Chemiereaktoren - Grundlagen, Auslegung und Simulation

Kenntnisse der Auslegung und Simulation von Chemiereaktoren sind die Voraussetzung für den optimalen technischen und wirtschaftlichen Betrieb von chemischen Prozessen. In der neuen Auflage von "Chemiereaktoren" gibt Jens Hagen einen bewährten und verständlichen Einstieg in das komplexe Thema und vermittelt die Grundlagen der Reaktionstechnik. Alle erforderlichen Auslegungsgleichungen auf Basis der Stoff-, Wärme- und Impulsbilanz unter Berücksichtigung von Stöchiometrie und Kinetik der Reaktionen werden abgeleitet und erläutert. Jedes Kapitel enthält vollständig durchgerechnete Beispiele und Übungsaufgaben mit kommentierten Lösungen. Um einen Einstieg in die Modellierung und Simulation von Chemiereaktoren zu geben, nutzt Jens Hagen das Softwarepaket POLYMATH, das das Finden von numerischen Problemlösungen leicht nachvollziehbar und mit geringem Aufwand erlaubt. Zielgerichtet wird die Modellierung von Problemstellungen geübt und es werden verständliche Lösungswege aufgezeigt, um Pro bleme aus der Praxis zu lösen. In der zweiten Auflage wurde das Buch um die Lösung von Differenzialgleichungen zweiter Ordnung und von partiellen Differenzialgleichungen erweitert, um komplexere Fragestellungen des Stoff- und Wärmeaustauschs lösen zu können. Zusätzlich wurden viele neue Beispiele und Simulationen aufgenommen, die reale Probleme in der Reaktionstechnik widerspiegeln und eine Übertragung der Beispiele in die Praxis erleichtern.

Inhaltsverzeichnis:

Vorwort
Formelzeichen und Abkürzungen

EINFÜHRUNG
Die Aufgaben der Chemischen Reaktionstechnik
Wirtschaftliche Prozessführung

CHEMIEREAKTOREN IM ÜBERBLICK
Betriebsweise und Grundtypen von Chemiereaktoren
Beurteilungsgrößen für Chemiereaktoren

PHYSIKALISCH-CHEMISCHE ASPEKTE DER REAKTIONSTECHNIK
Umsatz und Stöchiometrie
Reaktionskinetische Gleichungen
Aufstellen der Stoffbilanz
Aufstellen der Wärmebilanz

GRUNDLAGEN DER REAKTORMODELLIERUNG UND -SIMULATION
Mathematische Modelle
Simulation
Lösung von Differenzialgleichungen zweiter Ordnung
Lösung von partiellen Differenzialgleichungen

IDEALE, ISOTHERM BETRIEBENE REAKTOREN
Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel
Der kontinuierlich betriebene Rührkessel
Das Strömungsrohr
Der laminar durchströmte Rohrreaktor
Reaktoren mit Kreislaufführung
Halbkontinuierlich betriebene Reaktoren
Reaktorkombinationen
Leistungsvergleich der Idealreakt oren

MESSUNG UND AUSWERTUNG KINETISCHER DATEN FÜR DEN REAKTORBETRIEB
Rückvermischungseffekt bei einfachen Reaktionen
Reaktordesign für komplexe Reaktionen
Laborreaktoren für kinetische Untersuchungen
Analyse kinetischer Daten mittels Regression

NICHTIDEALE REAKTOREN UND REAKTORMODELLE
Verweilzeitspektrum
Verweilzeitsummenfunktion und mittlere Verweilzeit
Experimentelle Ermittlung der Verweilzeitkurven
Verweilzeitverteilung und Umsatz in Realreaktoren
Modellierung und Simulation von Realreaktoren
Modellbetrachtungen
Einfluss der Vermischung auf den Umsatz

REAKTORAUSLEGUNG UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DES WÄRMETRANSPORTS
Lenkung des Temperaturverlaufs in Reaktoren
Wärmeumsatz in Reaktoren
Wärmetechnische Auslegung von Chemiereaktoren
Reaktorvergleich für nichtisotherme Reaktionen

DER EINFLUSS DES STOFFÜBERGANGS AUF DEN REAKTORBETRIEB
Fluid-Fluid-Reaktionen
Heterogen katalysierte Reaktionen
Druckverlust in Festbettreaktoren
Reaktionen zwischen Gas, Flüssigkeit und Feststoff
Modellierung und Simulation eines Rieselbettreaktors

TECHNISCHE REAKTIONSFÜHRUNG
Auswahlkriterien für Chemiereaktoren
Reaktoren für homogene Reaktionen
Reaktoren für heterogene Reaktionen
Spezielle Reaktoren: Membranreaktoren, mikrostrukturierte Reaktoren, Monolith-Reaktoren

SCALE-UP VON CHEMIEREAKTOREN
Problematik der Maßstabsübertragung
Stofftransport bei Mehrphasenprozessen
Vermischung in Reaktoren
Scale-up eines Technikumsreaktors

Anhang: Kurzanleitung für POLYMATH

Stichwortverzeichnis