Studien zum realen Verhalten von Differenzialkreislaufreaktoren für reaktionskinetische Untersuchungen heterogen-gaskatalytischer Reaktionen an körnigen Partikeln

Abstract

Der Reaktionstechniker benötigt ein Kinetikmodell zur Formulierung des Reaktormodells für die Simulation technischer Reaktoren, hier gaskatalytischer Festbettrohrreaktoren, als wichtigstes Teilmodell. Dazu ist es ausreichend, wenn dieses Modell aus der Sicht des Ingenieurs die wesentlichen Abhängigkeiten von den Zustandsgrößen (Temperatur, Zusammensetzung, Druck) beschreibt und in möglichst weiten Grenzen extrapolationsfähig ist. Die wichtigste Grundlage der Modellierung einer solchen Ingenieurkinetik ist die Gewinnung möglichst unverfälschter kinetischer Messdaten, wozu der Differenzialkreislaufreaktor (DKR) bekanntlich die besten Voraussetzungen bietet, weil nur in diesem Versuchsreaktortyp bei "gradientenfreier" Arbeitsweise die Stoffmengenänderungsgeschwindigkeiten (bei einfachen Reaktionen auch die Reaktionsgeschwindigkeiten) und damit auch die katalytische Aktivität direkt messtechnisch zugänglich sind. Allerdings sind DKR, die das gradientenfreie Wirkprinzip umsetzen, schwierig oder gar nicht zu realisieren, obwohl man sich seit mehr als 50 Jahren intensiv darum bemüht. Die Messdaten sind also durch das Realverhalten mehr oder weniger stark verfälscht. Das ist besonders kritisch, weil diese Verfälschungen im Gegensatz zu Integralreaktoren auf relativ kleine Katalysatormengen bzw. wenige Partikeln einwirken. Die systematische Untersuchung solcher Verfälschungen ist deshalb erstmals der zentrale Gegenstand der vorliegenden Arbeit.

The reaction technician needs a kinetics model for the formulation of the reactor model for the simulation of technical reactors, here gas-catalytic fixed bed tubular reactors, as the most important partial model. In addition it is sufficient if this model from the view of engineer describes substantial dependence on the variables of state (temperature, composition, pressure) and in as far a borders as possible is extrapolationable. The most important basis of the modelling of such a engineer kinetics is the production of genuine kinetic a measuring data as possible, to which as well known the differential recycle reaktor (DKR) offers the best conditions, because only in this type of test reactor with "more gradient-free" function the amount of material rates of change (with simple reactions also the reaction rates) and concomitantly the catalytic activity are directly instrumentation accessible. However are differential recycle reactors, which convert the gradient-free effect principle not to realize with difficulty or although one strives intensively for more than 50 years around it. The measuring data are thus falsified by the material behavior more or less strongly. That is particularly critical, because these falsifications affect contrary to integralreaktoren relatively small catalyst quantities and/or few particles. The systematic investigation of such falsifications is the central the subject of the available work therefore for the first time.