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Aufgabenstellung:

  1. Festbettreaktor. In einer Schüttschicht wird ein binares Gasgemisch an Katalysatorkügelchen , Lückengrad umgesetzt. Die Konzentration der Schlüsselkomponente im Phasenkern der Strömung ist .
    a) Wie groß sind das Feststoffvolumen und die äußere Oberfläche der Schüttung?
    b) Wie groß ist die maximale Reaktionsgeschwindigkeit?

  2. Gaswäsche. In einem Strahlabsorber wird Kohlendioxid in Natronlauge absorbiert:

    In Abhängigkeit der Strahllänge werden die Absorptionsraten gemessen.

    Strahldurchmesser . Flüssigkeitsseitiger Stoffübergangskoeffizient Anfangskonzentration

    a) Wie groß ist die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion?
    b) Wie groß ist die HATTA-Zahl?

Lösungsweg:

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1.

a)

b)

Die Katalysatoroberfläche verarmt an Reaktand und der Stofftransport bestimmt die Reaktionsgeschwindigkeit.

2.

a)

Bei Laugenüberschuss verarmt die Konzentration in der Grenzschicht nicht; die schnelle Reaktion wird mit einer Kinetik pseudo-1. Ordnung angesetzt. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt vom Stoffmengenstrom pro Austauschfläche (Zylindermantel) ab.

Reaktion pseudo-1. Ordnung:

Lösung der DGL:

Molenstrom an Phasengrenze :

Geschwindigkeitskonstante:

und

b)

Das Kriterium für eine Grenzflächenreaktion, somit keine Reaktion im Phaseninneren, ist die HATTA-Zahl. Maßgeblich ist der Stoffübergangskoeffizient für physikalische Absorption (ohne chemische Reaktion) in der Flüssigphase

d. h. schnelle Reaktion in der Grenzschicht

Lösung:

  1. a)

    b)

  2. a)

    b)