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Reaktorbau 1 (Subject) / RT1 (Lesson)

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• Was beschreibt die Dammköhler 1 -Zahl? Verhältnis Geschwindigkeitskonstanten Reaktion zur Geschwindigkeitskonstanten konvek. Stofftransports. Da1=0 ---> Ua=0 Da1=1 ---> Ua=0,5 Da1=oo ---> Ua=1 Da1= Ua / 1-Ua Ua= Da / 1+Da1
• Woraus setzt sich der Gesamtanfangsvolumenstrom zusammen? Aus den beiden Teilvolumenströmen zum Zeitpunkt t=0 bzw. Teilanfangsvolumenströmen.
• Wann gilt bei einer RKK: T3>T2>T1 Wenn der 3.Rührkessel am größten (2. Rührkessel am zweitgrößten etc.) bzw. wenn VR3>VR2>VR1 
• Vor- und Nachteile eines Rührkesselreaktors und deren tech. Anwendung? + sehr gute Vermischung, Reaktionsdauer einstellbar, Mehrphasenreaktionen geeignet - begrenzte Produktleistung, unerwünschte Folgereaktionen werden begünstigt Anwendung: - Herstellung von Farb- und Geruchsstoffen - Arzneimittel
• Vor- und Nachteile eines Strömungsrohrs ggü. Rührkesselreaktor und dessen Anwendung? + großes Verhältnis von Wandfläche/Reaktionsmasse (gute Wärmezu-/abfuhr, stark Exo-/Endotherme Reaktion) + große Durchsätze möglich (Konti. Betrieb) Anwendung: - Herstellung von Ethylen aus Leichtbenzin
• Vor- und Nachteile eines Vollraumreaktors? + sehr einfache Bauweise, deshalb billig - sehr schlechte Waermezufuhr und -abfuhr
• Vor- und Nachteile eines Rohrbündelreaktors und dessen Anwendung? Reihe oder Parallelgeschaltete SR? Parallelgeschaltete von idealen Strömungsrohren + guter Waermetransport + hohe Produktionskapazitaet (Parallelschaltung vieler Rohre) - hohe Investitionskosten - hoher Aufwand beim Katalysatorwechseln Anwendung: - Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid - Herstellung Phtalsäureanhydrid
• Vor- und Nachteile eines Hordenreaktors und dessen tech. Anwendung? Reihe oder Parallelgeschaltete SR? Reihenschaltung von idealen Strömungsrohren + geeignet für Reaktionen mit starker Wärmetönung + geringere Investitionskosten als Rohrbündelreaktor (etwas geringer) - Reaktionsführung komplizierter als bei Rohrbündelreaktor Anwendung: - Schwefelsäureherstellung - Ammoniak-Synthese
• Vor- und Nachteile eines Flachbettreaktors und dessen technische Anwendung? Reihe oder Parallelgeschaltete SR? Sonderfall des Hordenreaktors: Reihenschaltung von id. Strömungsrohren. + geeignet für Reaktionen mit starker Wärmetönung + geringere Investitionskosten als Rohrbündelreaktor - Reaktionsführung komplizierter als bei Rohrbündelreaktor Anwendung: - Ammoniak-Verbrennung zu NO - Methanol-Oxidation zu Formaldehyd
• Wie ist die Reaktorleistung eines RKK im Vergleich zum Konti. RK oder SR und dessen tech. Anwendung? Reaktorleistung: Konti. RK < RKK <SR Anwendung: - Nitrierungsreaktion - Veresterungsreaktion
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• Vor- und Nachteile eines Wirbelschichtreaktor und dessen tech. Anwendung? + guter Stoff- und Wärmeaustausch + niedrige Investitionskosten - Partikel dürfen nicht agglomerieren - Abrieb der Feststoffpartikel Anwendung: - Phtalsäureanhydrid-herstellung - katalytisches Cracken von Kerosin - NICHT für starkschwankende Reaktionsleistung geeignet
• Nennen Sie jeweils drei Reaktortypen, die zur Durchführung folgender Reaktionen verwendet werden können: a) Gas/Flüssig-Reaktionen ; b) Gas/Flüssig-Reaktionen am festen Katalysator. a) Gas/Flüssig-Reaktion: Blasensäule, Rieselbettreaktor, Rührkessel b) Gas/Flüssig-Reaktion am festen Katalysator: Rührkessel, Blasensäule mit suspendierendem Katalysator, Rieselbettreaktor
• Technische Anwendung eines Rieselfilmreaktor? Anwendung: - Entschwefeln, Hydrocracken. Raffinieren
• Erklären Sie die auf den Betrieb von Reaktoren bezogenen Begriffe? Stationär Ci =/= f(t)  ; Ri =/= f(t)
• Erklären Sie die auf den Betrieb von Reaktoren bezogenen Begriff? Kontinuierlich Der Reaktor wird zeitlich ohne unterbrechung von Reaktionsgemisch durchströmt.
• Erklären Sie die auf den Betrieb von Reaktoren bezogenen Begriff? Diskontinuierlich keine Stoffzufuhr und Stoffabfuhr während der Reaktion
• Formulieren Sie in Worten und mathematisch die Größen: Umsatz, Ausbeute, Selektivität Welcher Zusammenhang besteht zwischen den drei Größen? Bei Konti. RK und SR immer mit Stoffmenge, also ohne Punkt über dem n! Bei Chargenbetrieb/Satzbetrieb immer mit Stoffmengenströme! Umsatz:     Ua=(na,0-na,t) / na,o Ausbeute:  Ap= (na,p* müa) / (müp*na,0) Selektivität:  S= (na,p*müa) / müp*(na,0 - na,t)  // S = 1, wenn keine Nebenreaktionen Zusammenhang: Ap= Ua*Sp
• Wie ist die stoffbezogene Reaktionsgeschwindigkeit und welche Einheit hat diese? Ri= 1/Vr  *  dna/dt Einheit:  [ mol/m3*s ]
• Nennen Sie drei Reaktortypen, die zur Durchführung von heteron-katalytischen Gasphasenreaktionen mit starker Wärmetönung geeignet sind. Eselsbrücke: RWTH (R)(W)T(H) - Rohrbündelreaktor, Wirbelschichtreaktor, Hordenreaktor
• Charakteristik eines Disk. Rührkessel. Stationär oder Instationär? Beschreiben Sie die Begriffe Instationärer bzw. Stationärer Betrieb, Homogen und die Allg. Stoffbilanz für Edukt A? Instationär: Ci=f(t) //Konzentration zeitlich abhängig Ri=f(t) //Reaktionsgeschw. zeitlich abhängig Homogen: Ci;T =/= f(x,y,z)  //Konzentration und Temp. unabhängig vom Ort Ri=/= f(x,y,z)  //Reaktionsgeschw. unabhängig vom Ort Allg. Stoffbilanz: Zeitliche Änderung = Zulauf - Ablauf + Reaktion dna/dt = na,o - na + Vr*Ra
• Charakteristik eines Konti. Rührkessel. Stationär oder Instationär? Beschreiben Sie die Begriffe Instationärer bzw. Stationärer Betrieb, Homogen und die Allg. Stoffbilanz für Edukt A? Stationärer Betrieb: p,T,c =/= f(t) p,T,c =/= f(x,y,z) Allg. Stoffbilanz: Zeitliche Änderung = Zufluss - Abfluss + Reaktion dna/dt = na,0 - na,t + Vr*Ra     mit: dna/dt = 0   zeitlich unabh. , weil Stationär
• Charakteristik eines SR. Stationär oder Instationär? Beschreiben Sie die Begriffe Instationärer bzw. Stationärer Betrieb, Homogen und die Allg. Stoffbilanz für Edukt A? Stationär p,T,c =/= f(t) p,T,c = f(x) Allg. Stoffbilanz: Zeitliche Änderung = Zulauf - Ablauf + Reaktion dna/dt = na - (na+dna) + dVr * Ra        mit: dna/dt = 0 da stationär 0 = - dna + dVr * Ra
• Strömungsrohr charakteristik - Kolbenförmiges Geschwindigkeitsprofil  Eselsbrücke: SR Penis - Alle Fluidelemente haben gleiche Strömungsgeschw. also gleiche Verweilzeit - Vermischung quer zur Strömungsrichtung --> keine radialen Konz. gradienten - keine Vermischung in Strömungsrichtung --> gleiche Verweilzeit
• Vor- und Nachteile von Reaktorkombinationen? + geringere Reaktionsvolumen + verbesserte Temperaturführung + höhere Umsätze, Durchsätze, Produktionsleistung - höhere Investitionskosten
• Vorteile eines Kreislaufreaktors? Beschreiben Sie die Kreislaufverhältnis mathematisch und in Worten? + höhere Strömungsgeschw. (Turbulent) + bei stark exotherme Reaktionen R = Rückführung / Ausschleusung Rückführung = R/R+1    ;    Ausschleusung = 1/1+R R=0 ---> id. Sr R= unendlich ----> Konti. RK
• Technische Anwendung der Kreislaufführung? - Autokatalytische Reaktion -> Fermenter - exothereme Reaktion -> EDC-Herstellung
• Ziel bei Reaktoren mit Trennstufe und Rückführung? Möglichst vollständige Rohstoffausnutzung durch Rückführung nicht umgesetzter Edukte
• Technische Anwendungsbeispiele für Reaktorkombination? Rührkesselkaskade                       Anwendung: Emulsionspolymerisation Reihenschaltung SR + RK:                   Anwendung: Styrolpolymerisation Reihenschaltung Strömungsrohren:            Anwendung: Hordenreaktor z.B. NH3-Synthese, SO2-Oxidation Parallelschaltung von Strömungsrohren:   Anwendung: Rohrbündelreaktor z.B. Phtalsäureanhydrid-Herstellung
• Was bedeutet 1-F(t)? Bruchteil des Tracers mit VWZ > 1
• Was bedeutet F(t1)? Bruchteil des Tracers mit VWZ < t1

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