Einfluss der Hydrodynamik und des Stofftransports auf die Umsatzleistung in mit Mehrphasensystemen betriebenen Schlaufenreaktoren

Die Auslegung von Kontaktapparaten zur Anwendung schneller chemischer Reaktionen in Mehrphasenströmungen stellt noch immer eine Herausforderung dar. So wird die Umsatzrate nicht nur von der inhärenten Reaktionskinetik, sondern auch maßgeblich von den lokal vorherrschenden Stofftransportprozessen bestimmt. Herkömmliche Modelle, die über die Nutzung von gemittelten Referenzwerten die Flüssigkeitsvermischung und den Gas-Flüssig Stofftransport beschreiben, nehmen vereinfacht eine homogene Konzentrationsverteilung an. Zonenspezifische Stofftransportlimitierungen werden dementsprechend vernachlässigt. Die dadurch entstehenden Umsatzeinbußen sind unbekannt und damit die Reaktormodellierung bzw. Auslegung ineffizient. Ebenso ist eine Prozessoptimierung ohne Kenntnis der umsatzbestimmenden Phänomene unmöglich. Innerhalb dieser Arbeit wird daher ein Modellansatz zur Beschreibung lokaler Umsatzraten stofftransportlimitierter Reaktionen entwickelt, der die reaktorzonenspezifischen Flüssig-Flüssig und Gas-Flüssig Stofftransportprozesse berücksichtigt. Hierfür wird der Beispielreaktor, ein Strahlzonen-Schlaufenreaktor, in einzelne charakteristische Zonen eingeteilt und örtlich die Hydrodynamik, der Gas-Flüssig Stofftransport und die Umsatzrate einer Modellreaktion (Oxidation von Sulfit zu Sulfat) untersucht.