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Tutorial MenuePraktikum Technische ChemieLerneinheit 3 von 6

Praktikum Verweilzeit

Verweilzeit-Verteilung

Die experimentelle Bestimmung der Verweilzeit-Verteilung erfolgt mit indirekten Messmethoden. Üblicherweise wird dazu am Reaktoreingang eine Störung aufgegeben (Impuls- bzw. Sprungfunktion). Die Antwortfunktion wird am Ausgang des Reaktors aufgezeichnet.

Die untere Abbildung zeigt die Antwortfunktionen von Reaktoren auf einen Eingangspuls. Bei einer Impulsfunktion (Dirac-Stoß) injiziert man innerhalb kürzester Zeit eine Markierungssubstanz (Tracer) mit der Konzentration c A in den Reaktor.

(1) Strömungsrohr (2) Rührkessel (3) Kaskade idealer Rührkessel (a) ideal (b) "Kurzschlussströmung" (c) "Totzone"

Abb.1

Die untere Abbildung zeigt die Antwortfunktionen auf einen Eingangssprung. Bei einer Sprungfunktion wird der Tracer ab einem Zeitpunkt t=0 kontinuierlich zugegeben (positive Sprungfunktion). Die Auswertung des Konzentrationsverlaufes in Abhängigkeit von der Zeit ergibt die Verweilzeit-Summenkurve.

(1) Strömungsrohr (2) Rührkessel (3) Kaskade idealer Rührkessel (a) ideal (b) "Kurzschlussströmung" (c) "Totzone"

Abb.2

Die Antwortfunktion des Systems ist charakteristisch für das jeweilige Reaktormodell. Nichtidealitäten in den untersuchten Reaktoren kommen durch Abweichungen von den für die entsprechenden idealen Reaktormodelle berechenbaren Antwortfunktionen zum Ausdruck. Die Messung der Konzentrationsänderung des Tracers (Antwortfunktion) wird meist mit Methoden der Kolorimetrie, Photometrie, elektrischen Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit oder Isotopenmarkierung bestimmt.

Verweilzeitmodelle

Das Ziel von Verweilzeituntersuchungen ist es, u.a. ein Beschreibungsmodell für das Verweilzeitverhalten zu finden. Dazu werden Parameter ermittelt, die die Modellkurve an die gemessene Verweilzeitkurve optimal anpassen. Üblicherweise eingesetzte Verweilzeitmodelle sind das Dispersionsmodell, das Zellenmodell und Kombinationsmodelle.

Beim Kombinationsmodell erfolgt eine Aufgliederung des Gesamtvolumens in Teile. Diese sind charakterisiert durch bestimmte Strömungsarten. Durch Kombination der einzelnen Teile wie Verzweigungen, Parallel- und Reihenschaltung, Zusammenführungen, Rückführungen etc. kann ein Modell gefunden werden, dass den realen Sachverhalt hinreichend genau beschreibt. Beim Zellenmodell sind mehrere ideale Rührkessel hintereinander geschaltet (Gesamtvolumen der Anlage auf mehrere Reaktoren aufgeteilt). Der Spezialfall n gleich große in Reihe geschaltete Zellen (Rührstufenmodell) hat eine weite Verbreitung gefunden. Es beschreibt sowohl Systeme mit vollständiger Durchmischung (n=1) als auch solche, bei denen keine vollständige Längsvermischung stattfindet.

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