Simulative und experimentelle Untersuchung des Wärmetransportes in chemischen Festbettreaktoren

In der Regel erfordert die Durchführung von Reaktionen die Zu- oder Abfuhr von Wärme. Bei konventionellen Heizungskonzepten für katalytische Reaktionen erfolgt der Wärmetransport üblicherweise über die Außenseite der Rohre. Der daraus entstehende Temperaturgradient zwischen Reaktorwand und -mitte limitiert dabei die Auslegung eines Rohrreaktors zum Beispiel hinsichtlich des Rohrdurchmessers. Einer akkuraten simulativen Beschreibung des entstehenden radialen Temperaturgradienten innerhalb des Reaktors liegt eine Kenntnis der Wärmetransportphänomene zu Grunde. Dabei unterscheiden sich etablierte Modellierungsansätze für Festbettreaktoren grundsätzlich hinsichtlich der Modelltiefe, wobei mit steigendem Detaillierungsgrad die Anzahl von experimentell zu bestimmenden Modellparametern steigt.

Bestandteil meiner Forschung ist die Modellierung des Wärmetransportes in Festbettreaktoren, sowie die experimentelle Bestimmung benötigter Modellparameter. Die experimentelle Untersuchung der Wärmetransportphänomene geschieht dabei über die Messung der Temperaturprofile innerhalb des Festbettreaktors mittels einer faseroptischen Messtechnik. Hierzu wird die Sensorfaser in die Katalysatorschüttung integriert, wobei eine Vielzahl von Temperaturmessstellen die Bestimmung eines örtlich hoch aufgelösten Temperaturprofils ermöglichen.

Die faseroptische Messtechnik ermöglicht ebenfalls die Charakterisierung einer elektrischen Reaktorheizung für katalysierte, endotherme Reaktionen. Untersucht wird die Wärmeverteilung einer modular integrierbaren Ohm’schen Widerstandsheizung für Rohrreaktoren. In simulativen Studien erfolgt außerdem die Auslegung dieses elektrisch beheizten Reaktors, sowie der Vergleich zu konventionell beheizten Rohrreaktoren.