Die Miprowa® Reaktoren können dem Reaktorkonzept der milli- oder mikrostrukturierten Reaktoren zugeordnet werden. Diese basieren auf dem Prinzip der kontinuierlichen Prozessführung in verkleinerten inneren Strukturdimensionen.
Reaktoren, die diesem neuen Reaktorkonzept angehören, haben eine größere Kapazitätsflexibilität bei gleichzeitiger erhöhter Prozesskontrolle. Ihre volumetrischen Wärme- und Stofftransportkoeffizienten sind im Vergleich zu denen von Rührkesseln deutlich größer und daher ist dieses Reaktorkonzept insbesondere geeignet für stark exotherme und schnelle Reaktionen. Ein weiterer Vorteil von kleinen inneren Strukturdimensionen ist der damit verbundene geringe Reaktor-Hold-up, der sowohl zu einer erhöhten inhärenten Sicherheit als auch einer Einsparung von Roh- und Einsatzstoffen führt. Mit dem Skalierungskonzept bestehend aus Equaling-up und Numbering-up ist es dann möglich, trotz geringer Reaktorvolumina große Produktionskapazitäten zu erreichen. Die Sparte der Fein- und Spezialchemie mit Produktionskapazitäten von wenigen kta^(-1) und in der Regel mehreren Prozessschritten kann von der Produktion in diesen Reaktoren profitieren.
In dieser Arbeit werden Gas/Flüssig-Strömungen in den Prozesskanälen der Miprowa® Reaktoren untersucht. In die rechteckigen Kanäle der Miprowa® Reaktoren sind statische Mischer eingeschoben, die Kammschichten genannt werden. Es werden Ergebnisse zu den Strömungsformen, dem Druckverlust, dem Wärme- und Stofftransport erreicht. Die Ergebnisse sind die Basis für eine erste Auslegungsgrundlage zur erfolgreichen Auswahl und verfahrenstechnischen Auslegung von Miprowa® Reaktoren als Gas/Flüssig-Reaktoren.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Bei der Auslegung kontinuierlicher Produktionsanlagen stellt die Wahl des Reaktors einen kritischen Punkt dar, da die charakteristischen Kenndaten in Frage kommender Reaktoren häufig nicht umfassend bekannt sind. Dies ist jedoch für eine zuverlässige Auslegung der Apparate und damit einen robusten Betrieb erforderlich.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, ein neuartiges Reaktorkonzept hinsichtlich seiner Eignung für den Einsatz in kleinskaligen, kontinuierlichen Produktionsanlagen zu bewerten. Dazu werden die charakteristischen Kenndaten des untersuchten Apparats ermittelt und dessen Performance auf Grundlage eines Vergleichs mit alternativen Reaktorkonzepten bewertet. Das hier betrachtete Reaktorkonzept ist vom Einsatz statischer Mischelemente gekennzeichnet, die hinsichtlich ihres Designs diverse Freiheitsgrade aufweisen und damit eine flexible Anpassung an den Prozess ermöglichen. Um die charakteristischen Kenndaten zu bestimmen, werden systematische theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Hydrodynamik, zum Wärmeübergang und zum Verweilzeitverhalten des betrachteten Reaktors durchgeführt. Die darauf aufbauende Anwendung von verschiedenen Modellansätzen zur Beschreibung der Reaktorcharakteristik erlaubt zum einen die modellgestützte Vorhersage der Reaktorcharakteristik in Abhängig der gewählten Designparameter und stellt zum anderen die Grundlage für die Vergleichbarkeit mit anderen Reaktorkonzepten dar.
Abschließend wird die Performance des untersuchten Reaktors in einer theoretischen Untersuchung mit anderen Reaktoren verglichen und bewertet. Dabei werden insbesondere Fragestellungen zu Einsatzgebieten kleinskaliger kontinuierlicher Produktionsanlagen betrachtet und die wesentlichen Faktoren zur Bewertung geeigneter Reaktorkonzepte identifiziert.
Aktualisiert: 2020-12-08
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