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Rührorgane

Hoch effiziente Rührsysteme, entwickelt für individuelle Anforderungen in der Rührtechnik

Die Anforderungen an Rührsysteme in der betrieblichen Praxis sind in den letzten Jahren zunehmend gestiegen. Konstruktion und Auslegung der Rührorgane, die Auswahl der jeweils geeigneten Bauform sowie die Anordnung der einzelnen Komponenten am Rührwerk haben einen entscheidenden Einfluss auf die verfahrenstechnischen und mechanischen Eigenschaften, nicht nur der Rührwerke, sondern auch auf die Reaktoren und deren Einbauten.

Die umfassende Optimierung von konventionellen Rührorganen unter branchenspezifischen Gesichtspunkten war die Basis für die Entwicklung der EKATO-Rührorganfamilie und setzt im Bereich der Rührtechnik immer wieder neue Maßstäbe.

Rührorgankategorien

In der Rührtechnik begegnet man einer großen Vielfalt von Rührorganen für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete. Die diversen Bauformen können auf einige wenige Grundtypen zurückgeführt werden, deren Abmessungen und Bezeichnungen in DIN 28131 genormt sind. Grundsätzlich ist es sinnvoll, Rührorgane nach den folgenden Gesichtspunkten zu kategorisieren:

In der Praxis hat die Charakterisierung von Rührorganen nach der primär erzeugten Strömungsrichtung die größte Bedeutung in der Rührtechnik.


Da jeder Rührer durch die Übertragung der Drehbewegung auf die Flüssigkeit neben der gewollten Axial- bzw. Radialströmung auch eine Tangentialströmung erzeugt, herrscht in einem Rührgefäß eine dreidimensionale Strömung. Dieses Strömungsfeld wird durch Einbauten im Behälter stark beeinflusst. So lässt sich eine unerwünschte Tangentialströmung im Rührsystem häufig durch Einbau von Stromstörern an der Behälterwand reduzieren.

 

Konventionelle Rührorgane

Propellerrührer

Ein typischer Axialrührer für niedrigviskose Medien ist der Propellerrührer mit vorzugsweise drei Blättern. Dieser vielseitige Rührer eignet sich insbesondere für das Homogenisieren und das Suspendieren. Das Strömungsbild zeigt eine ausgeprägte axiale Ansaugung und einen kräftig gebündelten Austrittsstrahl im turbulenten Strömungsbereich. Der Austrittsstrahl wird am Boden umgelenkt und gelangt im Wandbereich des Behälters bis zur Oberfläche. Die  Beschleunigung der Flüssigkeit erfolgt in der Propellerebene.

Schrägblattrührer

Ein etwa vergleichbares Strömungsbild wird durch den vierblättrigen Schrägblattrührer mit einem Blattanstellwinkel von 45° erzeugt. Es bildet sich jedoch bereits eine stärkere radiale Komponente aus. Gegenüber dem Propeller ist das Einsatzgebiet erweitert; es können Viskositäten bis 20 000 mPa s verarbeitet werden. Damit erstreckt sich der Einsatzbereich sowohl auf den laminaren als auch auf den turbulenten Strömungsbereich. Allerdings ist aufgrund der sehr einfachen Blattform der Wirkungsgrad relativ gering.

Wendelrührer

Zum Homogenisieren hochviskoser Medien eignet sich der Wendelrührer. Dieses Rührorgan besteht aus einer bandförmigen Wendel, die mit Stegen an der Welle gehalten wird. Im Gegensatz zum Propeller wird in diesem Fall die axiale Strömung nicht durch Druckdifferenzen, sondern durch Verdrängungswirkung im laminaren Strömungsbereich hervorgerufen. Ein Nachteil des Wendelrührers ist der zwingende Einsatz von Querstreben zur Stabilisierung. Dies verhindert den Einbau von Stromstörern, Tauchrohren u. Ä., die in vielen praktischen Anforderungen vorteilhaft bzw. notwendig sein können. Mit einem Durchmesserverhältnis von 0,9 bis 0,99 zählt der Wendelrührer zu den wandgängigen Rührorganen.

Radialrührer erzeugen eine primär zur Behälterwand gerichtete Radialströmung, die dort nach oben und unten umgelenkt wird. Dadurch kommt es zur Ausbildung zweier entgegengesetzt drehender Ringwirbel. Diese bewirken eine axiale Anströmung zum Rührorgan von oben und von unten. 

Scheibenrührer

Ein häufig in der Praxis eingesetzter Vertreter der radial fördernden Rührorgane ist der Scheibenrührer. Auf einer horizontal angeordneten Tragscheibe sind mehrere, meist sechs, dazu senkrechte rechteckige Blätter symmetrisch am Umfang angeordnet. Der Scheibenrührer wird vor allem bei Begasungen eingesetzt, wobei als Nachteile eine recht niedrige Überflutungsgrenze (Flutgrenze) sowie ein hoher Leistungsabfall unter Begasung aufzuführen sind. Eine Ausweitung auf weitere Rühraufgaben ist nur unter gewissen Voraussetzungen möglich. Die eigentliche Mischwirkung tritt bei diesem Rührorgan vorwiegend in der Scherzone des radial austretenden Strahls auf.

Zahnscheibe

Weitere typische Radialförderer sind die Dispergierscheiben, auch Zahn- oder Dissolverscheiben genannt. Der hierzu zählende EKATO Dissolver besteht aus einer Tragscheibe, an deren Umfang senkrecht zur Scheibenebene zahnförmige Elemente angebracht sind. Zahnscheiben eignen sich für Rühraufgaben mit einem hohen Schergefällebedarf wie z.B. Emulgieren, Feststoffzerkleinerung und Nassmahlen und werden oft in Kombination mit anderen Rührern als Rührsystemen verwendet. Die erforderlichen hohen lokalen Scherkräfte werden dabei durch hohe Umfangsgeschwindigkeiten erzielt, die in ein sehr kleines Volumen eingetragen werden. Ein zusätzlich angebrachtes Axialförderorgan sorgt bei höherviskosen Medien für eine ausreichende Umwälzung im Behälter.

Impeller

Der Impellerrührer ist ein relativ schnell laufender Rührer mit meistens drei, in Strömungsrichtung nach hinten gebogenen Rührblättern, dessen Hauptförderrichtung radial ist. Der axiale Anteil der Strömung hängt vom Durchmesserverhältnis und vom Bodenabstand des Rührers ab. Der Impellerrührer wird im Rührsystem meist zusammen mit einem oder zwei fingerförmigen Stromstörern betrieben und eignet sich bedingt zum Homogenisieren und zur Verbesserung des Wärmeübergangs in Flüssigkeiten mit zumeist niedriger Viskosität. Da die Form des Impellerrührers ursprünglich auf die Anforderungen der Emailliertechnik zurückgeht, ist er strömungstechnisch nicht optimal und wird daher zunehmend durch effizientere Rührorgane ersetzt.

Ankerrührer

Ein typischer Vertreter der Rührorgane mit tangentialer Strömung ist der Ankerrührer, der im Allgemeinen aus zwei parallel zur Rührwelle angeordneten Stegen besteht, die über einen der Behälterbodenkontur folgenden Quersteg verbunden sind. Mit einem Durchmesserverhältnis von 0,9 bis 0,99 ist der Ankerrührer ein wandgängiger Rührer. Seine Hauptaufgabe besteht im Wesentlichen darin, die Dicke der an der Behälterwand haftenden, hochviskosen Grenzschicht zu verringern, um dadurch den Wärmeaustausch zu intensivieren. Die mancherorts noch anzutreffenden Finger- oder Gitterrührer haben vergleichbare Eigenschaften wie der Ankerrührer.

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