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2.2 Zweiphasige Strömung im Rührkessel 26
2.2 Zweiphasige Strömung im Rührkessel
Im folgenden werden die Beziehungen aus Kap. 2.1 auf die zweiphasige
Rührkesselströmung übertragen, um so den Grad der Dispergierung
mit der in der Literatur üblichen Vorgehensweise zu berechnen.
2.2.1 Zielgrößen
Das grundsätzliche Ziel der Dispergierung ist ein möglichst hoher
Stofftransport zwischen der kontinuierlichen und der dispersen Phase.
Die Einflussgrößen für den Stofftransport sind in Gl. 1 gegeben:
das treibende Konzentrationsgefälle dc/dx, der Stofftransportkoeffizient
k L und die Phasengrenzfläche A.
In der Regel kann das treibende Konzentrationsgefälle und der Stofftransportkoeffizient
nur geringfügig beeinflusst werden. Beide sind
Stoffgrößen, die durch die Anwendung gegeben sind. Daher ist eine
signifikante Intensivierung des Stofftransportes nur durch die Vergrößerung
der Phasengrenzfläche A möglich.
Die Vergrößerung der Phasengrenzfläche erfolgt in begasten Rührkesseln
durch die Dispergierung der Blasen. Zudem kann über die Wahl
einer geeigneten Rührkesselanordnung die Verweilzeit des Gases im
Rührkessel erhöht werden, um den Umsetzungsgrad des Stoffübergangs
bei langsam ablaufenden Reaktionen zu erhöhen.
Die Phasengrenzfläche wird in der Regel auf den Gasgehalt bezogen.
Die volumenbezogene oder spezifische Phasengrenzfläche a wird
durch den Volumenanteil der dispersen Phase (Hold-up) φ G und den
Sauterdurchmesser d 32 der dispersen Phase ausgedrückt.
Es gilt:
mit:
φ G =
a =6 φ G
d 32
, (22)
V G
V G + V L
und d 32 =
∑
N i d 3 i
i
∑
N i d 2 . (23)
i
i