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Tutorial MenueKompaktkurs ReaktionstechnikLerneinheit 4 von 9

Verweilzeitverhalten - Grundlagen

Einleitung

In der Technik arbeiten Reaktoren entweder kontinuierlich, halbkontinuierlich oder diskontinuierlich. Bei diskontinuierlich arbeitenden Reaktoren wird das gesamte Reaktionsgemisch zu einem bestimmten Zeitpunkt eingebracht und am Ende der Reaktionsdauer komplett wieder entnommen. Somit hat die gesamte Reaktionsmasse genau die gleiche Reaktionszeit im Reaktor. Im Falle der kontinuierlich arbeitenden Reaktoren wird zu jedem Zeitpunkt ein konstanter Volumenstrom in den Reaktor eingebracht und am Reaktorausgang wieder entnommen. Es herrschen damit im Reaktor stationäre Bedingungen.

Damit ist die Verweilzeit ein wichtiges Kriterium zur Beschreibung kontinuierlich betriebener, realer Reaktoren. Die mittlere Verweilzeit ist ein Maß dafür, wieviel Zeit die Reaktionsmasse im Mittel benötigt, um einen Reaktor zu durchströmen. Dabei können allerdings die effektiven Verweilzeiten einzelner Teilchen sehr unterschiedlich sein. Die mittlere Verweilzeit sagt nichts über die Streuung der einzelnen Verweilzeiten aus.

Die Betrachtungsweise setzt voraus, dass, bezogen auf die Zeit, im durchströmten Reaktor

  • keine chemische Umsetzung,
  • keine Temperaturänderungen,
  • keine Druckänderungen,
  • keine Volumenänderungen

stattfinden. Es muss deshalb differentiell auf den Reaktionsraum bilanziert werden.

Die mittlere Verweilzeit ist definiert als

τ = V R V ˙
Tab.1
Legende
SymbolErläuterungEinheit
τ mittlere Verweilzeit s
V R Reaktorvolumen m 3
V ˙ Volumenstrom m 3 s 1

Die auf die Verweilzeit τ bezogene aktuelle Zeit t wird mit Θ bezeichnet:

Θ = t τ = t V ˙ V R
Tab.2
Legende
SymbolErläuterungEinheit
τ mittlere Verweilzeit s
t aktuelle Zeit s
Θ auf t bezogene mittlere Verweilzeit

Es sind zwei Grenzfälle der kontinuierlich arbeitenden Reaktoren denkbar, die als ideale Reaktoren bezeichnet werden und entsprechend ihren Mischungsverhältnissen gekennzeichnet sind durch:

  • die vollkommene Rückvermischung der Reaktionsmasse (totale Rückvermischung, Rührkessel)
  • ohne axiale Rückvermischung der Reaktionsmasse (Pfropfenströmung, Strömungsrohr)
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