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Einführung zu Reaktoren für homogene Reaktionen

Diskontinuierliche Betriebsweise (Satzreaktor)

Ablauf

Der diskontinuierliche Betrieb ist durch folgenden Ablauf gekennzeichnet:

  • Befüllen: Die Reaktionspartner sowie weitere evtl. notwendige Stoffe wie Lösungsmittel, Katalysatoren oder Inerte werden in den Reaktor gegeben.
  • Reaktion: Der Reaktorinhalt verbleibt über einen bestimmten Zeitraum unter definierten Bedingungen im Reaktor.
  • Entleeren: Der Reaktorinhalt wird entnommen und der Reaktor für die nächste Befüllung vorbereitet.
Abb.1
Schematische Darstellung eines absatzweise betriebenen Reaktors

c i : Konzentration der Komponente i

T i : Temperatur der Komponente i

In die Zeit, die für die Herstellung eines Produktes benötigt wird, gehen die für die jeweiligen Operationen benötigten Zeiten ein. Die gesamte Zeit wird als Produktionszyklus bezeichnet.

Abb.2
Produktionszyklus beim diskontinuierlichen Betrieb

Vor- und Nachteile

Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches ändert sich mit fortschreitender Aufenthaltszeit, allerdings nur solange, wie der Gleichgewichtsumsatz noch nicht erreicht ist. Durch intensives Rühren wird gewährleistet, dass an jedem Ort im Reaktor die gleiche Temperatur und Konzentration vorliegt. Diese Größen sind also örtlich, aber nicht zeitlich konstant. Der Reaktor arbeitet instationär.

Die Vorteile dieser Betriebsweise sind:

  • hohe Flexibilität: Einsatz eines Reaktors für die Herstellung verschiedener Produkte möglich
  • hohe Umsätze durch einheitliche, beliebig lang einstellbare Reaktionszeiten

Die Nachteile dieser Betriebsweise sind:

  • Totzeiten durch Füllen, Entleeren, Aufheizen, Abkühlen und Reinigen
  • hoher Mess- und Regelaufwand aufgrund des instationären Prozesses
  • durch Chargenbetrieb kann es zu Qualitätsschwankungen kommen

Anwendungsgebiete

Der diskontinuierliche Betrieb wird aus diesen Gründen angewendet

  • wenn Produkte nur in geringen Mengen hergestellt werden sollen
  • wenn mit einem Reaktor verschiedene Produkte hergestellt werden sollen
  • wenn ein kontinuierlicher Prozess nicht möglich ist (z.B. bei der Herstellung von Feststoffen, die Rohre verstopfen können)
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