Chemiereaktoren E-Book

Jens Hagen

• Herausgeber: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 458

Veröffentlichungsjahr: 2017

Beschreibung

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 Probleme 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.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titel

Impressum

Vorwort zur 2. Auflage

Vorwort zur 1. Auflage

Formelzeichen und Abkürzungen

1 Einführung

1.1 Die Aufgaben der Chemischen Reaktionstechnik

1.2 Wirtschaftliche Prozessführung

1.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

2 Chemiereaktoren im Überblick

2.1 Betriebsweise und Grundtypen von Chemiereaktoren

2.2 Beurteilungsgrößen für Chemiereaktoren

2.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

3 Physikalisch-chemische Aspekte der Reaktionstechnik

3.1 Umsatz und Stöchiometrie

3.2 Das chemische Gleichgewicht

3.3 Reaktionskinetische Gleichungen

3.4 Aufstellen der Stoffbilanz

3.5 Aufstellen der Wärmebilanz

3.6 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

4 Grundlagen der Reaktormodellierung und -simulation

4.1 Mathematische Modelle

4.2 Simulation

4.3 Numerische Differenziation

4.4 Lösung von partiellen Differenzialgleichungen

4.5 Lösung von Differenzialgleichungen 2. Ordnung

4.6 Lösung eines Systems von nichtlinearen Gleichungen

4.7 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

5 Ideale, isotherm betriebene Reaktoren

5.1 Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel

5.2 Der kontinuierlich betriebene Rührkessel

5.3 Das Strömungsrohr

5.4 Reaktoren mit Kreislaufführung

5.5 Halbkontinuierlich betriebene Reaktoren

5.6 Reaktorkombinationen

5.7 Leistungsvergleich der Idealreaktoren

5.8 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

6 Messung und Auswertung kinetischer Daten für den Reaktorbetrieb

6.1 Rückvermischungseffekt bei einfachen Reaktionen

6.2 Reaktordesign für komplexe Reaktionen

6.3 Laborreaktoren für kinetische Untersuchungen

6.4 Analyse kinetischer Daten mittels Regression

6.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

7 Nichtideale Reaktoren und Reaktormodelle

7.1 Verweilzeitspektrum

7.2 Verweilzeitsummenfunktion und mittlere Verweilzeit

7.3 Experimentelle Ermittlung der Verweilzeitkurven

7.4 Verweilzeitverteilung und Umsatz in Realreaktoren

7.5 Modellbetrachtungen

7.6 Einfluss der Vermischung auf den Umsatz

7.7 Der laminar durchströmte Rohrreaktor

7.8 Isothermes Strömungsrohr mit axialer Dispersion

7.9 Simulation von Realreaktoren

7.10 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

8 Reaktorauslegung unter Berücksichtigung des Wärmetransports

8.1 Lenkung des Temperaturverlaufs in Reaktoren

8.2 Wärmeumsatz in Reaktoren

8.3 Wärmetechnische Auslegung von Chemiereaktoren

8.4 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

9 Der Einfluss des Stoffübergangs auf den Reaktorbetrieb

9.1 Fluid-Fluid-Reaktionen

9.2 Heterogen katalysierte Reaktionen

9.3 Druckverlust in Festbettreaktoren

9.4 Reaktionen zwischen Gas, Flüssigkeit und Feststoff

9.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

10 Technische Reaktionsführung

10.1 Auswahlkriterien für Chemiereaktoren

10.2 Reaktoren für homogene Reaktionen

10.3 Reaktoren für heterogene Reaktionen

10.4 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

11 Scale-up von Chemiereaktoren

11.1 Problematik der Maßstabsübertragung

11.2 Stofftransport bei Mehrphasenprozessen

11.3 Vermischung in Reaktoren

11.4 Simulation eines Scale-up-Prozesses

11.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur

Anhang A Kurzanleitung für Polymath

Stichwortverzeichnis

Endbenutzer-Lizenzvertrag

List of Tables

3 Physikalisch-chemische Aspekte der Reaktionstechnik

Tab. 3.1

Stöchiometrische Tabelle

4 Grundlagen der Reaktormodellierung und -simulation

Tab. 4.1

Vergleich empirischer und physikalisch-chemischer Modelle

6 Messung und Auswertung kinetischer Daten für den Reaktorbetrieb

Tab. 6.1

Rückvermischungseffekt bei einfachen Reaktionen – Geschwindigkeitsgleichungen

Tab. 6.2

Empfehlungen bei Parallelreaktionen

Tab. 6.3

Reaktorauswahl bei einfachen und komplexen Reaktionen

Tab. 6.4

Charakterisierung von Laborreaktoren für kinetische Untersuchungen

Tab. 6.5

Ergebnisse von Beispiel 6.8

7 Nichtideale Reaktoren und Reaktormodelle

Tab. 7.1

Ergebnisse von Beispiel 7.1

Tab. 7.2

Ergebnisse von Beispiel 7.2

Tab. 7.3

Ergebnisse von Beispiel 7.3

Tab. 7.4

Ergebnisse von Beispiel 7.5

Tab. 7.5

Mikro-und Makrovermischung

Tab. 7.6

Ergebnisse von Beispiel 7.8

Tab. 7.7

Ergebnisse der Übung 7.5

9 Der Einfluss des Stoffübergangs auf den Reaktorbetrieb

Tab. 9.1

Thiele-Moduln für exotherme, heterogen katalysierte Gasreaktionen

10 Technische Reaktionsführung

Tab. 10.1

Zusammenstellung von Reaktionstypen und Reaktorbauarten

Tab. 10.2

Charakterisierung von Fluid-Fluid-Reaktoren

Tab. 10.3

Gegenüberstellung von Rieselbett-und Suspensionsreaktor

Tab. 10.4

Verschiedene Technologien für die Hydrierung von Adiponitril [15]

11 Scale-up von Chemiereaktoren

Tab. 11.1

Abmessungen typischer Rührkesselreaktoren

Tab. 11.2

Typische maximale Scale-up-Faktoren

Tab. 11.3

Reaktionstypen und Scale-up-Faktoren

Tab. 11.4

k

L

a

-Werte bei der Hydrierung von Rapsöl in verschiedenen Reaktoren [2]

Tab. 11.5

Vergleich der verschiedenen Reaktoren und Fahrweisen (Reaktionsende nach 5400 s)

Guide

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Jens Hagen

Chemiereaktoren

Grundlagen, Auslegung und Simulation

Zweite, vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

Autor

Prof. Dr. Jens HagenJohannes-Brahms-Str. 276684 ÖstringenDeutschland

2. Auflage 2017

Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung.

Bibliografische Information der

Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

© 2017 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany

Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind.

Umschlaggestaltung Formgeber, Mannheim,Deutschland

Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig,Deutschland

Print ISBN 978-3-527-34238-9

ePDF ISBN 978-3-527-80660-7

ePub ISBN 978-3-527-80662-1

Mobi ISBN 978-3-527-80663-8

oBook ISBN 978-3-527-80661-4

Vorwort zur 2. Auflage

Das bewährte Konzept des Buches wurde auch in der 2. Auflage konsequent beibehalten. Jedes Kapitel enthält zunächst Aufgaben, die mittels der abgeleiteten und erläuterten Auslegungsgleichungen durchgerechnet werden. Es folgen Aufgaben und Simulationsbeispiele, die mithilfe des Softwarepaketes POLYMATH gelöst werden. Das Programm ist dafür aufgrund der einfachen mathematischen Struktur besonders gut geeignet und nachvollziehbar.

Das Buch wurde um die Lösung von Differenzialgleichungen 2. Ordnung, von partiellen Differenzialgleichungen und nichtlinearen Gleichungen erweitert, um auch komplexere Fragestellungen der Reaktionstechnik lösen zu können. Wesentlich erweitert wurde vor allem das Gebiet der heterogenen Katalyse. Zusätzlich wurden die folgenden Themen/Abschnitte aufgenommen:

Das Anfahrverhalten von Rührkesseln

Der laminar durchströmte Rohrreaktor

Berechnung von Gleichgewichtsreaktionen

Strömungsrohr mit axialer Dispersion

Simulation von Realreaktoren

Katalysatordesaktivierung

Einflüsse des Stoff- und Wärmetransports in Katalysatoren

Spezielle Reaktoren (Wirbelschichtreaktoren, Membranreaktoren, mikrostrukturierte Reaktoren, Monolithreaktoren).

Das Buch enthält viele neue Beispiele und Simulationen, die reale Probleme in der Reaktionstechnik widerspiegeln und eine Übertragung in die Praxis erleichtern.

Besonders danke ich Prof. Thorsten Röder von der Fakultät Verfahrens- und Chemietechnik der Hochschule Mannheim, der einige interessante Aufgaben aus der Reaktionstechnik beigesteuert hat und auch das Praktikum der Chemischen Reaktionstechnik mit POLYMATH-Einsatz fortgeführt hat.

Mein Dank gilt wiederum Prof. Michael Cutlip (POLYMATH, University of Connecticut) für die kontinuierliche Weiterentwicklung des POLYMATH-Programms und für das Update meiner POLYMATH-Website. Die folgenden Firmen haben mir freundlicherweise aktuelles Bildmaterial zu Chemiereaktoren überlassen:

AP Miniplant GmbH & Co. KG, Lindewerra

BASF SE, Ludwigshafen

Buss Chem Tech AG, CH-Pratteln

Ekato Process Technologies, Schopfheim

Gunt Gerätebau GmbH, Barsbüttel

HiTec Zang GmbH, Herzogenrath

Linde AG Eng. Division, Pullach.

Mein besonderer Dank gilt auch dem Wiley-VCH Verlag Weinheim und seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, vor allem Frau Dr. Ley und Frau Dr. Wüst, für die vielen konstruktiven Hinweise und die vertrauensvolle Zusammenarbeit. Des Weiteren danke ich dem Team von le-tex für die mit der Buchherstellung verbundenen Arbeiten.

Zum Gebrauch von POLYMATH

Für eine sinnvolle Nutzung des Buches sind eigene Erfahrungen und Übungen mit dem Software-Paket Voraussetzung. Auch wenn die vollständigen Programme für die meisten Beispiele und Übungen im Buch aufgeführt sind, genügt nicht das Nachlesen, sondern die Modellierung und Simulation muss – ähnlich wie bei Rechenübungen – praktisch durchgeführt werden. Das Programm ist äußerst leicht anzuwenden. Alle Optionen sind menügeführt. Alle Gleichungen (Differenzialgleichungen oder algebraische Ausdrücke) werden in beliebiger Reihenfolge in der Standardform eingegeben. Es werden keine Computersprache und kein zusätzliches Handbuch benötigt. Im Anhang dieses Buches ist eine Kurzbeschreibung von POLYMATH enthalten.

Dem Leser des Buches wird über das Internet der eingeschränkte Zugriff auf das POLYMATH-Softwarepaket ermöglicht. Die Herausgeber M.B. Cutlip und

M. Shacham haben dankenswerterweise die folgende Web-Adresse eingerichtet, über die das POLYMATH-Programm auf den PC geladen werden kann:

http://www.polymath-software.com/hagen/

Die uneingeschränkte Nutzung ohne Zeitlimitierung ist dann auf einem einzelnen Rechner bis zu 15 Tagen möglich, danach erlischt automatisch die Zugriffsmöglichkeit. Damit ist ein gründliches Einarbeiten in POLYMATH möglich, und es können viele Probleme und auch eigene Fragestellungen gelöst werden. Das Programmpaket, welches vor allem in den USA an zahlreichen Universitäten und in der industriellen Praxis eingeführt ist, kann danach zu einem Vorzugspreis erworben werden. Kontaktadresse: http://www.polymath-software.com.

Einzelne ausgewählte Programmbeispiele aus dem Buch können über die angegebene Adresse direkt als POLYMATH-file geladen werden.

Östringen, März 2017

Jens Hagen

Vorwort zur 1. Auflage

Mittelpunkt eines jeden chemischen Prozesses ist der Chemiereaktor, in dem chemische Umsetzungen unter technischen und möglichst optimalen Bedingungen durchgeführt werden. Jeder Chemiker, Chemieingenieur oder Verfahrenstechniker benötigt ein Grundlagenwissen über den Betrieb, die Auslegung und Modellierung von Chemiereaktoren.

Obwohl zahlreiche Lehrbücher über die Chemische Reaktionstechnik erschienen sind, ist es nach wie vor nicht einfach, sich in das fachlich übergreifende und komplexe Gebiet einzuarbeiten. Vor allem das Selbststudium bereitet Schwierigkeiten, da oft hohe mathematische Anforderungen gestellt werden, Übungsaufgaben ohne Lösungen oder Lösungsweg gegeben werden und eingesetzte Rechenprogramme nicht ohne Weiteres nachvollziehbar sind. Dies waren für mich Anlass und zugleich Herausforderung, ein neues Buchprojekt in Angriff zu nehmen.

Das vorliegende Buch baut auf dem seit Jahren eingeführten und in der Lehre bewährten Buch mit dem Titel „Chemische Reaktionstechnik – Eine Einführung mit Übungen“ auf. Eine völlige Neugestaltung unter Einbeziehung der Modellierung und Simulation von Chemiereaktoren mit einem PC-Programm war erforderlich, um eine zeitgemäße Ausbildung der Studierenden in Vorlesungen und Übungen zu ermöglichen.

Das Softwarepaket POLYMATH bietet einen sehr guten Einstieg in die Modellierung und Simulation von Chemiereaktoren. Es besitzt den Vorteil, numerische Problemlösungen mit geringstmöglichem Aufwand zu finden. Die eigenen Erfahrungen mit POLYMATH in Vorlesungen, Praktika, PC-Workshops und Weiterbildungsseminaren waren sehr positiv. Mit einem einmal aufgestellten Modell lässt sich der Einfluss verschiedener Reaktionsparameter auf den Gesamtprozess leicht nachvollziehbar simulieren. Zielgerichtet wird die Modellierung von Problemstellungen geübt, und es werden verständliche Lösungswege aufgezeigt, um Probleme aus der Praxis zu lösen.

Notwendige Voraussetzungen dafür sind Kenntnisse über die Grundlagen der Reaktionstechnik. Diese werden im vorliegenden Buch vermittelt. Alle erforderlichen Auslegungsgleichungen auf Basis der Stoff-, Wärme- und Impulsbilanz unter Berücksichtigung der Stöchiometrie und Kinetik der Reaktionen werden abgeleitet und erläutert. Jedes Kapitel enthält vollständig durchgerechnete Beispiele und Übungsaufgaben, für die Lösungen angegeben sind und der Lösungsweg kommentiert wird. Vorausgesetzt werden nur Grundkenntnisse in Physikalischer Chemie, insbesondere Reaktionskinetik und Mathematik (Lösung von Differenzialgleichungen, Regression).

In dem Buch war eine Auswahl des Stoffes und somit eine gewisse Schwerpunktbildung erforderlich. So kann beispielsweise auf die Auslegung und Modellierung spezieller Reaktoren für Mehrphasenreaktionen nicht eingegangen werden, und auf konstruktive Details von Reaktoren und Reaktoreinbauten musste verzichtet werden.

Das Buch ist sowohl für Neueinsteiger als auch für Fortgeschrittene geeignet. Es kann in Vorlesungen und Übungen für Chemieingenieure, Verfahrenstechniker und Chemiker und auch in Weiterbildungsseminaren eingesetzt werden. Es ist ebenfalls gut für das Selbststudium geeignet und soll Anleitung für Problembeschreibungen und -lösungen mit POLYMATH in der beruflichen Praxis bieten.

Mein Dank gilt allen, die durch Anregungen, Hinweise und Korrekturen sowie Überlassung von Bildmaterial bei der Gestaltung dieses Buches mitgeholfen haben. Besonders danke ich Prof. M. Cutlip (University of Connecticut) für die kontinuierliche Weiterentwicklung des POLYMATH-Programms und seine Hilfestellung bei der Lösung einzelner Probleme. Seine sofortige Zustimmung, dem Leser das POLYMATH-Programm für die Nutzung über das Internet zugänglich zu machen und eine Web-Adresse für die Kommunikation einzurichten, war für das Vorhaben von besonderer Bedeutung.

Der Fachhochschule Mannheim und dem Fachbereich Verfahrens- und Chemietechnik danke ich für die hervorragenden Rahmenbedingungen für zeitgemäße Lehrveranstaltungen, Praktika und PC-Workshops auf dem Gebiet der Chemischen Reaktionstechnik. Gleichzeitig danke ich den Studierenden des Chemieingenieurwesens für die Anregungen und Vorschläge zur Nutzung des POLYMATH-Programms.

Meiner Assistentin, Frau Dipl.-Ing. Doris Henke, danke ich für die Ausarbeitung und Erprobung von Experimenten im Institut für Chemische Verfahrenstechnik, die als Grundlage für Simulationsaufgaben dienten.

Für die Überlassung von aktuellem Bildmaterial zu Chemiereaktoren danke ich den Firmen BASF AG Ludwigshafen und dem Institut Francais du Pétrol (Editions Technip, Paris).

Dem Verlag Wiley-VCH Weinheim danke ich herzlich für die sachkundige und hervorragende Unterstützung bei der Verwirklichung des Buchprojektes in einem äußerst kurzen Zeitraum. Mein Dank gilt Frau Karin Sora und Herrn Rainer Münz für die Bearbeitung im Lektorat, Herrn Peter J. Biel für die mit der Herstellung verbundenen Arbeiten und Herrn Gunther Schulz für die grafische Gestaltung des Einbandes.

Mannheim, April 2004

Jens Hagen

Formelzeichen und Abkürzungen

A

Fläche; Phasengrenzfläche (m

2

)

a

spezifische Phasengrenzfläche (m

–1

)

a

Aktivität eines Katalysators

A

P

Ausbeute

Ar

Archimedes-Zahl

Bo

Bodenstein-Zahl

c

i

Konzentration der Komponente i (kmol/m

3

)

Konzentration der Komponente i an der Grenzschicht (kmol/m

3

)

c

kat

Katalysatorbeladung,

Gl. (9.103)

(kg/m

3

)

c

P

spezifische Wärmekapazität (J kg

–1

K

–1

)

D

Diffusionskoeffizient (m

2

/s)

D

AB

binärer Diffusionskoeffizient (m

2

/s)

D

ax

axialer (effektiver) Mischkoeffizient (m

2

/s)

Da

I

erste Damköhler-Zahl

Da

II

zweite Damköhler-Zahl

Da

III

dritte Damköhler-Zahl

d

P

Partikeldurchmesser (m)

DGL

Differenzialgleichung(en)

E

Verstärkungsfaktor,

Gl. (9.10)

E

A

Aktivierungsenergie (J/mol)

E

(

t

)

Verweilzeitspektrum (s

–1

)

err

Fehler

F

(

t

)

Verweilzeitsummenfunktion (Übergangsfunktion)

Fo

Fourier-Zahl

f

1

Anteil des Kurzschlussstroms (Bypass) bei einem realen Rührkessel

f

2

Anteil der schlecht durchmischten Zone am Gesamtvolumen des realen Rührkessels

f

L

Volumenverhältnis

V

L∕

V

G

Gewinn/Verlust (€/a)

G

Massestromdichte

ṁ∕A

(g s

–1

m

–2

)

G

Gas (auch als Index)

H

A

Henry-Konstante des Gases A (bar m

3

mol)

H′

modifizierte Henry-Konstante,

Gl. (9.101)

(mol bar

–1

m

–3

)

Ha

Hatta-Zahl

ΔH

R

molare Reaktionsenthalpie (J/mol)

J

A

Diffusionsstromdichte der Komponente A (mol m

–2

s

–1

)

K

a

thermodynamische (wahre) Gleichgewichtskonstante

K

c

Gleichgewichtskonstante, bezogen auf Konzentrationen

K

ges

Gesamtkosten,

Gl. (5.58)

(€/h)

K

L

Leistungskennzahl eines Reaktors

K

p

Gleichgewichtskonstante, bezogen auf Partialdrücke

KRK

kontinuierlich betriebener Rührkessel (auch als Index)

k

Reaktionsgeschwindigkeitskonstante ((m

3

mol

−1

)

m−1

s

−1

)

k

0

Frequenzfaktor ((m

3

mol

−1

)

m−1

s

−1

)

k

A

Stoffübergangskoeffizient der Komponente A (m/s)

k

D

Katalysatordesaktivierungskonstante (h

–1

)

k

G

Stoffübergangszahl (m/s)

k

L

a

volumetrischer Stoffübergangskoeffizient (s

–1

)

k

W

Wärmedurchgangskoeffizient (W m

–2

K

–1

)

L

Länge des Reaktors (m)

L

Flüssigkeit (auch als Index)

L

P

Produktionsleistung (kmol/s)

M

molekulare Masse (g/mol)

M

Messgröße,

Gl. (7.22)

M

stöchiometrischer Überschuss

MSR

mikrostrukturierte Reaktoren

m

Masse (kg)

ṁ

Massenstrom (kg/s)

m

Ordnung der Reaktion

m

Steigung einer Geraden (tan

α

)

m

i

partielle Reaktionsordnung bezüglich der Komponente i

N

Kesselzahl einer Rührkesselkaskade

Ne

Newton-Zahl

n

Stoffmenge (mol)

ṅ

Stoffmengenstrom (kmol/s)

P

Gesamtdruck (bar)

P

Leistungsbedarf eines Rührers (W)

P

Produktkonzentration (kmol/m

3

)

ΔP

Druckverlust (bar)

p

i

Partialdruck der Komponente i (bar)

Pe

Péclet-Zahl

Q

Wärmemenge (J)

Wärmestrom (J/s, W)

A

abgeführter Wärmestrom (J/s, W)

E

erzeugter Wärmestrom (J/s, W)

W

Wärmedurchgang (W)

R

allgemeine Gaskonstante (J mol

–1

K

–1

)

R

Kreislaufverhältnis,

Gl. (5.44)

R

2

Korrelationskoeffizient

R

A

Widerstand gegen die Gasabsorption,

Gl. (9.113)

(s)

R

R

Widerstand gegen Diffusion und Reaktion,

Gl. (9.113)

(g s m

–3

)

R

S

Widerstand gegen den Transport zum Katalysatorpellet,

Gl. (9.113)

(g s m

–3

)

R

SR

Gesamtwiderstand,

Gl. (9.114)

(g s m

–3

)

Rmsd

mittlere Quadratsummenabweichung (root mean square deviation)

RZA

Raumzeitausbeute,

Gl. (2.12)

(kg m

–3

s

–1

)

Re

Reynolds-Zahl

r

Reaktionsgeschwindigkeit (Äquivalentreaktionsgeschwindigkeit) (kmol m

–3

s

–1

)

r′

A

modifizierte, auf die Katalysatormasse bezogene Reaktionsgeschwindigkeit,

Gl. (6.40)

r

d

Desaktivierungsgeschwindigkeit eines Katalysators

r

i

stoffbezogene Reaktionsgeschwindigkeit eines Reaktanden i (kmol m

–3

s

–1

)

S

Feststoff (auch als Index)

S

Substratkonzentration (kmol/m

3

)

S

P

Selektivität

S

V

spezifische Oberfläche eines Feststoffpartikels,

Gl. (10.4)

(m

2

/m

3

)

s

P

differenzielle Selektivität

Sc

Schmidt-Zahl

Sh

Sherwood-Zahl

SR

Strömungsrohr (auch als Index)

T

Temperatur (K)

ΔT

ad

adiabate Temperaturdifferenz (K)

T

W

mittlere Temperatur des Wärmeträgers (K)

mittlere Verweilzeit (s)

t

m

Reaktionszeit im Mischreaktor,

Gl. (6.8)

(s)

t

m

Mischzeit in einem Rührreaktor (s)

t

R

Reaktionszeit (s, h)

t

s

Zeit zum Erreichen des stationären Zustands,

Gl. (5.37)

(s)

t

V

Rüstzeiten (Vor- und Nachbereitungszeiten) (s, h)

t

Z

Zykluszeit (bei diskontinuierlichem Betrieb) (s, h)

U

Umsatz (Umsatzgrad)

u

Strömungsgeschwindigkeit (m/s)

V

Volumen (m

3

)

Volumenstrom (m

3

/s)

V

R

Reaktionsvolumen (m

3

)

V

m

Volumen eines idealen Rührkessels (Mischreaktors),

Gl. (7.40)

(m

3

)

b

Kurzschlussströmung, Bypass,

Gl. (7.41)

(m

3

/s)

V

t

Totzonenvolumen (m

3

)

w

Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Wirbelpunktes,

Gl. (10.3)

w

L

Lockerungsgeschwindigkeit bei Wirbelschichten,

Gl. (10.5)

x

i

Stoffmengenanteil der Komponente i

z

Ortskoordinate (m)

α

Volumenanteil des Rührkessels/Gesamtreaktionsvolumen,

Gl. (7.40)

β

Prater-Zahl,

Gl. (9.65)

β

Verhältnis Kurzschlussstrom/Zulaufstrom,

Gl. (7.41)

β

Wurzelausdruck mit Damköhler-Zahl und Bodenstein-Zahl,

Gl. (7.37)

δ

Diffusionsgrenzschicht; Grenzschichtdicke (m)

ε

Leerraumanteil (relatives Zwischenraumvolumen) bei Katalysatoren

Energiedissipationsrate (W/kg)

ε

dimensionslose Arrhenius-Zahl,

Gl. (9.54)

ε

A

Volumenfaktor (auf den Umsatz des Eduktes A bezogen)

ε

P

Katalysatorporosität,

Gl. (9.37)

η

dynamische Gasviskosität in der

Ergun-Gleichung (9.91)

(g cm

–1

s

–1

)

η

Wirkungs- oder Ausnutzungsgrad einer Flüssigkeit,

Gl. (9.7)

η

Porennutzungsgrad, Katalysatorwirkungsgrad

θ

relative Verweilzeit

λ

Leitfähigkeitskoeffizient,

Gl. (9.56)

(W m

–1

K

–1

)

ν

kinematische Viskosität (m

2

/s)

Summe der stöchiometrischen Verhältniszahlen

ν

i

stöchiometrische Verhältniszahl der Komponente i

ρ

Dichte der Reaktionsmischung (kg/m

3

)

σ

2

Gesamtvarianz,

Gl. (7.35)

Varianz der Verweilzeitverteilung,

Gl. (7.34)

(s

2

)

τ

Raumzeit (hydrodynamische Verweilzeit) (s)

τ

Tortuositätsfaktor,

Gl. (9.37)

φ

Thiele-Modul

Indizes

a

Kennzeichnung des Reaktoraustrags

ad

adiabatisch

ax

axial

eff

effektiv

ext

extern

kat

Katalysator

rd

radial

T

Tracer (Indikator)

0 (null)

Kennzeichnung des Reaktorzulaufs, z. B.

ṅ

A,0

Häufig vorkommende Integrale

Simpson-Regel (Näherungsmethode für bestimmte Integrale):

a, b

   Grenzen des Integrals

n

Anzahl der gleichen Teile des Intervalls (geradzahlig)