Experimentelle und theoretische Untersuchungen der Mehrkomponenten‐Diffusion mit stöchiometrisch gekoppelten Stoffstromdichten I. Ternäre Gasdiffusion

Die Maxwell‐Stefanschen Diffusionsgleichungen sagen voraus, daß bei einer durch Gasgrenzschicht‐Diffusion bestimmten chemischen Umsetzung vom Typ v1R1 + v2R2 ⇄ V3R3 ein den Reaktionsteilnehmern beigemischtes Inertgas im stationären Zustand im allgemeinen einen Konzentrationsgradienten aufweisen muß Am Beispiel der diffusionsbestimmten C2H4‐Hydrierung mit CO2 als Inertgas wird diese Vorhersage experimentell bestätigt. Außerdem wird der Inertgasgradient für die Fälle berechnet, in denen die C2H4‐Hydrierung mit. He bzw SF6 als Inertgas durchgeführt wird. Die grundsätzliche Bedeutung dieses “Mehrkomponenten‐Effektes” für die Chemische Reaktionstechnik, die Gastrennung und das Verständnis des Stofftransportes in biologischen Systemen wird kurz diskutiert.

Experimentelle und theoretische Untersuchungen der Mehrkomponenten‐Diffusion mit stöchiometrisch gekoppelten Stoffstromdichten II. Quaternäre Gasdiffusion

Hesse

1974

Mehrkomponenten‐Diffusion und chemische Reaktion von Gasen in porösen Systemen

Hesse

1975

Bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten wird der Umsatz von Gasen in porösen Katalysatoren durch die Diffusion der Reaktionsteilnehmer im Porensystem mitbestimmt. Da die an der Reaktion beteiligten Gase häufig unterschiedliche molekulare Transporteigenschaften aufweisen, müssen zur Umsatzberechnung die Gleichungen für die Mehrkomponenten‐Diffusion verwendet werden. Es wird gezeigt, daß diese komplizierten Gleichungen nach einer sogenannten Systemreduktion auf sehr einfache Beziehungen führen, mit denen die Umsatzberechnung ebenso einfach ist, wie für die bisher in der Literatur diskutierten Reaktionen mit binärer Diffusion. Das erläuterte Verfahren gilt unabhängig vom Typ der Reaktionsgleichung und unabhängig vom speziellen Diffusionsmechanismus. Am Beispiel der C2H4‐Hydrierung wird dies für die Transportmechanismen: normale Gasdiffusion, Knudsendiffusion und Diffusion im Übergangsgebiet näher diskutiert und gezeigt, daß insbesondere bei Hydrierreaktionen die mit einem Fickschen Transportansatz vorhergesagten Umsätze erheblich (bis zu 300%) höher liegen, als die mit den Gleichungen für die Mehrkomponenten‐Diffusion berechneten Werte.

Prognose des Diffusionsverhaltens von dreikomponentigen Systemen bei heterogenen Gasreaktionen mit Hilfe neuartiger Diagramme

Reinhardt¹,

Löwe²,

Dialer³

1979

In the industrial application of porous catalysts for gas reactions, gas mixtures of three or more components are usually encountered. How can their diffusional behaviour be modelled? How good an approximation is the simple Fick's law without Stefan flow? A method is presented which provides a general answer to these questions, based on a type of "principle of corresponding states" for the interdependence of the diffusion coefficients. -Two practical examples are chosen for illustration. Firstly, it is shown that diffusional balances -contrary to the theoretical results of other authors -can also be quite non-linear. However, in most cases, they are nearly linear. -Secondly, it is pointed out that this allows a substantial simplification in the modelling of three component reactions using the results from two component systems with volume change. The volume change modulus for the latter case can be modified for use in three component systems and it is pointed out when special attention to this modulus is necessary.