Rührkesselreaktoren

Rührkesselreaktoren (RKR) sind chemische Reaktoren mit einem mechanisch angetriebenen Rührwerk, das die Reaktionsmischung kontinuierlich durchmischt. Sie werden überwiegend für Flüssigkeitsreaktionen eingesetzt und finden in der chemischen Industrie, der Biotechnologie und der Pharmazie breite Anwendung. In der Praxis wird der RKR oft als CSTR (continuous stirred-tank reactor) betrieben, kann aber auch batchweise eingesetzt werden.

Aufbau und Betrieb ergeben sich aus einem zylindrischen Druckbehälter mit einem oder mehreren Rührern, Baffles, einer Dichtung an der Schweiss- oder Kavalierseite sowie einem Heiz- oder Kühlmantel. Oft kommen Temperatur- und Drucksensoren, Fütter- und Abführleitungen sowie eine geeignete Anlagentechnik zur Temperaturregelung zum Einsatz. Die Materialien richten sich nach der Reaktionschemie, häufig Edelstahl oder glasbeschichtete Innenflächen.

Funktionsprinzip und Betriebsformen beruhen darauf, dass das Rührwerk eine möglichst gute Durchmischung sicherstellt, Temperatureinträge durch den Mantel ausgleicht und zugleich Transport- und Reaktionszeiten kontrolliert. Das führt zu annähernd konstante Reaktionsbedingungen im Reaktorvolumen. RKR lassen sich sowohl im kontinuierlichen als auch im batchweisen Betrieb einsetzen und eignen sich für gas- oder液ij-Phasen, sowie für Feststoff-Flüssig-Systeme mit geeigneten Rührern.

Modelle und Design berücksichtigen Reaktionskinetik, Wärmefreisetzung, Misch- und Transportzeiten. Bei kontinuierlichen Prozessen gilt die Massenbilanz F_A0 − F_A + r_A V = 0 (bei stationärem Betrieb), während bei Batchprozessen Volumen- und Konzentrationsverläufe zeitabhängig sind. Dimensionierung erfordert sorgfältige Wärmeabführung und gute Vermischung.

Anwendungen umfassen Polymerisation, Hydrierung, Fermentation sowie zahlreiche organische und anorganische Synthesen. Vorteile sind gute Temperaturführung, flexible Kapazitätsanpassung und homogener Reaktionszustand; Nachteile umfassen hohen Energiebedarf, Grenzen der Wärmeübertragung und potenzielle Toträume bei schlechter Durchmischung.