Reaktoren für Fluid-Feststoff-Reaktionen: Festbettreaktoren

Festbettreaktoren sind der am haufigsten eingesetzte Reaktortyp in der chemischen und petrochemischen Industrie. Auch fur die mobile und stationare Abgasreinigung kommen Festbettreaktoren zum Einsatz. Allen Festbettreaktoren ist gemeinsam, dass ein Feststoff, in der Regel ein Katalysator, im Reaktor raumlich fixiert ist, und von der Reaktionsmischung durch- oder uberstromt wird. Das vorliegende Buchkapitel gibt einen Uberblick uber diesen wichtigen Reaktortyp, wobei der Fokus auf katalytischen Festbettreaktoren fur Gasreaktionen liegt. Nach einer kurzen Einfuhrung werden katalytische Festbettreaktoren nach der Art der beteiligten Phasen, der Struktur der Katalysatorphase und der Temperaturfuhrung klassifiziert. Das Funktionsprinzip der verschiedenen Reaktortypen wird anhand von Beispielen erlautert. Neben Festbettreaktoren in der Industrie werden auch Festbettreaktoren in Labor und Forschung behandelt, welche zum Hochdurchsatz-Screening, zur Messung kinetischer Daten oder zur operando-Spektroskopie an Katalysatoren zum Einsatz kommen. Anschliesend wird die mathematische Modellierung von Festbettreaktoren besprochen. Die Gliederung der verschiedenen Modellansatze umfasst die Dimension der Modellierungsdomain, die mathematische Struktur der Gleichungen, die Beschreibung von Transportprozessen, die Zahl und Art der beteiligten Phasen und die Beschreibung der Reaktionskinetik. Neben den klassischen pseudo-homogenen, pseudo-heterogenen und heterogenen Reaktormodellen werden auch moderne Modellierungsansatze wie die CFD-Simulation katalytischer Festbettreaktoren anhand von Beispielen vorgestellt. Zum Abschluss wird auf den instationaren Betrieb und das dynamische Verhalten von Festbettreaktoren eingegangen. Dabei werden die parametrische Sensitivitat, das thermische Durchgehen und die periodische Flussumkehr naher beleuchtet.