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Reaktoren für heterogene Reaktionen

Wirbelschichtreaktoren

In einem Wirbelschichtreaktor wird eine feinkörnige Feststoffaufschüttung durch das kontinuierlich über einen Gasverteiler von unten einströmende Gas oder durch die eingespeiste Flüssigkeit aufgewirbelt.

Einsatzgebiet

Der Wirbelschichtreaktor wird für eine Vielzahl unterschiedlicher Fluid-Feststoff-Reaktionen eingesetzt:

  • nicht katalysierte Gas-Feststoff-Reaktionen
  • heterogen-katalysierte Reaktionen
  • homogene Reaktionen, bei denen der Feststoff als Wärmeträger zum Einsatz kommt
  • rein physikalische Vorgänge (Mischen, Granulieren, Trocknen)
  • verstärkt in der Bioreaktionstechnik beim Einsatz von auf inerten Trägern inmobilisierten Enzymen oder Zellen

Besonders das Cracken von Kohlenwasserstoffen und Rösten von sulfidischen Erzen in der Wirbelschicht hat weltweite Bedeutung erlangt.

Abb.1
Zinkblende-Röstofen

Vor- und Nachteile

Vorteile:

  • Fließfähigkeit des Feststoffs, daher leichte Handhabung und Transportmöglichkeit. Dies ist ein Vorteil bei Prozessen, bei denen der Katalysator häufig regeneriert werden muss.
  • Einsatz kleiner Feststoffpartikel (Partikeldurchmesser d p ca. 10-800 nm), daher eine große äußere Fluid-Feststoff-Oberfläche und eine geringe Transportlimitierung bei der Reaktion.
  • Intensive radiale und axiale Feststoffdurchmischung, daher gleichmäßige Feststoff- und Temperaturverteilung.
  • Guter Wärmeaustausch zwischen dem Korn und Fluid sowie zwischen dem Wirbelbett und der Apparatewand eines eventuell notwendigen Wärmetauschers.

Nachteile:

  • Verweilzeitverteilung des Fluids durch Dispersion und Bypass in den Blasen.
  • Verweilzeitverteilung des Feststoffes durch Rückvermischung, wenn der Feststoff kontinuierlich durchgesetzt wird.
  • Erosion des Gefäßes und Abrieb der Feststoffteilchen und Apparatewände (die Abriebfestigkeit ist ein entscheidender Punkt bei der Entwicklung von Wirbelschichtkatalysatoren).
  • Schwierige Maßstabsvergrößerung und Modellierung, da der Transport von Wärme und Stoff noch nicht sicher berechnet werden kann.
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