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Reaktoren für heterogene Reaktionen

Dreiphasen-Reaktoren

Bei Dreiphasenreaktionen dient der Feststoff als Katalysator und die Reaktanden sind auf die Gas- und Flüssigphase verteilt. Die industriell eingesetzten Dreiphasen-Reaktoren unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Bewegungsform der Phasen und lassen sich auf die für Fluid-Fluid-Systeme benutzten zurückführen.

Abb.1
Dreiphasenfestbett
Abb.2
Rieselfilmreaktor
Abb.3
Fließbettreaktor
Abb.4
Blasensäule, Suspensionsreaktor
Abb.5
Rührkessel, Suspensionsreaktor

  • G=Gas,
  • L=Flüssigkeit,
  • S=Suspension

Festbettreaktoren

Der Katalysator (Partikelgröße d P : 3-7 mm) ist in Form einer Füllkörperschüttung angeordnet. Hinsichtlich der Fahrweise wird zwischen Sumpfreaktor (Dreiphasenbett) und Rieselreaktor unterschieden.

Beim Sumpfreaktor wird die Flüssigkeit meist von oben nach unten geführt und bildet die zusammenhängende Phase, in die das Gas dispergiert wird. Das Verhalten des Sumpfreaktors ist sehr komplex. Er wird bevorzugt eingesetzt, wenn aus reaktionstechnischen Gründen große Flüssigkeitsverweilzeiten erforderlich sind und/oder wenn die Flüssigkeit mit einer kleinen Gasmenge umgesetzt wird.

Beim Rieselreaktor können Gas und Flüssigkeit im Gleich- und Gegenstrom über das katalytische Festbett geführt werden, wobei nur im Gleichstrom arbeitende Reaktoren technische Anwendung finden.

Dreiphasen-Wirbelschicht

Die Feststoffpartikel können sowohl durch den Flüssigkeits- als auch den Gasstrom fluidisiert werden. Die flüssige Phase bildet wie bei der Blasensäule die zusammenhängende Phase. Von Wirbelschicht soll gesprochen werden, wenn relativ große Partikel (5 nm< d P <1 mm) eingesetzt werden. Die Dreiphasen-Wirbelschicht wird dem Festbettreaktor vorgezogen, wenn die Reaktionswärme bei stark exothermen Reaktionen abgeführt werden soll oder der Katalysator häufig ausgetauscht werden muss.

Suspensionsreaktor

Es werden Blasensäulen und Rührkessel als Suspensionsreaktoren benutzt. Die Flüssigkeit bildet immer die zusammenhängende Phase, in der Gas und Feststoff verteilt werden. Kennzeichnend ist, dass die Feststoffkonzentration bei 1 % und höher ist und die Partikelgröße d P unter 100 μm liegt. So ist lediglich ein geringer Energieaufwand zur Suspendierung notwendig. Wie bei Gas-Flüssig-Systemen kann der Stoffübergang durch eine erhöhte Energiedissipation verbessert werden. Der Fest-Flüssig-Austausch bleibt weitgehend unbeeinflusst.

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