Chemische Verfahrenstechnik

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Manfred Stieber
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1 Chemische Verfahrenstechnik Berechnung, Auslegung und Betrieb chemischer Reaktoren von Prof. Dr.-lng. habil. Klaus Hertwig und Prof. Dr.-lng. Lothar Martens Olden bourg Verlag Munchen Wien

2 Vorwort Symbolverzeichnis Indizes unteo Indizes oben V IX XI XVI XVIII 1 Einleitung Chemische Verfahrenstechnik - Wissenschaftsdisziplin und Lehrgebiet Aufgaben und Methoden der Chemischen Verfahrenstechnik 2 2 Grundziige der Prozess- und Verfahrensgestaltung Diskontinuierliche und kontinuierliche Prozessfiihrung Das chemische Verfahren und der Reaktor als zentrale Prozesseinheit Stoffliche und energetische Kopplung von Prozessstufen 13 3 Natur- und ingenieurwissenschaftliche Grundlagen der chemischen Verfahrenstechnik Stochiometrie chemischer Reaktionen GrundgroBen der stochiometrischen Bilanzierung Stochiometrische Bilanzen einfacher Reaktionen Stochiometrische Bilanzen komplexer Reaktionen Thermodynamik chemischer Reaktionen Bildungsenthalpie und Reaktionsenthalpie Reaktionsentropie und freie Reaktionsenthalpie Chemisches Gleichgewicht Kinetik homogener chemischer Reaktionen Reaktionsgeschwindigkeit und deren Einflussfaktoren Kinetik einfacher Reaktionen Kinetik komplexer Reaktionen 43

3 VI 4 Klassifizierung chemischer Reaktoren Reaktorgrandtypen nach stromungstechnischen Gesichtspunkten Warmetechnische Betriebsformen von Reaktoren Phasenverhaltnisse in chemischen Reaktoren Chemische Aktivierungsprinzipien in industriellen Reaktoren Mikrostrukturreaktoren 62 5 Stoff- und Warmebilanzen fiir homogene Reaktionssysteme Grundlegende Transportprozesse und Erhaltungssatze Allgemeine Stoffbilanz Allgemeine Warmebilanz 76 6 Stromungstechnisch ideale Reaktoren fiir homogene Reaktionen Vollstandig durchmischte Reaktoren Ruhrkessel als Chemie-und Bioreaktoren Vor-und Nachteile der Riihrkesseltypen Berechnung von Riihrkesseln fiir homogene Reaktionen Reaktoren mit idealer Pfropfenstromung (Idealer Rohrreaktor, Stromungsrohr) Stromungsverhaltnisse und technische Gestaltung Vor- und Nachteile des Rohrreaktors Berechnung von idealen Rohrreaktoren fiir homogene Reaktionen Vergleich der Leistungsparameter der Reaktorgrandtypen Vergleichende Betrachtungen bei einfachen Reaktionen Vergleichende Betrachtungen bei komplexen Reaktionen Thermische Stabilitat und instationares Reaktorverhalten Technische Beispiele Stabilitatsuntersuchungen an einem kontinuierlichen Ruhrkessel Reaktorschaltungen Industrielle Anwendungsbeispiele Gestaltung und allgemeine stoffliche Bilanzierung von Reaktorkaskaden Riihrkesselkaskade Vo.r- und Nachteile von Riihrkesselkaskaden Berechnung von Riihrkesselkaskaden Reaktoren mit Kreislauf Anwendung von Reaktorkreislaufen Berechnung von Reaktorkreislaufen 208

4 VII 8 Stromungstechnisch nichtideale Reaktoren Beispiele fiir nichtideales Strormmgsverhalten Berechnung von Rohrreaktoren mit partieller axialer Riickvermischung EindimensionalesDispersionsmodell Kaskadenmodell Verweilzeituntersuchungen zur Charakterisierung des Vermischungsverhaltens Definitionen Messung von Verweilzeitverteilungen Berechnung und Auswertung von Verweilzeitverteilungen Kopplung von Verweilzeitverhalten und Reaktion in realen Reaktoren Mikrovermischung und Makrovermischung in Reaktoren Berechnung von Reaktionssystemen mit Segregation Reaktoren fur Fluid-Feststoff-Reaktionen Industrielle Verfahren und Reaktoren Prozessgrundlagen heterogen-gaskatalytischer Reaktionen Katalytische Wirkung und Vorgange am Katalysatorkorn und in der Katalysatorschicht AuBerer Staff-und Warmeiibergang Porendiffusion und Warmeleitung im Katalysatorkorn Adsorption und Desorption an Katalysatoroberflachen Reaktionskinetik an festen Katalysatoren Auslegung und Betrieb von Festbettreaktoren Berechnung von Festbettreaktoren FestbettkatalytischeMehrstufenreaktoren Spezielle verfahrenstechnische Probleme und Betriebsverhalten von Festbettreaktoren Wirbelschichtreaktoren fiir gaskatalytische Reaktionen, Stromungstechnische Charakteristik der Wirbelschicht Vor- und Nachteile von Wirbelschichtreaktoren Berechnung von Wirbelschichtreaktoren Reaktoren fiir Fluid-Fluid-Reaktionen Industrielle Verfahren und Reaktoren Stofftransport und chemische Reaktion, Stofftransport Gas-Fliissigphase Reaktionskinetik Prozesstechnik und Reaktorauswahl Berechnung von Blasensaulenreaktoren Berechnung von Riihrkesseln fur Gas-Fltissig-Prozesse

5 VIII Kontinuierlich betriebener Gas-Fliissig-Riihrkessel im stationaren Zustand Halbkontinuierlich betriebener Gas-Fliissig-Ruhrkessel mit kontinuierlicher Gasdosierung Polymerisationsreaktoren Industrielle Verfahren und Reaktoren Prozessgrundlagen der Polymerisation StrukturenvonMakromolekulen Sto'chiometrie und Kinetik der Polymerisation Berechnung ausgewahlter Strakturparameter Prozesstechnik und Reaktorauswahl Berechnung von Polymerisationsreaktoren Diskontinuierlicher Ruhrkessel Kontinuierlicher Ruhrkessel Elektrochemische Reaktoren Industrielle Verfahren und Reaktoren Grundlagen der Berechnung elektrochemischer Reaktoren Grundlagen der stofflichen Bilanzierung Elektrochemische Thermodynamik und Kinetik Stoff- und Ladungstransport in Elektrolytlosungen Berechnung und Bewertung elektrochemischer Reaktoren Stoffliche Bilanzierung der Reaktorgrandtypen Energetische Bilanzierung Photochemische Reaktoren Industrielle Verfahren und Reaktoren Grundlagen photochemischer Reaktionsprozesse Geschwindigkeit photochemischer Reaktionen Zusammenhang zwischen Quantenstrom und Strahlerleistung Berechnung photochemischer Reaktoren 472 Literaturverzeichnis 479 Stichwortverzeichnis 485

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