Ein Beitrag zur Optimalisierung von Abschnittsreaktoren

Abstract

Einen wesentlichen Fortschritt in dieser Fragestellung bedeutet die in jungster Zeit entwickelte Theorie der ,,optimalen" Temperaturfuhrung und der theoretischen ,,Optimalreaktoren"lP). Unter theoretischen Optimalreaktoren sind rechnerisch konstruierte Modellreaktoren zu verstehen, die unter alleiniger Berucksichtigung der kinetischen Aspekte optimal arbeiten. Die Kenntnis der theoretisch optimalen Temperaturfuhrung erleichtert die Aufgabe, das wirtschaftlichste Prinzip der Warmefuhrung aufzusuchen.In einigen kurzlich erschienenen Arbeiten wurde der Abschnittsreaktor mit indirekter Kuhlung theoretisch behandelt3:44, und es wurden fur einige technische Prozesse Optimalreaktoren b e r e~h n e t~,~, ' ) .In diesem Beitrag werden Abschnittsreaktoren mit direkter Zwischenkuhlung zur Durchfuhrung von exothermen, reversiblen Reaktionen betrachtet, und es werden Gleichungen fur die Berechnung von Optimalreaktoren bei Kombination verschiedener Kuhlprinzipien angegeben. Grundgleichungen und DefinitionenDie wichtigste GroRe bei der Berechnung von Reaktoren ist ein Ausdruck fur die B r u t t o r e a k t i o n sg e s c h w i n d i g k e i t (Makrokinetik Der ileaktionsablauf wird im wesentlichen durch die c h e m i s c h e K i n e t i k u n d E i n f l u s s e d e s S t o f f t r a n s p o r t e s in den Poren des Katalysatorkornes bestimmt. Ein allgemeiner Ausdruck fur die Bruttoreaktionsgeschwindigkeit ist dann mit der Forderung, daR im thermodynamischen Gleichgewicht die Reaktionsgeschwindigkeit w Null wird, Hier bedeuten pj die Partialdrucke (bzw. die Fugazitaten bei nicht idealen Gasen), T die absolute Temperatur, K,, die temperaturabhangige Gleichgewichtskonstante, y j die stochiometrischen Faktoren der allgemeinen Reaklionsgleichung z y j B j = 0 (2) '