [[Turbulente Strömung|Turbulenz]] zu erzeugen, werden häufig Hindernisse, sogenannte [[Stromstörer]] (engl. baffles) an der Behälterwand installiert. Diese verbessern die Durchmischung bei gleich bleibender Rührerleistung, erhöhen jedoch die erforderliche Rührerleistung bei gleich bleibender Drehzahl.

Bei emaillierten Behältern werden die Stromstörer durch entsprechende Stutzen am oberen Boden des Apparates eingesteckt und mit dem Stutzen verflanscht. 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.

== Verfahrenstechnik ==

Die [[Verfahrenstechnik|verfahrenstechnische]] Auslegung eines Rührkessels wird die Grundoperationen bestimmt. Die Bestimmung des Leistungsbedarfs von Rührern erfolgt anhand von Ähnlichkeitsbetrachtungen und Hochrechnungen aus Versuchen im Labor- und [[Technikum (Chemische Industrie)|Technikumsmaßstab]]. Diese Berechnung wird nach dem englischen Begriff in der Fachsprache [[Scale-up]] genannt.

Wegen der besseren Vergleichbarkeit von Rührkesseln unterschiedlicher Größe werden diese vorzugsweise so gebaut, dass das Verhältnis Füllhöhe zu Durchmesser gleich ist. Verbreitet ist für [[Newtonsche Flüssigkeit]]en 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. Weitere Erläuterungen zur Auslegung finden sich unter [[Laborreaktorsystem]]e.

[[Datei:Bioresit - emaillierter Ruehrbehaelter für biokorrosive Prozesse.jpg|mini|Emaillierter Rührbehälter, emailliert mit Spezialemail für biokorrosive Verfahren]]

== Idealer Rührkessel ==
{{Hauptartikel|Idealreaktor}}
Der ''ideale Rührkessel'' ist keine tatsächlich vorhandene Anlage, sondern ein mathematisches [[Modell]] zur verfahrenstechnischen Betrachtung von Rührkesseln, und damit ein Beispiel für einen [[Idealreaktor|idealen Reaktor]]. Dabei geht man davon aus, dass der Zweck eines Rührkessels darin besteht, die eingeleiteten Substanzen vollkommen zu homogenisieren. Im idealen Rührkessel findet eine vollständige Durchmischung ohne Gradienten statt, so dass die Konzentrationen der Komponenten (das heißt die Zusammensetzung des Inhalts) und die Temperatur an jedem Ort des Behälters gleich sind und mit Zusammensetzung und Temperatur des Ablaufstroms übereinstimmen; man spricht daher auch vom ideal durchmischten Rührkessel. Bei der Betrachtung des kontinuierlichen Betriebes wird angenommen, dass die zugeleiteten Komponenten ohne Zeitverzögerung das Mischungsverhältnis und die Temperatur annehmen, die im Behälter herrschen.<ref name="Müller-Erlwein 2013">{{Literatur| Titel=Chemische Reaktionstechnik| Autor=Erwin Müller-Erlwein| Verlag=Teubner| Ort=Stuttgart| Jahr=1998| ISBN=3-519-03549-9| Seiten=96 ff}}</ref>

== Literatur ==
* VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (Hrsg.): ''VDI-Wärmeatlas: Berechnungsblätter für den Wärmeübergang.''
* [[Marko Zlokarnik]]: ''Rührtechnik.'' In: ''[[Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie]].'' Band 4, Verlag Chemie, Weinheim 1972.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Chemical reactors|Chemische Reaktoren}}
* [https://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/dissonline/data/dissertation/Robert_Hoellering/html/nrx7.frm.html Reaktorentypen]

{{SORTIERUNG:Ruhrkessel}}
[[Kategorie:Chemischer Reaktor]]
[[Kategorie:Mischmaschine]]