Dieses neue Lehrbuch stellt die Grundlagen zur Berechnung chemischer Reaktoren in einer kompakten und modernen Struktur vor. Es bietet sowohl im Studium als auch für die Berufspraxis ein solides Fundament und ist für das Selbststudium geeignet. Die grundlegenden Konzepte der Chemischen Reaktionstechnik werden anhand allgemeingültiger mathematischer Beschreibungen eingeführt und mit einer Vielzahl illustrativer und vertiefender Beispiele ergänzt. Dabei werden auch komplexere Fragestellungen behandelt, die numerische Lösungsmethoden erfordern und somit die Brücke in die Berufspraxis schlagen. Damit bietet das Buch auch eine Basis für die mathematische Modellierung und numerische Simulation realer, mehrphasiger Reaktoren, die ein Grundpfeiler für eine moderne Tätigkeit von Reaktionstechnikern in der digitalisierten Berufspraxis ist.
Author(s): Thomas Turek; Robert Güttel
Publisher: Springer Spektrum
Year: 2021
Language: German
Pages: 339
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis
1 Aufgaben der Chemischen Reaktionstechnik
I Grundlagen
2 Übersicht zu den Grundlagen
3 Stöchiometrie und Reaktionsfortschritt
3.1 Beschreibung der Zusammensetzung
3.2 Beschreibung des Reaktionsfortschritts
3.3 Behandlung komplexer Reaktionen
3.4 Umsatzgrad, Restanteil, Selektivität und Ausbeute
3.5 Matrix der stöchiometrischen Koeffizienten
3.6 Element-Spezies-Matrix
3.7 Zusammenhang zwischen Komponenten- und Elementbilanzen
3.8 Praktische Anwendung von Komponenten- und Elementbilanzen
4 Thermodynamik
4.1 Reaktionsenthalpien
4.2 Reaktionsgleichgewichte
4.3 Adiabatische Temperaturdifferenz
5 Reaktionskinetik
5.1 Definition der Reaktionsgeschwindigkeit
5.2 Reaktionskinetik irreversibler Reaktionen
5.2.1 Reaktionsordnung
5.2.2 Temperatureinfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit
5.3 Reversible Reaktionen und Gleichgewicht
5.4 Bestimmung kinetischer Parameter
6 Bilanzierung chemischer Reaktoren
6.1 Arten von Systemen und ihre Bilanzierung
6.2 Betriebsweise von Reaktoren
6.3 Material- und Energiebilanzen
6.4 Komplexe Systeme
6.5 Bilanzierung örtlich verteilter Systeme
II Ideale einphasige Reaktoren
7 Übersicht zu idealen einphasigen Reaktoren
8 Der ideale diskontinuierlich betriebene Rührkesselreaktor
8.1 Material- und Energiebilanzen
8.2 Reaktionswiderstand und Reaktorauslegung
8.3 Reaktionsnetzwerke
8.3.1 Einfluss der Reaktionsordnung
8.3.2 Reversible Reaktionen
8.3.3 Parallelreaktionen
8.3.4 Folgereaktionen
8.4 Polytrope Reaktionsführung
8.5 Stabilitätsanalyse
9 Der ideale kontinuierliche Rührkesselreaktor
9.1 Material- und Energiebilanzen
9.2 Reaktionswiderstand und Reaktorauslegung
9.3 Reaktionsnetzwerke
9.3.1 Einfluss der Reaktionsordnung
9.3.2 Reversible Reaktion
9.3.3 Parallel- und Folgereaktionen
9.4 Polytrope Reaktionsführung und stationäre Stabilität
9.4.1 Polytrope Reaktionsführung
9.4.2 Stationäre Stabilität
9.5 Dynamische Stabilitätsanalyse
10 Der ideale halbkontinuierliche Rührkesselreaktor
10.1 Material- und Energiebilanzen
10.2 Beispielhafte Betrachtungen eines halbkontinuierlichen Rührkessels
11 Der ideale Rohrreaktor
11.1 Material- und Energiebilanzen
11.2 Parametrische Sensitivität und dynamisches Verhalten
11.2.1 Parametrische Sensitivität
11.2.2 Dynamisches Verhalten
12 Kombination von idealen Reaktoren
12.1 Die ideale Rührkesselkaskade
12.2 Hordenreaktoren
12.3 Die Schlaufenreaktoranordnung
III Reale einphasige Reaktoren
13 Übersicht zu realen einphasigen Reaktoren
14 Nichtideales Strömungsverhalten
14.1 Verweilzeitverteilungen und Altersverteilung
14.2 Experimentelle Bestimmung der Verweilzeitverteilung
14.2.1 Pulsmarkierung
14.2.2 Sprungmarkierung
14.3 Verweilzeitverhalten idealer Reaktoren
14.3.1 Idealer Rührkesselreaktor
14.3.2 Idealer Rohrreaktor
14.4 Verweilzeitverhalten realer Reaktoren
14.4.1 Laminarer Rohrreaktor
14.4.2 Dispersionsmodell
14.4.3 Kaskadenmodell
14.4.4 Schlaufenreaktor
14.4.5 Compartment-Modelle
15 Reale einphasige Reaktoren
15.1 Dispersionsmodell
15.2 Kaskadenmodell
15.3 Compartment-Modell
15.4 Mischungsverhalten auf der Mikroskala
15.4.1 Intensität und Zeitpunkt der Mikromischung
15.4.2 Rührkesselreaktor mit vollständiger Segregation
15.4.3 Vollständig segregierter laminarer Rohrreaktor
IV Mehrphasige Reaktoren
16 Übersicht zu mehrphasigen Reaktoren
17 Heterogenkatalytische Reaktionen
17.1 Grundbegriffe
17.2 Mikroskala bzw. Mikrokinetik
17.3 Mesoskala bzw. Makrokinetik
17.3.1 Dimensionsbehaftete Material- und Energiebilanzen
17.3.2 Dimensionslose Material- und Energiebilanzen
17.3.3 Der Katalysatorwirkungsgrad
17.3.4 Der vereinfachte isotherme, stationäre Grenzfall
17.3.5 Stationäre Stabilität im polytropen Fall
17.3.6 Praktische Aspekte
17.4 Makroskala bzw. Reaktorskala
17.4.1 Dimensionsbehaftete Material- und Energiebilanzen
17.4.2 Dimensionslose Material- und Energiebilanzen
18 Nicht-katalytische Fluid-Fluid-Reaktionen
18.1 Grundbegriffe
18.2 Mesoskala bzw. Makrokinetik
18.2.1 Dimensionsbehaftete Material- und Energiebilanzen
18.2.2 Dimensionslose Material- und Energiebilanzen
18.2.3 Grenzfälle für Reaktionen 1. Ordnung
18.2.4 Grenzfall momentane Reaktion
18.3 Makroskala bzw. Reaktorskala
18.3.1 Dimensionsbehaftete Material- und Energiebilanzen
18.3.2 Dimensionslose Material- und Energiebilanzen
19 Nicht-katalytische Fluid-Feststoff-Reaktionen
19.1 Grundbegriffe
19.2 Mesoskala bzw. Makrokinetik
19.2.1 Dimensionsbehaftete Material- und Energiebilanzen
19.2.2 Dimensionslose Material- und Energiebilanzen
19.2.3 Vorgehen bei der Berechnung des Reaktionsfortschritts
19.2.4 Der vereinfachte isotherme, stationäre Fall
19.2.5 Betrachtung nichtsphärischer Geometrien
19.2.6 Das stationäre Modell des schrumpfenden Partikels
19.3 Makroskala bzw. Reaktorskala
19.3.1 Dimensionsbehaftete Material- und Energiebilanzen
19.3.2 Dimensionslose Material- und Energiebilanzen
19.3.3 Der vereinfachte isotherme Grenzfall
Literaturverzeichnis
Stichwortverzeichnis
