Hydrierung von D-Glucose zu D-Sorbitol in einem Monolith-Kreislaufreaktor
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde das Potential monolithischer Schlaufenreaktoren zur Prozessintensivierung der heterogen katalysierten Glucosehydrierung untersucht. Dazu wurden suspendierte Pulverkatalysatoren mit wandbeschichteten Monolithkatalysatoren verglichen. Im Rahmen des Projekts wurde eine Methode zur Herstellung von Ru/Al2O3-Katalysatoren entwickelt, die sich zur Herstellung von vergleichbaren Pulverkatalysatoren und Monolithkatalysatoren mit dünnen Schichtdicken eignet. Mit Charakterisierungsmessungen konnte gezeigt werden, dass die Katalysatoren eine ähnliche Textur und katalytische Eigenschaften aufweisen. Es wurden mathematische Modelle zur Unterstützung der Versuchsauswertung und für weiterführende Simulationen aufgestellt. Dabei kann sowohl der Suspensionsreaktor als auch der Monolithreaktor mit einem Modell für einen idealen Rührkessel beschrieben werden. Die Unterschiede der Reaktortypen werden durch unterschiedliche Stofftransportkorrelationen erfasst. Es wurden systematische Messungen an Pulverkatalysatoren zur Bestimmung kinetischer Daten durchgeführt, die mit Hilfe des mathematischen Modells ausgewertet wurden. Bei Experimenten zum Vergleich von Monolith- zu Pulverkatalysatoren zeigte sich, dass die Reaktion am suspendierten Pulverkatalysator hauptsächlich durch äußere Stofftransportvorgänge beeinflusst wird. Die eingesetzten Monolithkatalysatoren werden dagegen fast ausschließlich durch inneren Stofftransport beeinflusst. Durch Wahl einer hinreichend dünnen Katalysatorschicht kann neben der Verbesserung des äußeren Stofftransports durch die Kolben-Strömung in den Monolithkanälen auch der Einfluss innerer Stofftransportvorgänge verringert werden. Auf Basis der experimentell ermittelten Daten und des mathematischen Modells wurden Berechnungen zum Scale-Up für einen industriell relevanten Anwendungsfall durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine Verringerung der Reaktionszeit von 28 % für den Monolith-Kreislaufreaktor gegenüber einem Suspensionsreaktor. Da außerdem die aufwändige Katalysatorabtrennung wegfällt, stellt der monolithische Schlaufenreaktor somit eine sehr interessante Alternative zu Rührkesselreaktoren mit suspendierten Pulverkatalysatoren dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Monolith loop reactor for hydrogenation of glucose. Catalysis Today 147S (2009) S342-S346
C. Eisenbeis, R. Guettel, U. Kunz, T. Turek
- Monolith loop rector for hydrogenation of glucose. 3rd International Conference on Structured Catalysts and Reactors, Ischia, Italien, 27.-30. September 2009
C. Eisenbeis, R. Güttel, U.Kunz, T. Turek
- Hydrierung von Glucose in einem monolithischen Schlaufenreaktor. Jahrestreffen Reaktionstechnik 2010, Würzburg, 10.-12. Mai 2010
C. Eisenbeis, R. Güttel, U. Kunz, T. Turek
- Hydrogenation of glucose in a batch-operated monolith loop reactor. Catalysis in Multiphase Reactions CAMURE – 8, Naantali, Finland, 22.-25. Mai 2011
R. Güttel, C. Eisenbeis, J. Diedenhoven, U. Kunz, T. Turek
- Improvement of Glucose Hydrogenation Productivity by Application of a Monolith Loop Reactor Concept. 22nd International Symposium in Chemical Reaction Engineering, Maastricht, Niederlande, 02.-05. September 2012
J. Diedenhoven, C. Eisenbeis, R.Güttel, U. Kunz, T. Turek
- Produktivitätssteigerung der Glucosehydrierung durch den Einsatz von Monolithreaktoren. Jahrestreffen Reaktionstechnik 2012, Würzburg, 14.-16. Mai 2012
J. Diedenhoven, C. Eisenbeis, R.Güttel, U. Kunz, T. Turek
