Wiedemann, M: Einfluss der lokalen Energiedissipationsdichte

Energiedissipationsdichte im Reaktor ausgegangen. Zudem wird sich in diesen Modellen in der Regel bei der Betrachtung zum Einfluss der Energiedissipationsdichte auf den Umsatz von chemischen Reaktionen auf eine einzelne Skala beschränkt, so dass z.B. in den Modellen zur Mikrovermischung die makroskopische Vermischung als ideal vorausgesetzt wird und damit keine Berücksichtigung findet.In der vorliegenden Arbeit wird versucht, diese Wissenslücke durch die experimentelle Bestimmung der lokalen Strömungsstruktur in einem Strahlzonen-Schlaufenreaktor und die Anwendung dieser Daten in einem neu entwickelten Modell zu schließen. Hierfür wurden die lokalen Strömungs- und Schwankungsgeschwindigkeiten an ausgewählten Messebenen am Strahlzonen- Schlaufenreaktor mit der Particle Image Velocimetry bestimmt, wodurch die lokalen Energiedissipationsdichten quantifiziert werden konnten. Erwartungsgemäß ist die Energiedissipationsdichte an den Stellen am höchsten, an denen sich durch Strömungen oder Wandeinflüsse hohe Schergradienten ausbilden. Demnach ist die Energiedissipationsdichte und deren Verteilung im Reaktorvolumen durch die Treibstrahlgeschwindigkeit und durch die geometrische Gestaltung signifikant zu beeinflussen. In weiteren experimentellen Untersuchungen kam der Strahlzonen-Schlaufenreaktor bei verschiedenen praxisrelevanten Reaktionen in einphasigen Systemen (Bromierung), zweiphasigen Systemen (Chlorierung) und mehrphasigen Systemen (Hydrierung) zur Anwendung, wobei eine signifikante Umsatzleistung im Vergleich zu anderen Reaktorsystemen bei gleichem volumenspezifischem Energieeintrag aufgezeigt werden konnte.Um diesen Effekt erklären zu können, wurde ein Modell entwickelt, in dem die lokalen Energiedissipations- und Konzentrationsverteilungen als wesentliche Einflussgrößen identifiziert wurden. Mit Hilfe der experimentell ermittelten Energiedissipationsverteilung im Strahlzonen-Schlaufenreaktor konnte mit den getroffenen Annahmen das Energiedissipations-Konzentrationsverteilungsmodell aufgestellt und gelöst werden. Durch dieses Modell wird der Einfluss von verschiedenen Parametern auf den Umsatz und die Selektivität chemischer Reaktionen deutlich. So kann hierdurch z.B. die bei der Bromierung von 1,3,5-Trimethoxybenzol im Strahlzonen-Schlaufenreaktor experimentell aufgezeigte Selektivitätssteigerung bei zunehmendem Energieeintrag erklärt werden. Um im Rahmen dieses Modells eine Übertragung auf andere Reaktorsysteme ermöglichen zu können, wurde eine neue Größe zur Charakterisierung von Reaktoren eingeführt. Mit Hilfe dieses Parameters wird eine Beschreibung hinsichtlich der sich einstellenden lokalen Energiedissipations- und Konzentrationsverteilung möglich und es kann der Einfluss der lokalen Verteilung der Energiedissipationsdichte auf den Umsatz chemischer Reaktionen erklärt werden.