Carbon Nanotubes (CNTs) besitzenzahlreiche außergewöhnliche Eigen-schaften und sind für eine Vielzahl vonAnwendungen interessant. Eine wichti-ge Herausforderung besteht in der Ent-wicklung von kostengünstigeren undhochskalierbaren Produktionsverfahrenfür CNTs. Die Auswahl des richtigen Re-aktors ist für eine wirtschaftliche undgroßtechnische Produktion dabei beson-ders wichtig. Der Wirbelschichtreaktorist hierfür ein geeignetes System, jedochsind die Auslegung und das Scaleupdieses Reaktortyps besonders aufwen-dig.
Im Rahmen eines durch das BMBFgeförderten Projektes wird am Institutfür Chemische Verfahrenstechnik derTU Clausthal ein Reaktormodell zurHerstellung von CNTs erarbeitet, dasauf dem Konzept der Zwei-Phasen-Mo-delle basiert [1]. Der Stofftransport indas Katalysatorkorn und das Wachstumder CNT-Agglomerate werden durchweitere miteinander gekoppelte Modelleberücksichtigt. Zur Berechnung desStofftransports im CNT-Agglomeratwurde der Maxwell-Stefan-Ansatz ver-wendet [2]. Dadurch können die Diffu-sion in einem Mehrkomponentensys-tem und das Auftreten von viskosen
Strömungen durch Druckgradientenberücksichtigt werden. Mithilfe des ent-wickelten Gesamtmodells wird ange-strebt, die Abhängigkeiten und Wirkun-gen verschiedenster Prozessparameterzu verstehen, um die Reaktorauslegungkostengünstiger zu gestalten, die Aus-beute im Reaktor zu optimieren und dieQualitätsmerkmale des Produkts zu ver-bessern.
[1] J. Werther, Chem. Ing. Tech. 1978, 50,850.
[2] R. Krishna, J. A. Wesselingh, Chem. Eng.Sci. 1997, 52, 861.
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Einsatz von Reaktionsmechanismen zur Simulationvon MikrodetonationenDipl.-Ing. S. Voglsam1) (E-Mail: [email protected]), Dipl.-Ing. J. Nagy1), Prof. M. Harasek1), Prof. F. Winter1)
1)Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften, Getreidemarkt 9/166, A-1060Wien, Austria
DOI: 10.1002/cite.201050306
Um die in großen Tiefen befindlichegeothermische Wärme wirtschaftlichnutzbar machen zu können, soll einneues Tiefenbohrungsverfahren ent-wickelt werden, das Gestein mittels Mi-krodetonationen abtragen soll. Bei derEntwicklung dieses Verfahrens soll eingeeignetes Mikrosprenggerät hinsicht-lich Reaktions- und Strömungsverhaltenuntersucht werden. Um Strömungspro-zesse von Verbrennungen und Explo-sionen berechnen zu können, ist dieKombination von fluiddynamischer undreaktionskinetischer Simulation erfor-derlich.
Es wurden detaillierte und reduzierteVerbrennungsmechanismen für vier ver-schiedene Standard-Kraftstoffe sowiefür einen Explosivstoff hinsichtlich ihrerEinsetzbarkeit für Mikrodetonationenuntersucht. Dabei wurde besonderesAugenmerk auf den Energieinhalt,Zündverhalten, Umweltfreundlichkeitund Verwendungssicherheit sowie auf
das Vorhandensein von Reaktionsme-chanismen, die für Simulationen not-wendig sind, gelegt. Wasserstoff undMethan zeigten aufgrund ihres geringenEnergieinhaltes pro Volumen sowieihrer komplizierteren Handhabbarkeitweniger gute Einsetzbarkeit. Iso-Oktanund n-Heptan wiesen gute Verwendbar-
keit aufgrund des guten Zündverhaltensauf sowie dessen Veränderbarkeit durchMischen beider Komponenten. BestesZündverhalten und eine sehr hohe Ener-gieausbeute zeigte Nitromethan. Aller-dings besteht bei diesem Explosivstoffdie Gefahr der Selbstzündung, auchohne Vorhandensein eines Oxidators.
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Kontinuierliche Isobutan/Buten-Alkylierung in einemTropfensäulenreaktor mit ionischen Flüssigkeiten als azideKatalysatorenDipl.-Ing. S. J. Aschauer1) (E-Mail: [email protected]), Cand.-Ing. S. Fritschi1), Prof. Dr.-Ing. A. Jess1)
1)Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik, Universitätsstraße 30, D-95440 Bayreuth, Germany
DOI: 10.1002/cite.201050567
Tabelle. Relevante Eigenschaften unterschiedlicher Kraft- und Explosiv-stoffe.
1 Chemische Reaktionstechnik 1353ChemieIngenieurTechnik
Chemie Ingenieur Technik 2010, 82, No. 9 © 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.cit-journal.de
Das bei der Isobutan/Buten-Alkylierungerzeugte Alkylat (Hauptbestandteil Iso-oktan) garantiert durch hohe Oktanzahlund geringen Aromatengehalt eine voll-ständige und saubere Verbrennung. Imindustriellen Maßstab wird Alkylat mitwasserfreier HF oder H2SO4 hergestellt[1]. Diese homogenen Katalysatorenbringen erhebliche Probleme wie starkeKorrosivität und Toxizität mit sich. Trotzdieser Nachteile konnte sich bisher keinalternatives Verfahren durchsetzen, daseine dauerhaft hohe Alkylatqualitätgewährleistet. Heterogene Katalysatorenwie z. B. saure Zeolithe werden durch
Oligomer-Bildung nach kürzester Zeitdeaktiviert. Eine vielversprechende Al-ternative stellen ionische Flüssigkeiten(ILs) mit gelösten Lewis-Säuren (z. B.AlCl3) dar [2].
In der Anlage (Abb.) wurde ein Trop-fensäulenreaktor verwendet, bei dem dieEmulsion und Separation der Katalysa-tor- und Produktphase direkt im Reaktormithilfe von Glasfritten erfolgt, die dieImmobilisierung des Katalysators er-möglichen und eine hohe Phasenaus-tauschfläche mit dem Feed gewährleis-ten. Nach bisherigen Untersuchungenhat die Verweilzeit und die Wahl der
Fritten nur einen geringen, die Aziditätder IL-Schmelze, das Isobutan:Buten-Verhältnis einen größeren und die Zu-gabe von Isobutylbromid als Additiveinen entscheidenden Einfluß auf dieZusammensetzung und die Raum-Zeit-Ausbeute des erzeugten Alkylats bei derVerwendung von ILs als Lewis-azide Ka-talysatoren.
[1] A. Corma, A. Martínez, Cat. Rev. 1993,35, 483.
[2] Z. Liu et al., Oil Gas J. 2006, 104, 52.
Abbildung. R&I-Fließbild der kontinuierlichen Isobutan/Buten-Alkylierung.
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