Gas/Flüssig-Reaktionen
Reaktoren, die einen Kontakt zwischen einer Gasphase und einer Flüssigphase herstellen, werden zur Gaswäsche, für chemische Synthesen und zur aeroben Fermentation eingesetzt.
Hydrodynamische Prinzipien
- Gas wird in Flüssigkeit dispergiert
- Flüssigkeit wird in Gas dispergiert
- Erzeugung eines dünnen Flüssigkeitsfilms
Beispiele
Blasentank: Rührkesselreaktor mit Gasverteilung am Reaktorboden
Blasensäule: Rohrreaktor mit Gasverteilung am Reaktorboden
Schlaufenreaktor: Rohrreaktor mit internem Umlauf
Kolonnen: Füllkörperkolonne, Bodenkolonne
Fallfilmreaktor: Dünner Flüssigkeitsfilm, Rohrbündel
Sprühturm: Kleine Flüssigkeitstropfen in Gas
Reaktorauswahl
Zur Reaktorauswahl kann eine ähnlichkeitstheoretische Kennzahl herangezogen werden
Checkliste zur prozesstechnischen Auslegung von Gas/Flüssig-Reaktoren (basic engineering)
- Kapazität, Produktionszeit (z.B. 8.000 h/a)
- Beladung des Rohgases und des Reingases
- Komponenten (Gase, Flüssigkeiten)
- stöchiometrische Beziehungen (falls chemische Absorption oder Synthese)
- Reaktionsgleichung (en)
- Reaktionsgeschwindigkeit ri, Stoffänderungsgeschwindigkeiten Ri
- Reaktionsgeschwindigkeitskonstante ki(T)
- Bildungsenthalpie ΔFH0i und freie Bildungsenthalpie ΔFG0i
- Reaktionsenthalpie ΔRH0 und freie Reaktionsenthalpie ΔRG0
- Stoffwert der Reinstoffe: Dichte, dynamische Viskosität, Oberflächenspannung, Wärmeleitfähigkeit, spez. Wärmekapazität bei konst. Druck, Dampfdruck, Verdampfungsenthalpie
- Mischungsregeln für Stoffwerte
- Systemparameter: Diffusionskoeffizient
- adiabate Temperaturerhöhung ΔTad
- Temperaturführung, Art der Kühlung / Temperierung
- Henry-Koeffizient oder Aktivitätskoeffizient
- Annahme Apparatetyp und Einbauten (volumenbez. Oberfläche a, Lückengrad ε)
- Re-Zahl, Sc-Zahl
- Sh-Zahl,
- Hatta-Zahl
- Verstärkungsfaktor (enhancement factor), E
- geschwindigkeitsbestimmender Schritt (Stofftransport oder Reaktion)
- Festlegung Apparatetyp
- treibendes Potential (Δc, Δclog)
- stoffübertragende Fläche A (aus Molenstrom J = E kov A Δc)
- Apparategeometrie, H/D (via Druckverlust, ggf. Flutpunkt)
- ggf. Rührerauslegung, Rührerleistung, Wärmeübergang, Mischzeit
- Wärmeübergang, Wärmedurchgang, Fouling und wärmeübertragende Flächen
- Regelungstechnisches Konzept
- Skizze
- Stutzentabelle
- Apparatedatenblatt
- Kostenschätzung (fixe Investition, Produktionskosten)