Rührkessel und Extraktionsapparate

Rührkessel wurden in den letzten Jahrzehnten vor allem experimentell ausführlich untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass kleine Abweichungen in der Geometrie (z.B. Abmessung und Größe der Rührblätter) zu deutlichen Abweichungen im Betriebsverhalten führen können, insbesondere bei mehrphasigen Strömungen.

Numerische Werkzeuge stellen hier eine attraktive Alternative zu aufwändigen experimentellen Studien dar, um einerseits das Betriebsverhalten neu entwickelter Rührapparate abzuschätzen und zum anderen für eine spezielle Misch- oder Suspendieraufgabe die geeignete Konfiguration des  Rührapparats zu finden.

Rührwerke sind teilweise starken mechanischen Belastungen ausgesetzt. Die resultierenden Festigkeitsanforderungen können aus Simulationen der Fluid-Struktur-Kopplung abgeleitet werden.

Ziel bei der Auslegung und Optimierung von Extraktionsapparaten sind:

1. eine enge Größenverteilung der fluiden Partikeln, um einen gleichmäßigen Stofftransport zu erreichen und nach der Extraktion die Phasen gut trennen zu können und
2. derartige Apparateabmessungen, dass die Partikeln nur so lange im Apparat bleiben, wie es für den Stofftransport erforderlich ist.

Der erste Punkt kann mit Hilfe von Populationsbilanzen bearbeitet werden, die auch mit Strömungssimulationen gekoppelt werden können.

Für den zweiten Punkt ist die Untersuchung von Einzeltropfen sinnvoll, da Grenzflächenprozesse, die durch dien Stoffübergang initiiert werden, sowohl das Aufstiegsverhalten als auch die Stofftransportgeschwindigkeit beeinflussen. Eine Auslegung mit klassischen Ansätzen, die diese Effekte nicht berücksichtigen, führen i.d.R. zur Überdimensionierung der Apparate.