Grundlagen TC 4

2.Begriffekontinuierliche Betriebsweise diskontinuierliche Betriebsweise

Reaktoren

Reaktoren - Apparate zur Durchfhrung chemischer Reaktionenstndige Zu- und Abfhrung von Edukt/Produkt stationrer Betrieb (Parameter zeitlich konstant) Produktion in Anstzen, Chargen (Satzreaktor) instationrer Betrieb (Parameter zeitlich variabel)

2.1. Reale Reaktoren fr einphasige Reaktionssysteme gasfrmig flssig fr mehrphasige Reaktionssysteme gasfrmig/flssig gasfrmig/fest*verschiedene Methoden der Wrmebertragung

flssig/fest* flssig/flssig

*Katalysator oder Reaktionsteilnehmer

unterschiedliche Strmungsfhrung

Reaktoren fr einphasige ReaktionssystemeRhrkesselreaktorauf dem Papier... Scheibenrhrer

MIG*Rhrer

im Betrieb ...*Mehrstufen-Impuls-Gegenstrom

Ankerrhrer

Reaktoren fr einphasige ReaktionssystemeStrmungsrohrreaktorSchema einer Hochdruck-Polyethylenanlage(mit Strmungsrohr- und Autoklavenreaktor)

Rohrreaktor einer Hochdruck-Polyethylenanlage

3 200 bar, 350 C, 180000 t/aFoto: Uhde Hochdruck GmbH

Hochdruck-Polyethylenanlage - RohrreaktorHochdruckrohre und Khlmantel

Fotos: Uhde Hochdruck GmbH

Blick auf Rohrkrmmer(im Aufbau)

Reaktoren fr einphasige ReaktionssystemeStrmungsrohrreaktorSchema einer Hochdruck-Polyethylenanlage(mit Strmungsrohr- und Autoklavenreaktor)

Rohrreaktor einer Hochdruck-Polyethylenanlage

Spezielle Reaktoren: Gasbrenner,Lichtbogenreaktoren

3 200 bar, 350 C, 180000 t/aFoto: Uhde Hochdruck GmbH

Reaktoren fr mehrphasige Reaktionssystemeallgemeine Aspekte Reaktionen an der (oder ber die) Phasengrenzflche knnen stofftransportlimitiert sein hohe Phasengrenzflchen gnstig hohe Relativgeschwindigkeit an den Phasengrenzflchen gnstig Bei Reaktionen mit Festkrpern: Wrmeab- bzw. antransport kritisch

Reaktionssystem gasfrmig / festUnterteilung nach Strmungsfhrung berstrmtes Bett durchstrmtes Bett (Festbett) bewegtes Bett Wrmebertragung adiabatische Reaktoren mit Zwischenkhlung, Zwischenaufheizung Reaktoren mit direkter Wrmezu- bzw. abfuhr (Festbett, Fliebett) Regenerativprinzip Reaktoren mit umlaufendem Wrmetrger

Reaktoren fr mehrphasige Reaktionssysteme

Gas - Feststoff - Reaktoren: berstrmtes Bett

Drehrohr-OfenAnwendung z. B. Zementherstellung Kalzination anorganischer Produkte (TiO2) Mllverbrennung


Gas - Feststoff - Reaktoren: berstrmtes Bett Monolith-ReaktorFormkrper (Monolithe)

Katalysator im Monolith

Washcoat (Katalysator)

Wand des Monolithen

Anwendung: Auto ... Entstickung von Rauchgasen


Gas - Feststoff - Reaktoren: Durchstrmtes Bett Festbett - ReaktorGrundform Edukt WT* Katalysator WT* RohrbndelreaktorAnwendung z. B. Selektivoxidationen (Ethylenoxid)

Schachtofen zum KalkbrennenEdukt WT*

Varianten

CaCO3

CaO + CO2Abgas

Kalkstein

WT* ProduktLuft Luft Brennstoff

Produkt

*Wrmetrger

kontinuierlich: katalytischer Konverter (Festkrper ist Katalysator, nicht Reaktionspartner)Anwendung: thermoneutrale Reaktionen (Isomerisierungen)

Brennstoff

HordenreaktorAnwendung z. B. NH3Methanolsynthese kalte Luft gebrannter Kalk


Gas - Feststoff - Reaktoren: FliebettVom Festbett zur Wirbelschicht

Festbett

Auflockerungspunkt

homogene Wschicht

blasenbildende Wschicht

stoende Wschicht


Gas - Feststoff - Reaktoren: FliebettWirbelschicht als Biotop

Gas - Feststoff - Reaktoren: Fliebett

Homogene Wirbelschicht


Blasenbildende Wirbelschicht


Stoende Wirbelschicht


Gas - Feststoff - Reaktoren: FliebettWirbelschichtreaktor zum Regenerieren eines feinkrnigen KatalysatorsAbluft Zyklon

Ammoxidation von Propylen in einem Wirbelschichtreaktor(Sohio-Verfahren) Reaktionsprodukt (Acrylnitril)

Dampf

Wasser

Katalysator

Katalysator + Luft

C3H6, NH3 Luft

Reaktoren fr mehrphasige Reaktionssysteme - Gas-Feststoff-Reaktoren:

Adiabatische Reaktoren mit Zwischenaufheizung/Zwischenkhlung

Abschnitts (Horden-) reaktoren

ltere Technologie des Benzin-Reformierens

Khlung durch Kaltgaszufhrung(z. B. in Reaktoren der Methanoloder AmmoniakSynthese)

Khlung durch Wrmetauscher(z. B. SO2-Oxidation)


Direkte Wrmeableitung/zufuhrRohrbndel-Reaktoren

Bearbeitung des Rohrbodens eines Rohrbndelreaktors

Schema

Modell

Alternative fr Ableitung groer Wrmemengen: Wirbelschicht mit Khlschlangen

Regenerativ-PrinzipEdukte Heigas/Luft

Reaktionsphase

Regenerationsphase

Produkte Abgas


Reaktionsphase

Regenerationsphase

Produkte Abgas


Regenerationsphase

Reaktionsphase

Produkte AbgasAnwendung: Dehydrierung von Alkanen an (Chrom-) Oxidkatalysatoren


Regenerativprinzip mit umlaufendem Wrmetrger(besonders endotherme Reaktionen)

Wanderbett-ReaktorAbgas

Riser-Regenerator(fr Kohlenwasserstoff-Cracken FCC)

Regenerationsgas

Produkt Edukt

z. B. neuere Technologie des Benzinreformierens

Luft Verweilzeit im Riser: wenige Sekunden

Wrmeeinbringung durch berhitzung im Regenerator Katalysator = Wrmetrger


Gas-Flssig- und Dreiphasen-ReaktorenBlasensule Rhrkessel Kolonnen(Boden-, Fllkrper-)

z. B. Hydrierungen in flssiger Phase

RieselbettreaktorGas-Flssig-Reaktionen z. B. Herstellung von Soda (nur Dreiphasenreaktionen, z. B. Hydroraffination von Diesel)

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