Experimentelle Untersuchungen zum Einsatz neuartig strukturierter Einbauten in Blasensäulen- und Rieselphasenreaktoren

Mehrphasige Reaktoren werden in der petro-chemischen, chemischen und bio-chemischen Industrie für eine Vielzahl an Prozessen eingesetzt. In diesen Reaktoren wird meist ein Reaktionspartner als Flüssigkeit aufgegeben und der andere Partner liegt in der Gasphase vor. Zwei Grundarten dieser Reaktorklasse sind Rieselphasen- und Blasensäulenreaktoren. Bei der Auslegung dieser Reaktoren wird meist ein Kompromiss aus den Anforderungen für die Hydrodynamik, den Stoff-und Wärmetransport und die Reaktionsbedingungen getroffen. Eine Möglichkeit zur Entkopplung dieser Anforderungen ist der Einbau von strukturierenden Einbauten längs bzw. quer zur Strömungsrichtung. Zwei neuartige Strukturierungsmöglichkeiten werden in dieser Forschungsarbeit betrachtet. Zum einen keramische Schwammstrukturen, welche durch den guten radialen Wärmetransport und des geringen Druckverlustes für den Einsatz in Rieselphasenreaktoren untersucht werden. Zum anderen werden periodische offen-zellige Strukturen (POCS) in Blasensäulen eingesetzt. Diese Strukturen können an die erwünschten hydrodynamischen und reaktionstechnischen Parameter anpasst werden. Typischerweise werden bei der Betrachtung von strukturierender Einbauten einzelne Phänomene untersucht, wie z. B. der einphasige Wärmetransport in Schwammstrukturen. Das Zusammenspiel von Strukturierung und initialer Verteilung der Phasen wird meist nicht betrachtet. Dabei zeigt eine Analyse der bereits bekannten Einbauten (z. B. Packungen, Kaskaden) für mehrphasige Reaktoren, dass die Fähigkeit der Einbauten die Phasen quer zu vermischen einen erheblichen Einfluss auf den Anspruch an die initial Verteilung hat. Daher wird für beide Reaktor-Struktur-Konzepte die Fähigkeit der Quervermischung betrachtet.