Mehrphasensysteme

Innovative Reaktorkonzepte, integrierte chemische Prozesse, multifunktionale Katalysatoren, Reaktorbetrieb und -auslegung für reagierende mehrphasige Systeme

Mehrphasige Reaktionssysteme spielen in vielen technischen Prozessen, insbesondere in der Technischen Chemie und Chemischen Verfahrenstechnik, eine wichtige Rolle. Entsprechend groß ist das Interesse daran, die diesen Prozessen zugrundeliegenden Reaktorklassen zu verbessern und effizienter zu gestalten. Aufgrund der wirtschaftlichen und ökologischen Anforderungen ist die Optimierung bestehender chemischer Prozesse dieser Art eine zentrale Herausforderung unserer Zeit.
Als Beispiel für sehr wichtige Reaktoren, in welchen die Eigenschaften mehrphasiger Reaktionssysteme als unabdingbare Voraussetzung zur Umwandlung, Trennung oder Vereinigung von Stoffen und Stoffgemischen genutzt werden, seien hier Gas-Flüssig-Reaktoren genannt. Sie zeichnen sich durch die Koexistenz und das zumeist intensive Wechselspiel der beiden Phasen aus.
Bei der Auslegung industrieller Gas-Flüssig-Reaktoren braucht man möglichst genaue Informationen über Strömungsstruktur und -verhalten, Stoff- und Wärmetransport sowie Reaktionskinetik im Reaktorinneren. Moderne Messverfahren in Verbindung mit ingenieurwissenschaftlichen Computeranwendungen (siehe Forschungsbereich Computational Engineering) ermöglichen es, das reaktionstechnische und fluiddynamische Geschehen im Inneren der Apparatur mit Hilfe moderner Modellierungs- und Simulationsverfahren zu ergründen. Damit könnte diese Reaktorklasse bereits bei der Planung untersucht und die gewonnenen Erkenntnisse in frühen Projektphasen für das Reaktordesign genutzt werden.

Aus Sicht des Prozessdesigns stellt die Kombination von Reaktions- und Trennoperation in einem Apparat ein aktuelles Forschungsgebiet dar (Prozessintensivierung). Protagonisten hierfür sind die Reaktivdestillation und der adsorptive Reaktor bzw. die Mikroverfahrenstechnik. In beiden Fällen gibt es bisher zu wenige Anwendungen, die zu einer technischen Realisierung im industriellen Maßstab geführt haben.



Ausgewählte Publikationen:

S. Reßler, M.P. Elsner, C. Dittrich, D.W. Agar, S. Geisler, O. Hinrichsen: Reactive Gas Adsorption in Process Intensification by Integrated Reaction and Separation Operations (H. Schmidt-Traub und A. Górak (Hrsg.)), Springer-Verlag, Berlin, 2006.

J. Strunk, O. Hinrichsen, Basischemikalie Methanol, Nachrichten aus der Chemie 11 (2006) 1080-1084.

C. Irrgang, O. Hinrichsen, W.M. Lau, Effects of orifice angle and surface roughness on the bubbling to jetting regime transition in a bubble column, IEC Research 51 (2012) 4445-4451.


Themenblöcke, die im Bereich „Mehrphasensysteme“ behandelt werden:

  • multifunktionale Katalysatoren
  • Reaktorbetrieb und -auslegung für reagierende mehrphasige Systeme (u.a. Festbettreaktoren, Gas-Flüssigkeits-Reaktoren, Dreiphasenreaktoren, Wirbelschichtreatoren; Scale-Up)
  • innovative Reaktorkonzepte, z. B. Mikroreaktoren, multifunktionale Reaktoren, adsorptive Reaktoren
  • integrierte chemische Prozesse