Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - SPP 1740

Exemplarische Ermittlung und Verifikation der Reaktionskinetik einer Gas-Flüssigsynthese

Bearbeitung: M.Sc. Sebastian Gast

 „Gasbläschen steigen in einer Flüssigkeit auf. Was an eine Flasche mit sprudelndem Mineralwasser erinnert, ist ein in der Industrie häufig eingesetzter Reaktortyp – eine Blasensäule. In Laboren und auch in großen Techniktürmen sind sie in fast jeder Chemiefabrik zu finden. An den Grenzschichten der Blasen entstehen neue Produkte, die Ausgangsstoffe für zahlreiche Gegenstände aus unserem Alltag sind. Das Interesse ist daher groß, die Abläufe in Blasensäulen zu optimieren und steuerbar zu machen.“

Pressemitteilung Uni Stuttgart Nr. 68 vom 5. September 2013

Stand der Technik

In den letzten Jahren wurden bei ortsaufgelösten Messungen und numerischen Simulationen von Hydrodynamik und Stoffübergang in Blasenströmungen große Fortschritte erzielt. Allerdings konnten diese Fortschritte noch nicht im gewünschten Umfang für die verbesserte Auslegung von technisch relevanten Gas-Flüssigsynthesen genutzt werden. Hauptgründe dafür liegen in einem Mangel an hinreichend detaillierten und experimentell verifizierten Modellen für die Kinetik der maßgebenden chemischen Reaktionen sowie für ihre Wechselwirkungen mit Strömung und Stoffübergang zwischen Gas- und Flüssigphase.

Großtechnisch werden viele Reaktionen zwischen gasförmigen und flüssigen Edukten in Blasensäulen durchgeführt. Typische Beispiele sind Oxidationen, Hydrierungen und Chlorierungen von flüssigen organischen Ausgangsstoffen. Häufig handelt es sich hierbei um vielstufige Kettenreaktionen, bei denen neben dem gewünschten Zielprodukt weitere, oft nur sehr kurzlebige Nebenprodukte auftreten. Diese instabilen Intermediate erschweren die experimentelle Zugänglichkeit der einzelnen Reaktionsschritte. Daher wird in der Technik häufig ein globalkinetisches Modell auf Basis von Messungen der stabilen Komponenten entwickelt [1].

[1] J. A. A. Hoorn, “Aspects of Mass Transfer in Gas-Liquid Oxidation Reactions”, 2005.

Ziel dieses Projektes

Im Rahmen dieses Projektes soll eine Methodik zur Ermittlung einer reaktionskinetischen Beschreibung für Gas-Flüssigreaktionen am Beispiel der Oxidation von Toluol zu Benzoesäure ausgearbeitet werden. Hierbei wird zuerst in einer Kombination aus experimentellen und theoretischen Untersuchungen eine detaillierte Reaktionskinetik ermittelt. Um Einflüsse des Stoffübergangs auszuschließen finden die dabei durchgeführten Messungen unter homogenen Bedingungen statt.

In einem weiteren Schritt sollen die ermittelte Kinetik genutzt werden um eine aufsteigende Gasblase mit Reaktion darzustellen. Anhand dieses Modells ist das detaillierte Reaktionsnetzwerk zu reduzieren, um es im technischen Bereich zur hydrodynamischen Simulation einer Blasensäule nutzen zu können. Durch das Einbinden verschiedener Expertengruppen wird hierbei ein besonderer Schwerpunkt auf die Beeinflussung der chemischen Reaktion durch die Umströmung einer Blase und dem stattfindenden Stoffübergang gelegt.

Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Ute Tuttlies
Dr.-Ing.

Ute Tuttlies

Akademische Oberrätin

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