Under CopyrightLange, RüdigerLandmesser, HolgerReichelt, ErikErikReicheltMichaelis, Alexander2022-03-0711.07.20182016https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/28095910.24406/publica-fhg-280959Der überwiegende Anteil aller Verfahren in der chemischen Industrie beinhaltet heterogen katalysierte Prozessschritte. Für die Auslegung der eingesetzten Festbettreaktoren werden geeignete Modellgleichungen für Stofftransport und Druckverlust benötigt. Insbesondere für neuartige strukturierte Träger liegen jedoch häufig keine belastbaren Korrelationen vor. Dies stellt ein entscheidendes Hindernis auf dem Weg zur industriellen Anwendung innovativer Träger- und Reaktorkonzepte dar. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb zwei universelle Modellgleichungen für die Beschreibung von Stofftransport und Druckverlust in unterschiedlich strukturierten und geschütteten Festbetten hergeleitet. Im Fokus stehen dabei Kugelschüttungen sowie faserbasierte Trägerstrukturen, die aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften in den letzten Jahren Gegenstand zahlreicher Entwicklungsarbeiten waren. Die entwickelten Korrelationen werden mit Hilfe von Literaturdaten und eigenen Experimenten validiert. Dabei wird die Anwendbarkeit der Modellgleichungen für die Reaktor- und Trägerstrukturauslegung in einem weiten Bereich für die Reynolds- und Schmidt-Zahl sowie für die Bettporosität nachgewiesen.1 Einleitung // 2 Reaktionstechnische Grundlagen / 2.1 Heterogen katalysierte chemische Reaktionen / 2.2 Reaktoren für kinetische Untersuchungen / 2.3 Axiale Dispersion in Festbettreaktoren // 3 Stand der Wissenschaft / 3.1 Katalysatorträger / 3.2 Stofftransport und Durckverlust // 4 Zielsetzung und methodische Vorgehensweise // 6 Katalysatorpräparation und -charakterisierung / 6.1 Auslegung und Aufbau des Teststands / 6.2 Versuchsdurchführung und Auswertung / 6.3 Fehlerbetrachtung / 6.4 Bestimmung des filmdiffusionslimitierten Bereichs // 7 Stofftransport und Druckverlust im Festbettreaktor / 7.1 Modellbildung zur Berechnung von Stofftransport und Druckverlust / 7.2 Validierung / 7.3 Diskussion // 8 Zusammenfassung und Ausblick // A Literaturverzeichnis // B Abbildungsverzeichnis // C Tabellenverzeichnis // D Anhang / D.1 Aktivierungsenergie bei Vorliegen einer Porendiffusionslimitierung / D.2 Zusammenhang zwischen Stoffübergangskoeffizient und Filmdicke / D.3 Perowskite als Katalysatoren / D.4 Partikel- und Porengrößenverteilungen / D.5 Fließbild Teststand / D.6 Mechanismus der heterogen katalysierten CO-Oxidation / D.7 Einfluss der homogenen CO-Oxidation / D.8 Einfluss des gewählten Stofftransportmodells für die Einzelkugel / D.9 Vereinfachte Berechnung der effektiven Sherwood-ZahldeKatalyseFestbettreaktorTrägerstrukturKugelschüttungenindustrial applications of scientific research & technological innovationEngineering: generalChemieingenieureVerfahrenstechniker620666doctoral thesis