Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens der thermo-chemischen Herstellung von Bio-Ethanol der zweiten Generation wird signifikant durch das gewählte Katalysatorsystem bestimmt. Die Eigenschaften des Katalysators beeinflussen direkt das Schema und die Produktivität des Prozesses. Um den Einfluss neuer Katalysatorsysteme auf den Gesamtprozess der Alkoholsynthese unter moderatem Zeitaufwand auf verschiedenen Größenskalen untersuchen zu können wurde eine modular aufgebaute Toolbox entwickelt. Diese basiert auf den beiden kommerziellen Simulationstools ANSYS FLUENT V15.0 und ASPENPlus V8.4. Ein mikrokinetisches Modell bildet das zu untersuchende Katalysatorsystem ab. Der Reaktionsmechanismus beschreibt die Alkoholsynthese über einen sulfidisierten Co-K-Mo/C-Katalysator. Der Mechanismus wurde auf Messdaten eines Co-Cu/ZnO/Al2O3-Katalysators angepasst. Die Wärme- und Stofftransportvorgänge in einem katalytisch aktiven sphärischen Korn werden numerisch gelöst, um Temperatur- und Konzentrationsgradienten im Korn zu untersuchen. Die Auslegung der beiden Reaktortypen (Festbett- und Slurryreaktor) erfolgte in FLUENT. Das Zweiphasensystem des Festbettreaktors wurde durch ein quasi-homogenes Reaktormodell beschrieben. Für die CFD-Simulationen des Slurryreaktors wurde das Euler-Euler-Mehrphasenmodell verwendet. Die Gasphase sowie die Suspension aus Flüssigkeit und Feststoffkatalysator wurden als einzelne Phasen beschrieben. Die Phasenunteraktion wurde über Grenzflächenkräfte berücksichtigt. Zur Beschreibung der Blasengrößenverteilung wurde das Population-Balance-Modell implementiert. Experimentelle Untersuchungen an Blasensäulenkolonnen dienten der Überprüfung des CFD-Modells. Aufbauend auf den Ergebnissen erfolgte die Modellierung des vollständigen Syntheseverfahrens in ASPENPlus.
Aktualisiert: 2019-12-12
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