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Reaktoren für heterogene Reaktionen

Blasensäulenreaktor

Merkmale

Blasensäulenreaktoren werden hauptsächlich für Reaktionen eingesetzt, die mit relativ geringer Geschwindigkeit im gesamten Volumen der Flüssigkeit ablaufen. Das Gas wird in diesem Reaktortyp kontinuierlich über Gasverteiler in die Flüssigkeit eingebracht, die kontinuierlich zuströmt oder absatzweise vorgelegt wird. Die aufsteigenden Gasblasen transportieren in ihrer Grenzschicht Flüssigkeit von unten nach oben, die in Wandnähe zurückströmt. Diese Zirkulationsströmung führt je nach Gasbelastung zu einer Vermischung der Flüssigkeit.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

  • einfache, kostengünstige Konstruktion
  • große Anpassungsfähigkeit
  • Fehlen von bewegten Einbauten

Nachteile:

  • lange Flüssigkeitsverweilzeiten
  • hoher Vermischungsgrad der flüssigen Phasen, so dass die Blasensäule zur Verengung der Verweilzeitverteilung kaskadiert werden muss

Schlaufenreaktoren

Neben der einfachen Blasensäule werden auch so genannte Schlaufenreaktoren (Blasensäulen mit innerem und äußerem Kreislauf der Flüssigkeit) eingesetzt. Sie bestehen aus einer Blasensäule, in die koaxial ein Innenrohr eingebracht ist. Das Gas wird über eine Düse oder Fritte so in die Flüssigkeit eingeblasen, dass sich im Innenrohr eine Blasensäule ausbildet. Der Schlaufenreaktor wird in Fällen von flüssigen Reaktionsgemischen hoher Viskosität als Rückvermischungsreaktor eingesetzt. Bei ihm wird die Reaktionsmasse in einem Rohrreaktorsystem durch schlaufenartige Teilrückführungen rückvermischt.

Vorteile des Schlaufenreaktors gegenüber der einfachen Blasensäule:

  • vollständige Vermischung der Flüssigkeitsphase
  • wirkungsvollere Gas-Flüssigkeit-Trennung
  • zusätzlicher Wärmeaustausch im äußeren Kreislauf

Die Schlaufenreaktoren lassen sich wie folgt unterteilen:

Strahlschlaufenreaktor:

Er zeichnet sich durch eine homogene Verteilung von Gas und Flüssigkeit aus. Beim Strahlschlaufenreaktor wird die Flüssigkeit in einem Treibstrahl so am Reaktorboden zugeführt, dass dieser das Gas erfassen und zerteilen kann.

Abstromschlaufenreaktor:

Er zeichnet sich durch sehr große Gasverweilzeiten aus, die bei niedriger Bauhöhe eingestellt werden können. Er wird bei der Umsetzung kleinerer spezifischer Gasmengen eingesetzt.

Abb.1
einfache Blasensäule

einstufig

Abb.2
(Siebböden) Blasensäule-Kaskade

mehrstufig

Abb.3
Mammut- Schlaufenreaktor
Abb.4
Abstrom- Schlaufenreaktor
Abb.5
Strahl- Schlaufenreaktor

G = Gas

Anschauliches: Funktionsweise eines dynamischen Gasverteilers

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