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Reale Reaktoren für homogene Reaktionen

Rührkesselreaktor

Abmessungen

Der Rührkesselreaktor ist der typische Reaktionsapparat für homogene, fluide Reaktionssysteme. Er kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich betrieben werden. Einen Rührkesselreaktor mit den üblichen Größenverhältnissen zeigt die folgende Abbildung.

Abb.1
Rührkesselreaktor mit den wichtigsten Abmessungen
aus Baerns/Hofmann/Renken, Chemische Reaktionstechnik - Lehrbuch der Technischen Chemie Band 1, 2. Auflage, 1992, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Abb. 8.1, S. 239

mit freundlicher Genehmigung des Georg Thieme Verlags

Die zur Charakterisierung notwendigen Abmessungen (z.B. Kühlschlangenabstand d s ; Rührerblattdimension d R ) sind in die Zeichnung eingetragen. Aus Kostengründen wird man versuchen, auf diese Standardbauweise zurückzugreifen, um teure Sonderanfertigungen zu vermeiden.

Verwendung

Der Rührkesselreaktor wird häufig zum Homogenisieren zweier ineinander löslicher Medien verwendet. Dies ist dann besonders wichtig, wenn die Reaktionspartner dem Reaktor getrennt zugefügt werden. Bei zu langsamer Vermischung kommt es zu Konzentrationsgradienten und damit zur Veränderung des Reaktionsverhaltens und daraus resultierenden Veränderungen der Produktverteilung und Verlusten bei der Ausbeute.

Ebenso wichtig ist der durch das Rühren in das System getragene Energiebetrag. Um keine Energie zu vergeuden, sollte möglichst nur die Energie eingetragen werden, die zur vollständigen Durchmischung notwendig ist.

Da in der Praxis sehr unterschiedliche Mischaufgaben bewältigt werden müssen, wurden unterschiedliche Rührertypen entwickelt. Man unterscheidet zwischen Rührern, die eine axiale, tangentiale oder radiale Strömungsrichtung erzeugen. Zusätzlich ist eine Einteilung nach Zähigkeitsbereichen, in denen verschiedene Rührer angewendet werden können, sinnvoll.

Vertiefung Mischzeit

Vertiefung Rührertypen

Wärmeaustausch

Aufgrund der Exothermie vieler Flüssigphasenreaktionen spielt der Wärmeaustausch bei der Reaktorauslegung eine entscheidende Rolle. Oft ist die Wandkühlung nicht ausreichend. Die Wärmeaustauschfläche kann dann durch den Einbau von Rohrschlangen und durch außenliegende Wärmetauscher, durch die die Reaktionsmasse gepumpt wird, vergrößert werden.

Eine weitere Möglichkeit des Wärmeaustausches ist durch Siedekühlung gegeben. Dabei wird ein Reaktionspartner bzw. ein Lösungsmittel verdampft und anschließend kondensiert, so dass die Wärme über den Kondensator abgeführt wird.

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