Stofftransport mit Reaktion in Dreiphasenmonolithreaktoren

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Für die technische Entwicklung, Auslegung und Optimierung von zweiphasig durchströmten Monolithreaktoren (Dreiphasenmonolithreaktoren) für katalytische Gas/Flüssig-Reaktionen sind umfangreiche Kenntnisse der komplexen Zusammenhänge zwischen Hydrodynamik und Stofftransport notwendig. Bisherige Berechnungsgleichungen zur Abschätzung der Stofftransportraten einzelner Teilschritte (G-L, L-S, G-S) berücksichtigen vollkommen unzureichend den Einfluss der chemischen Reaktion und der Fluideigenschaften. Folglich sind darauf basierende Reaktormodelle für eine Reaktorauslegung und ein modellbasierte Optimierung nicht hinreichend verlässlich.Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes soll eine neuartige Messapparatur zur Bestimmung der Stoffübergangskoeffizienten (ka)GS, (ka)GL, (ka)LS bei gleichzeitig ablaufender chemischer Reaktion in einem kanalförmigen Reaktionsraum entwickelt und eingesetzt werden. Kernstücke der Messapparatur sind eine variable Gas/Flüssig-Einspeisung zur gezielten Steuerung sowie zeitlich hoch auflösende faseroptische Sensoren zur Detektion der Gasblasen- und Flüssigkeitskolbenlängen. Der Leitgedanke des Gesamtprojektes ist, den Fortlauf einer chemischen Reaktion unter stofftransportlimitierten Bedingungen bei gezielt einstellbaren hydrodynamischen Parametern zur Charakterisierung der einzelnen Teilschritte der Stofftransportvorgänge zu verwenden und diese mathematisch zu beschreiben. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen außerdem in die Entwicklung eines zuverlässigen Monolithreaktormodells zur Vorhersage der Raum-Zeit-Ausbeute und Selektivität einfließen.