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Grundlagen heterogener Reaktoren

Diskontinuierliche Betriebsweise

Instationarität

Die diskontinuierliche Betriebsweise bzw. der Satzbetrieb (engl.: batch process) ist dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn sämtliche Reaktionspartner, Lösungsmittel, Katalysatoren etc. zum selben Zeitpunkt in den Reaktor gegeben werden, wo sie während einer genau definierten Reaktionszeit unter festgelegten Bedingungen verweilen. Danach wird die gesamte Reaktionsmasse aus dem Reaktor entfernt. Während der Reaktionsdauer ist ein Zu- oder Ablaufstrom nicht vorhanden. Ein diskontinuierlich betriebener Reaktor weist immer instationäres Verhalten auf, d.h. die Zusammensetzung ändert sich mit fortschreitender Aufenthaltszeit, während durch gute Rührung die Ausbildung von Konzentrationsgradienten verhindert wird.

Abb.1
Schematische Darstellung eines absatzweise betriebenen Reaktors

Vor- und Nachteile

Vorteile:

  • Hohe Flexibilität durch Einsatz ein und desselben Reaktors für verschiedene Produkte
  • Erreichen hoher Umsätze nahe dem Gleichgewicht durch beliebig lang einstellbare Reaktionszeiten
  • Einsatz bei langsamen Reaktionen

Nachteile:

  • Hoher Personalaufwand beim Steuern und Regeln sowie Füllen, Entleeren und Reinigen des Reaktors
  • Hohe Energiekosten infolge des Aufheizen nach jeder Charge
  • Hoher Investitionsaufwand, wenn ein Satzbetrieb automatisiert und mechanisiert werden soll

Einsatzgebiet

Die diskontinuierliche Betriebsweise ist in der modernen chemischen Industrie unter folgenden Bedingungen erforderlich:

  • Wenn von einem Produkt nur relativ geringe Mengen hergestellt werden (z.B. bei hochwertigen Arzneimitteln und Farbstoffen)
  • Wenn verschiedene Produkte in demselben Reaktor hergestellt werden sollen (z.B. modifizierte Kunststoffe)
  • Wenn extreme Förderprobleme für die Reaktionskomponenten vorliegen (z.B. bei zusammenbackenden Feststoffen, die Pumpen verstopfen können)

Vertiefung: Produktionszyklus beim diskontinuierlichen Betrieb

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