Ebenso praxisorientiertes wie theoretisch fundiertes Lehrbuch zur Modellierung, Gestaltung und dem Betrieb chemischer Reaktoren. Der Leser wird in die Lage versetzt, die in chemischen Reaktoren ablaufenden Prozesse systematisch zu durchdringen und im mathematischen Modell zu erfassen. Dank zahlreicher typischer Anwendungsbeispiele lernt der Leser, selbständig technische Aufgabenstellungen, wie die Auslegung neuer Reaktoren oder die Verbesserung bzw. Optimierung vorhandener Prozesse und Ausrüstungen, zu lösen. Er wird so zur Anwendung moderner und effektiver Methoden und zur Einschätzung der praktischen Auswirkungen der Ergebnisse befähigt. - Vermittelt werden zunächst die für die Reaktorberechnung erforderlichen thermodynamischen, strömungstechnischen und reaktionskinetischen Grundlagen. - Es folgen allgemeine Prinzipien der Bilanzierung und Modellerarbeitung für verfahrenstechnische Prozesse, Probleme der Maßstabsübertragung und der Gewinnung von Modellparametern aus theoretischen Ansätzen. - Systematisch werden die mathematischen Modelle der Reaktorgrundtypen für homogene Reaktionssysteme erläutert, bevor strömungstechnisch nichtideale Reaktoren und ausgewählte Mehrphasenreaktionsprozesse und deren technische Realisierung dargelegt werden. Anhand repräsentativer industrieller Beispiele wird dabei die Anwendung moderner verfahrenstechnischer Simulationssoftware demonstriert.
Inhaltsverzeichnis
1;Inhaltsverzeichnis;6 2;Vorwort;10 3;Symbolverzeichnis;12 3.1;Indizes unten;17 3.2;Indizes oben;19 4;1 Einleitung;20 4.1;1.1 Chemische Verfahrenstechnik Wissenschaftsdisziplin und Lehrgebiet;20 4.2;1.2 Aufgaben und Methoden der Chemischen Verfahrenstechnik;21 5;2 Grundzüge der Prozess- und Verfahrensgestaltung;26 5.1;2.1 Diskontinuierliche und kontinuierliche Prozessführung;26 5.2;2.2 Das chemische Verfahren und der Reaktor als zentrale Prozesseinheit;28 5.3;2.3 Stoffliche und energetische Kopplung von Prozessstufen;32 6;3 Natur- und ingenieurwissenschaftliche Grundlagen der chemischen Verfahrenstechnik;36 6.1;3.1 Stöchiometrie chemischer Reaktionen;36 6.1.1;3.1.1 Grundgrößen der stöchiometrischen Bilanzierung;37 6.1.2;3.1.2 Stöchiometrische Bilanzen einfacher Reaktionen;40 6.1.3;3.1.3 Stöchiometrische Bilanzen komplexer Reaktionen;42 6.2;3.2 Thermodynamik chemischer Reaktionen;49 6.2.1;3.2.1 Bildungsenthalpie und Reaktionsenthalpie;49 6.2.2;3.2.2 Reaktionsentropie und freie Reaktionsenthalpie;50 6.2.3;3.2.3 Chemisches Gleichgewicht;51 6.3;3.3 Kinetik homogener chemischer Reaktionen;57 6.3.1;3.3.1 Reaktionsgeschwindigkeit und deren Einflussfaktoren;57 6.3.2;3.3.2 Kinetik einfacher Reaktionen;59 6.3.3;3.3.3 Kinetik komplexer Reaktionen;62 7;4 Klassifizierung chemischer Reaktoren;70 7.1;4.1 Reaktorgrundtypen nach strömungstechnischen Gesichtspunkten;70 7.2;4.2 Wärmetechnische Betriebsformen von Reaktoren;75 7.3;4.3 Phasenverhältnisse in chemischen Reaktoren;77 7.4;4.4 Chemische Aktivierungsprinzipien in industriellen Reaktoren;78 7.5;4.5 Mikrostrukturreaktoren;81 8;5 Stoff- und Wärmebilanzen für homogene Reaktionssysteme;84 8.1;5.1 Grundlegende Transportprozesse und Erhaltungssätze;85 8.2;5.2 Allgemeine Stoffbilanz;93 8.3;5.3 Allgemeine Wärmebilanz;95 9;6 Strömungstechnisch ideale Reaktoren für homogene Reaktionen;98 9.1;6.1 Vollständig durchmischte Reaktoren;98 9.1.1;6.1.1 Rührkessel als Chemie- und Bioreaktoren;98 9.1.2;6.1.2 Vor- und Nachteile der Rührkesseltypen;
103 9.1.3;6.1.3 Berechnung von Rührkesseln für homogene Reaktionen;107 9.2;6.2 Reaktoren mit idealer Pfropfenströmung ( Idealer Rohrreaktor, Strömungsrohr);159 9.2.1;6.2.1 Strömungsverhältnisse und technische Gestaltung;159 9.2.2;6.2.2 Vor- und Nachteile des Rohrreaktors;161 9.2.3;6.2.3 Berechnung von idealen Rohrreaktoren für homogene Reaktionen;162 9.3;6.3 Vergleich der Leistungsparameter der Reaktorgrundtypen;177 9.3.1;6.3.1 Vergleichende Betrachtungen bei einfachen Reaktionen;178 9.3.2;6.3.2 Vergleichende Betrachtungen bei komplexen Reaktionen;183 9.4;6.4 Thermische Stabilität und instationäres Reaktorverhalten;189 9.4.1;6.4.1 Technische Beispiele;189 9.4.2;6.4.2 Stabilitätsuntersuchungen an einem kontinuierlichen Rührkessel;193 10;7 Reaktorschaltungen;204 10.1;7.1 Industrielle Anwendungsbeispiele;204 10.2;7.2 Gestaltung und allgemeine stoffliche Bilanzierung von Reaktorkaskaden;205 10.3;7.3 Rührkesselkaskade;209 10.3.1;7.3.1 Vor- und Nachteile von Rührkesselkaskaden;210 10.3.2;7.3.2 Berechnung von Rührkesselkaskaden;210 10.4;7.4 Reaktoren mit Kreislauf;224 10.4.1;7.4.1 Anwendung von Reaktorkreisläufen;224 10.4.2;7.4.2 Berechnung von Reaktorkreisläufen;227 11;8 Strömungstechnisch nichtideale Reaktoren;236 11.1;8.1 Beispiele für nichtideales Strömungsverhalten;237 11.2;8.2 Berechnung von Rohrreaktoren mit partieller axialer Rückvermischung;241 11.2.1;8.2.1 Eindimensionales Dispersionsmodell;241 11.2.2;8.2.2 Kaskadenmodell;249 11.3;8.3 Verweilzeituntersuchungen zur Charakterisierung des Vermischungsverhaltens;252 11.3.1;8.3.1 Definitionen;253 11.3.2;8.3.2 Messung von Verweilzeitverteilungen;255 11.3.3;8.3.3 Berechnung und Auswertung von Verweilzeitverteilungen;258 11.4;8.4 Kopplung von Verweilzeitverhalten und Reaktion in realen Reaktoren;277 11.4.1;8.4.1 Mikrovermischung und Makrovermischung in Reaktoren;277 11.4.2;8.4.2 Berechnung von Reaktionssystemen mit Segregation;278 12;9 Reaktoren für Fluid-Feststoff- Reaktionen;286 12.1;9.1 Industrielle Verfahren und Reak
toren;286 12.2;9.2 Prozessgrundlagen heterogen-gaskatalytischer Reaktionen;295 12.2.1;9.2.1 Katalytische Wirkung und Vorgänge am Katalysatorkorn und in der Katalysatorschicht;295 12.2.2;9.2.2 Äußerer Stoff- und Wärmeübergang;299 12.2.3;9.2.3 Porendiffusion und Wärmeleitung im Katalysatorkorn;302 12.2.4;9.2.4 Adsorption und Desorption an Katalysatoroberflächen;306 12.2.5;9.2.5 Reaktionskinetik an festen Katalysatoren;308 12.3;9.3 Auslegung und Betrieb von Festbettreaktoren;320 12.3.1;9.3.1 Berechnung von Festbettreaktoren;320 12.3.2;9.3.2 Festbettkatalytische Mehrstufenreaktoren;342 12.3.3;9.3.3 Spezielle verfahrenstechnische Probleme und Betriebsverhalten von Festbettreaktoren;354 12.4;9.4 Wirbelschichtreaktoren für gaskatalytische Reaktionen;362 12.4.1;9.4.1 Strömungstechnische Charakteristik der Wirbelschicht;363 12.4.2;9.4.2 Vor- und Nachteile von Wirbelschichtreaktoren;370 12.4.3;9.4.3 Berechnung von Wirbelschichtreaktoren;371 13;10 Reaktoren für Fluid-Fluid- Reaktionen;374 13.1;10.1 Industrielle Verfahren und Reaktoren;374 13.2;10.2 Stofftransport und chemische Reaktion;379 13.2.1;10.2.1 Stofftransport Gas-Flüssigphase;380 13.2.2;10.2.2 Reaktionskinetik;382 13.3;10.3 Prozesstechnik und Reaktorauswahl;387 13.4;10.4 Berechnung von Blasensäulenreaktoren;390 13.5;10.5 Berechnung von Rührkesseln für Gas-Flüssig- Prozesse;403 13.5.1;10.5.1 Kontinuierlich betriebener Gas-Flüssig-Rührkessel im stationären Zustand;403 13.5.2;10.5.2 Halbkontinuierlich betriebener Gas-Flüssig-Rührkessel mit kontinuierlicher Gasdosierung;408 14;11 Polymerisationsreaktoren;416 14.1;11.1 Industrielle Verfahren und Reaktoren;416 14.2;11.2 Prozessgrundlagen der Polymerisation;422 14.2.1;11.2.1 Strukturen von Makromolekülen;423 14.2.2;11.2.2 Stöchiometrie und Kinetik der Polymerisation;424 14.2.3;11.2.3 Berechnung ausgewählter Strukturparameter;426 14.3;11.3 Prozesstechnik und Reaktorauswahl;427 14.4;11.4 Berechnung von Polymerisationsreaktoren;431 14.4.1;11.4.1 Diskontinuierlicher Rührkessel;4
31 14.4.2;11.4.2 Kontinuierlicher Rührkessel;441 15;12 Elektrochemische Reaktoren;448 15.1;12.1 Industrielle Verfahren und Reaktoren;448 15.2;12.2 Grundlagen der Berechnung elektrochemischer Reaktoren;459 15.2.1;12.2.1 Grundlagen der stofflichen Bilanzierung;459 15.2.2;12.2.2 Elektrochemische Thermodynamik und Kinetik;460 15.2.3;12.2.3 Stoff- und Ladungstransport in Elektrolytlösungen;463 15.3;12.3 Berechnung und Bewertung elektrochemischer Reaktoren;472 15.3.1;12.3.1 Stoffliche Bilanzierung der Reaktorgrundtypen;472 15.3.2;12.3.2 Energetische Bilanzierung;476 16;13 Photochemische Reaktoren;484 16.1;13.1 Industrielle Verfahren und Reaktoren;484 16.2;13.2 Grundlagen photochemischer Reaktionsprozesse;488 16.2.1;13.2.1 Geschwindigkeit photochemischer Reaktionen;488 16.2.2;13.2.2 Zusammenhang zwischen Quantenstrom und Strahlerleistung;490 16.3;13.3 Berechnung photochemischer Reaktoren;491 17;Literaturverzeichnis;498 18;Stichwortverzeichnis;504
