Flüssig-Feed-Einspeisung in hochbeladenen Riser-Reaktoren

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Hochbeladene Mehrphasenströmungen finden in Form von Riser-Reaktoren in der Industrie Anwendung z.B. bei heterogen-katalysierten Gas-Feststoff-Reaktionen und Polymerisations-prozessen. Das Edukt kann bei derartigen Reaktionen vorteilhaft als Flüssigkeit zugegeben werden. Im Hinblick auf das katalytische Cracken langkettiger Kohlenwasserstoffe dient die flüssige Eduktzugabe unter anderem dazu, thermische Crackprozesse zu unterbinden [CHEN & WILLIAMS 2005]. Trotz technischer Anwendung fehlen bislang Auslegungs-gleichungen für die flüssige Eduktzugabe. Insbesondere für die Optimierung industrieller Anlagen und für die Anwendung auf andere heterogen-katalysierte Reaktionen wird ein physikalisches Modell der Wechselwirkungen der drei beteiligten Phasen Katalysator, Flüssigfeed und Gas benötigt. Eine Beschreibung und Modellierung der Flüssig-Feed-Eindüsung in blasenbildenden Wirbelschichten gab Bruhns [BRUHNS 2002]. Nahezu alle experimentellen Untersuchungen der Flüssig-Feed-Einspeisung in zirkulierenden Gas-Feststoff-Strömungen wurden jedoch in kleinen Laboranlagen durchgeführt und mit geringer Feststoffkonzentration und geringem Feststoffmassenstrom gefahren und können nicht auf hochbeladene Gas-Feststoff-Systeme übertragen werden. Untersuchungen auf dem technisch bedeutsamen Gebiet hochbeladener Gas-Feststoff-Strömungen in Risern fehlen. Am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik in Erlangen wurde eine Technikumsanlage aufgebaut und bei erhöhten Temperaturen in Betrieb genommen. Die durchgeführten Versuche zeigen, dass sich der Strömungszustand in Risern bei erhöhter Temperatur deutlich von dem bei Umgebungstemperatur unterscheidet, was für die Flüssig-Feed-Einspeisung von besonderer Bedeutung ist. Die Versuchsanlage steht für Experimente zur Einspeisung von Flüssigkeiten in Riser-Strömungen zur Verfügung. Durch den Betrieb bei erhöhten Temperaturen kann das eingebrachte Fluid unter ähnlichen Bedingungen verdampft werden, wie sie in der Industrie auftreten. Ziel des Forschungsprogramms ist es, die Interaktion von Gas, Fluid und Feststoff in Risern zu untersuchen und somit eine Optimierung industrieller Prozesse zu ermöglichen. Hierzu wird basierend auf dem Ansatz der entmischten Gas-Feststoff-Strömung aus den erfassten Daten ein physikalisches Modell der Flüssig-Feed-Einspeisung entwickelt.