zum Directory-modus

Praktikum Verweilzeit

Einführung zum Praktikumsversuch Verweilzeitverhalten

Begriffe und Definitionen

Im Praktikumsversuch soll das Verweilzeitverhalten (auch Verweilzeitfunktion) von verschiedenen Reaktoren bestimmt werden. Von zentraler Bedeutung für das Verständnis des Verweilzeitverhaltens ist der Begriff hydrodynamische Verweilzeit τ. Sie ist in einem Reaktor definiert als das Verhältnis von Reaktorvolumen zum Volumenstrom der Reaktionsmischung:

τ = V R V A . V E . = V A . Volumenströme (Eingang=Ausgang) V R Reaktionsvolumen bei Kessel bzw. Kaskade und Strömungsrohr τ hydrodynamische bzw. mittlere Verweilzeit

Die Definition gilt unter den Voraussetzungen, dass beim Reaktordurchgang keine Dichteänderung auftritt, eventuell auftretende chemische Reaktionen volumenbeständig sind und keine Rückvermischung über den Zulauf hinaus stattfindet bzw. kein Produkt zurück in den Kessel gelangt.

In den Reaktor eintretende Volumenelemente gelangen auf unterschiedlichen Wegen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch den Reaktor. Da die Aufenthaltszeit der Volumenelemente in kontinuierlichen Reaktoren nicht einheitlich ist, ergibt sich eine Verteilung. Die relative Häufung von Teilchen gleicher effektiver Verweilzeit, dargestellt als Funktion der Zeit, wird als Verweilzeitfunktion E(t) (auch Verweilzeitdichtekurve) bezeichnet. Sie hat Einfluss auf die Leistung des Reaktors und die Selektivitäten bei komplexen Reaktionen.

Bitte Flash aktivieren.

Abb.1
Verweilzeitverteilung im idealen Rührkessel

.

Bitte Flash aktivieren.

Abb.2
Verweilzeitverteilung im Strömungsrohr

Verschiedene Verweilzeitdefinitionen

Es existieren unterschiedliche Möglichkeiten, die Verweilzeit zu definieren. So kann als Bezugspunkt der Zulaufstrom oder der Auslaufstrom des Reaktors gewählt werden. Weitgehend durchgesetzt hat sich jedoch der Bezug auf den Auslaufstrom. Die einzelnen Verweilzeiten werden folgendermaßen definiert:

Verweilzeitfunktion E(t) oder w(t): Bruchteil des Zulauf im Ablauf, der sich zwischen der Zeit t und t+dt im Reaktor aufgehalten hat.Summenfunktion F(t) oder W(t): Bruchteil des Ablaufstroms, der eine Zeit <t im Reaktor zugebracht hat. Er wird durch Integration der Verweilzeitfunktion erhalten.Innere Altersverteilung I(t): Anteil des Reaktorinhalts (nicht des Ablaufstroms), der sich zwischen den Zeiten t und t+dt im Reaktor aufgehalten hat.

Verweilzeitfunktion E(t): 0 E ( t ) d t = 0 I (t) d t = 1

Summenfunktion F(t): F (t) = 0 t E ( t ) d t  bzw.  E ( t ) = d F ( t ) d t

mittlere Verweizeit τ: τ = 0 t E ( t ) d t

Basierend auf der Definition der Verweilzeitfunktion lässt sich die mittlere Verweilzeit τ beschreiben. Um Reaktoren verschiedener Größe und unterschiedlicher Durchsätze zu vergleichen, werden die Verweilzeitfunktionen auf die mittlere Verweilzeit bezogen (normiert). Häufig wird dafür eine dimensionslose, normierte Zeit eingeführt.

Θ = t τ t = gemessene Zeit τ = mittlere Verweilzeit

Weiterführende Literatur

Denbigh, K.; Turner, J. (1973): Einführung in die Reaktionstechnik. Verlag Chemie, Weinheim , Baerns, M.; Hofmann, A.; Renken, A. (1992): Chemische Reaktionstechnik. G. Thieme Verlag Stuttgart, New York , Patat, .; Kirchner, . (1986): Praktikum der Technischen Chemie. W. de Gruyter Berlin, New York ,

<Seite 1 von 12