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1 Einleitung und Aufgabenstellung
1.1 Einführung
Rührkessel werden in fast allen Bereichen der Verfahrenstechnik in
großem Umfang eingesetzt. Der Grund für die weite Verbreitung liegt
in ihrem relativ einfachen, kompakten und damit kostengünstigen
Aufbau und ihrer zugleich vielseitigen Verwendbarkeit.
Eine Rührkesselanordnung kann durch geringfügige Änderungen, wie
zum Beispiel den Austausch des Rührers, eine andere Grundoperation
ausführen. Es werden fünf Grundoperationen der Rührtechnik
unterschieden [89]:
• Homogenisieren eines Fluids zum Ausgleich von
Konzentrations- und Temperaturunterschieden,
• Intensivieren des Wärmeaustausches zwischen einer Flüssigkeit
und der Wärmeübertragungsfläche,
• Suspendieren eines Feststoffes in einer Flüssigkeit,
• Dispergieren beziehungsweise Emulgieren zweier ineinander
nicht löslicher Flüssigkeiten,
• Dispergieren eines Gases in einer Flüssigkeit.
Das Dispergieren eines Gases findet in der chemischen Industrie zum
Beispiel bei Hydrierungen, Chlorierungen oder Luftoxidationen breite
Anwendung. Bei Fermentationen und der aeroben Abwasserreinigung
ist der Sauerstoffeintrag von wesentlicher Bedeutung.
Das grundsätzliche Ziel der Dispergierung ist ein möglichst hoher
Stofftransport zwischen der kontinuierlichen und der dispersen Phase.
Dieser berechnet sich nach dem ersten Fick’schen Gesetz zu:
Ṁ = Ak L
dc
dx . (1)
Dabei beschreibt dc/dx den Konzentrationsgradienten des übergehenden
Stoffes zwischen der Phasengrenze und dem Kern der Flüssigkeit
und stellt die Triebkraft für den Stoffübergang dar.