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Grundlagen heterogener Reaktoren

Einführung

Einflussparameter

Die technischen Realisierungen von chemischen Reaktionen sind oft komplizierte Vorgänge, bei denen neben der eigentlichen, oft komplexen Reaktion das Ergebnis der Umsetzung durch

  • Temperatur,
  • Druck,
  • Konzentrationen und
  • Transport von Wärme, Stoff und Impuls

wesentlich beeinflusst werden kann. Die Art und Betriebsweise des Reaktors sind entscheidend für die Qualität der Produkte und die Wirtschaftlichkeit des gesamten Betriebes.

Auswahlkriterien

Zur Auswahl eines Reaktionsapparates müssen eine Reihe von Kriterien herangezogen werden:

  • Chemische Kinetik (Berücksichtigung von Nebenreaktionen)
  • Lage des chemischen Gleichgewichts
  • Reaktionsenthalpie Δ H R
  • Einfluss des Stoff- und Wärmetransports auf die Reaktion
  • Anzahl der Phasen (Ein- oder Mehrphasensystem)
Abb.1
Schematische Darstellung eines Reaktors

Reaktoren für heterogene Reaktionen

Die Mehrzahl der technisch wichtigen Produkte wird in mehrphasigen Reaktionssystemen hergestellt. Charakteristisch für solche heterogenen Systeme ist die stets anzutreffende Beeinflussung der chemischen Reaktion durch Stoff- und Wärmetransportvorgänge, die innerhalb der Phasen und durch die Phasengrenzflächen erfolgen. Im Unterschied zur relativ einfachen Modellierung von isothermen und nicht-isothermen Reaktoren für Homogenreaktionen stellt daher die Modellierung heterogener Reaktionssysteme eine anspruchsvolle Aufgabe dar.

Einteilungskriterien

Aufgrund der großen Vielfalt von und der komplexen Zusammenhänge bei chemischen Reaktionen existiert auch eine große Zahl verschiedener Bau- und Betriebsformen von Reaktoren. Als Einteilungskriterien für chemische Reaktionsapparate gelten allgemein im Wesentlichen:

  • Art der Betriebsweise (kontinuierlich, diskontinuierlich oder halbkontinuierlich)
  • Anzahl der Phasen (homogene oder heterogene Reaktion)
  • Temperaturführung (isotherm, adiabatisch oder polytrop)
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