Reaktionstechnische Modellierung von Rieselbettreaktoren auf der Basis der lokalen Packungsstruktur

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Schnitzlein
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 69588794

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein reaktionstechnisches Modell für Rieselbettreaktoren im sog. low-interaction-regime entwickelt und erfolgreich mit experimentellen Daten validiert. Ausgangspunkt der Modellentwicklung ist eine detaillierte dreidimensionale Beschreibung der auftretenden Transportphänomene und der chemischen Reaktion auf Partikelebene. Die dafür notwendigen Strukturinformationen des Festbettes bestehend aus polydispersen kugeligen Partikeln wurden aus computergenerierten Modellschüttungen extrahiert. Mittels einer eng mit der Modellentwicklung verzahnten Experimentalstrategie gelang es, die in einem Festbett auftretenden Strömungsformen quantitativ zu erfassen und in Abhängigkeit der Eigenschaften des Flüssig-Fest-Systems zu beschreiben. Die durch das Modell vorhergesagte diskrete Verteilung der Flüssigkeit im Festbett kann damit zuverlässig vorhergesagt werden. Für die reaktionstechnische Auslegung wird die erhaltene Flüssigkeitsverteilung durch einen gerichteten dreidimensionalen Graphen ersetzt, dessen konstituierende Elemente (Knoten und Kanten) durch elementare Reaktortypen repräsentiert werden. Hinweise für die Auswahl des jeweiligen Reaktortyps und die Festlegung der entsprechenden Parameter wurden aus Tracermessungen erhalten. Die Validierung des Reaktormodells erfolgte anhand einer Modellreaktion, der katalytischen Hydrierung von α-Methylstyrol. Werte für die Stofftransport- und kinetischen Parameter wurden aus Versuchen in Modellreaktoren erhalten. Die Überlegenheit des detaillierten Modellansatzes im Vergleich zu Modellen auf der Basis einer globalen Beschreibung (z.B. PDE-Modelle) ist evident. Aufgrund seines flexiblen und modularen Aufbaus ist eine Erweiterung des Modells möglich. Potentielle Weiterentwicklungen umfassen u.a. die Betrachtung alternativer Partikelgeometrien (z.B. Zylinder) und eine explizite Bilanzierung der Gasphase, um den Anwendungsbereich des Modelles zu erweitern.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2009, ”Vorhersage des lokalen statischen Holdups in Rieselbettreaktoren”, Jahrestreffen Reaktionstechnik, Würzburg, Deutschland, P1
  Schwidder S. & Schnitzlein K.
  
• 2010, ”Predicting the static liquid holdup for cylindrical packings of spheres in terms of the local structure of the packed bed”, Chem. Eng. Sci. 65(23), 6181-6189
  Schwidder S. & Schnitzlein K.
  
• 2010, ”Predicting the static liquid holdup in trickle bed reactors in terms of the local structure of the packed bed”, ISCRE 21, Philadelphia, U.S.A., Abstract 96
  Schwidder S. & Schnitzlein K.
  
• 2010, ”Prediction of liquid flow distribution in trickle bed reactors in terms of liquid/solid properties”, CHISA 2010 & ECCE-7, Prag, Tschechische Republik, P5.22
  Schwidder S. & Schnitzlein K.