Anhang: Klausuraufgaben zur Chemischen Reaktionstechnik1

Aufgabe 1: Die Gleichgewichtsreaktionen

(1) A = B mit Gleichgewichtskonstante K1

(2) B = 2C mit Gleichgewichtskonstante K2

finden ausgehend von nA0 = 10 mol reinem A beim Gesamtdruck P = 150 kPa statt. Im Gleichgewicht ergibt sich der Umsatzgrad XA = 0,89 und die Ausbeute YB,A = 0,79.

a) Die Werte der Gleichgewichtskonstanten K1 und K2 sind zu berechnen. b) Der Massenanteil wA im Gleichgewicht (MA = 162 g/mol) ist zu bestimmen. c) Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante K3 der Reaktion A = 2C ?

Ergebnis: a) K1 = 7,182; K2 = 6,904 kPa. b) wA = 0,11. c) K3 = 49,587 kPa.

Aufgabe 2: Bei der Gleichgewichtsreaktion 2A = B + C, die in der Gasphase stattfindet, werden die Stoffmengen nA0 = 10 mol, nB0 = nC0 = 0 eingesetzt. Die Gleichgewichtskonstante hat den Wert K = 65,61. Man berechne die Massen-anteile wi aller Komponenten im Gleichgewicht, wenn die molaren Massen MA = 81 g/mol und MB = 118 g/mol betragen.

Ergebnis: w1 = 0,058; w2 = 0,686.

Aufgabe 3: Ein Abgas, das 160 mol/h Methan und 90 mol/h Kohlenmonoxid ent-hält, soll mit Luft (ideales Gas mit 20,5 Vol.-% O2 , 79,5 Vol.-% N2 ) vollständig verbrannt werden.

a) Welcher Luftvolumenstrom (bei Normalbedingungen) ist stöchiometrisch erforderlich?

b) Welche Zusammensetzung in Vol.-% hat das Verbrennungsgas? c) Die Temperatur T des Verbrennungsgases ist zu bestimmen.

1 Die folgenden Aufgaben wurden in Klausuren im Rahmen der Vorlesung Chemische Reaktions-technik in den Studiengängen Chemie bzw. Pharma- und Chemietechnik der Technischen Fach-hochschule Berlin gestellt.

Anhang: Klausuraufgaben zur Chemischen Reaktionstechnik 269

Daten: Reaktionsenthalpie Methanverbrennung HR1 = 748.500 J/mol Reaktionsenthalpie CO-Verbrennung HR2 = 540.000 J/mol spezifische Wärme Gase cp = 30 J/mol K Eingangstemperatur T0 = 400 K

Ergebnis: a) V = 1780 Nm3/h. b) CO2 12,59 Vol.-%, H2O 16,12 Vol.-%, N2 71,29 Vol.-%. c) T =3236 K.

Aufgabe 4: 1,6 kmol/h Benzol und 0,9 kmol/h Toluol werden in 800,0 kmol/h Luft (ideales Gas mit 20,5 Vol.-% O2 , 79,5 Vol.-% N2 ) verdampft und voll-ständig verbrannt. Man bestimme:

a) die Stoffmengenströme in aller Komponenten im Abgas;

b) die Abgaszusammensetzung in Vol.-%;c) die Abgastemperatur T;d) den Volumenstrom des Abgases.

Daten: Reaktionsenthalpie Benzolverbrennung HR1 = 3,82 106 kJ/kmol Reaktionsenthalpie Toluolverbrennung HR2 = 4,21 106 kJ/kmol spezifische Wärme Gase cp = 30 kJ/kmol K Eingangstemperatur T0 = 400 K

Ergebnis: a) CO2 15,9 kmol/h, H2O 8,4 kmol/h, O2 143,9 kmol/h, N2 636,0 kmol/h. b) CO2 1,98

Vol.-%, H2O 1,04 Vol.-%, O2 17,89 Vol.-%, N2 79,08 Vol.-%. c) T = 809,5 K. d) V = 53418 Nm3/h.

Aufgabe 5: Bei der Gleichgewichtsreaktion A = B, die in der Gasphase stattfindet, werden die Stoffmengen nA0 = 2,0 mol, nB0 = 0,1 mol eingesetzt. Die fehlenden Werte der Tabelle sind zu bestimmen. Für die Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante gelte )/exp(0 RTEKK .

Temperatur T, K 400 500 GG-Konstante K, - 19,89 7,00 nA

*, mol nB

*, mol 1,198

Ergebnis: Temperatur T, K 400 500 456,01 GG-Konstante K, - 1,328 19,89 7,00 nA

*, mol 0,902 0,101 0,263 nB

*, mol 1,198 1,999 1,838

Anhang: Klausuraufgaben zur Chemischen Reaktionstechnik 270

Aufgabe 6: In einem kontinuierlich und stationär betriebenen ideal durchmisch-ten Rührkessel findet die irreversible bimolekulare Reaktion A1 + A2 A3, r = kc1c2, unter isothermen Bedingungen statt. Die fehlenden Werte der Tabelle sind zu berechnen.

Verweilzeit , min 0 10 20 Konzentration c1, kmol/m3 2,0 Konzentration c2, kmol/m3 2,3 1,0Konzentration c3, kmol/m3 0,1 1,1

Ergebnis: Verweilzeit , min 0 10 20 24,1 Konzentration c1, kmol/m3 2,0 1,0 0,76 0,70 0 Konzentration c2, kmol/m3 2,3 1,3 1,06 0,3 Konzentration c3, kmol/m3 0,1 1,1 1,34 1,40 2,1

Aufgabe 7: In einem kontinuierlich, stationär und isotherm betriebenen idealen Rührkessel findet die Gleichgewichtsreaktion A1 A2 , r = khin c1 krück c2, statt.

a) Die fehlenden Tabellenwerte sind zu ergänzen. b) Die Werte der Geschwindigkeitskonstanten khin und krück sind zu berechnen.

Verweilzeit , min 0 10 20 Konzentration c1, kmol/m3 2,4 0,386 0,119 Konzentration c2, kmol/m3 0,1 1,372

Ergebnis: b) khin = 0,12006 min-1, krück = 0,006 min-1. a) Verweilzeit , min 0 10 20 59,835

Konzentration c1, kmol/m3 2,4 1,128 0,7668 0,386 0,119 Konzentration c2, kmol/m3 0,1 1,372 1,7332 2,114 2,381

Aufgabe 8: In einem stationär und isotherm betriebenen idealen Strömungsrohr mit dem Durchmesser dR = 0,05 m und der Länge L = 50 m läuft die irreversible Reaktion zweiter Ordnung A 3B, r = kcA

2, ab. Welche Reaktionstemperatur Tist zu wählen, um eine Produktion von Bn = 0,24 kmol/h bei einem Umsatzgrad

von XA = 0,94 zu erzielen ?

Daten: Eingangskonzentrationen cA0 = 2,1 kmol/m³, cB0 = 0 Stoßfaktor k0 = 7,94 1013 m3/(kmol h) Aktivierungsenergie E = 102 kJ/mol

Ergebnis: T = 397,8 K.

Anhang: Klausuraufgaben zur Chemischen Reaktionstechnik 271

Aufgabe 9: Bei der Zerfallsreaktion A ... werden zu vorgegebenen Werten der Konzentration cA und Temperatur T die in der Tabelle angeführten Werte der Reaktionsgeschwindigkeit r ermittelt.

a) Zu bestimmen sind Stoßfaktor k0, Aktivierungsenergie E und Reaktions-ordnung n des Geschwindigkeitsansatzes n-ter Ordnung n

ARTE cekr /

0 .

b) Welchen Wert hat die Reaktionsgeschwindigkeit für cA = 0,9 mol/l bei T =100 °C ?

Messwert cA [mol/l] T [°C] r [ mol / (l min)] 1 0,85 77 15,8 2 0,85 127 109,0 3 1,05 77 20,6

Lösungshinweis: da jeweils nur 2 verschiedene cA- und T-Werte vorliegen, berechnet man die Parameter aus einem linearen Gleichungssystem. Ergebnis: a) k0 = 9,999 10+7, E = 44996 kJ/kmol, n = 1,2554. b) r = 44,01 mol/(l min).

Aufgabe 10: Die Folgereaktion A1 A2, r1 = k1c1, A2 A3, r2 = k2c2, wird in einem kontinuierlich, stationär und isotherm betriebenen idealen Rührkessel so durchgeführt, dass A2 in maximaler Konzentration c2max vorliegt.

a) Umsatzgrad X1 und Ausbeute Y21 sind zu berechnen für die Werte: Temperatur T = 394 K; Stoßfaktoren k10 = 2,60 106 h 1, k20 = 1,36 104 h 1;Aktivierungsenergien E1 = 43,1 kJ/mol, E2 = 39,6 kJ/mol; Eingangs-konzentrationen c10 = 1,54 kmol/m3 , c20 = c30 = 0.

b) Welche Produktion 2n ergibt sich für das Reaktionsvolumen V = 30 m3?

c) Welcher Volumenstrom V und welcher Stoffmengenstrom 10n liegen am Re-

aktoreingang vor?

Ergebnis: a) X1 = 0,8902; Y21 = 0,7924. b) 2n =22,68 kmol/h. c) V = 18,59 m3/h; 10n = 28,62

kmol/h.

Aufgabe 11: Die Reaktion A1 3A2 + A3,nkcr 1 , wird isotherm in idealen Re-

aktoren mit dem Reaktionsvolumen V = 0,22 m³ so durchgeführt, dass der Umsatzgrad X1 = 0,97 und die Produktion 2n = 2,0 kmol/h vorliegen. Welche

Reaktionstemperatur T ist zu wählen für

a) ein kontinuierlich betriebenes Strömungsrohr? b) einen absatzweise betriebenen Rührkessel (Rüstzeit tV = 0,30 h)? c) einen kontinuierlich betriebenen Rührkessel?

Anhang: Klausuraufgaben zur Chemischen Reaktionstechnik 272

Daten: Stoßfaktor k0 = 1,9 1015 (kmol/m3)1-n h-1

Aktivierungsenergie E = 105,0 kJ/mol; Reaktionsordnung n = 1,09 Anfangskonzentrationen c10 = 2,2 kmol/m³, c20 = 0, c30 = 0

Ergebnis: a) T = 377,17 K. b) T = 383,53 K. a) T = 405,97 K.

Aufgabe 12: Die irreversible bimolekulare Reaktion A1 + A2 A3, r = kc1c2, wird unter isothermen Bedingungen in zwei gleichgroßen, hintereinander geschalteten kontinuierlich betriebenen idealen Rührkesseln (Verweilzeit pro Kessel = 2,0 min) durchgeführt.

a) Zu berechnen sind die Konzentrationen c1,1, c2,1, c3,1 der Komponenten am Ausgang des ersten Kessels sowie die Konzentrationen c1,2, c2,2, c3,2 am Aus-gang des zweiten Kessels.

b) Welcher Gesamtumsatzgrad X1 wird erhalten?

Daten: Eingangskonzentrationen 1. Kessel: c10 = 1,51 kmol/m3, c20 = 1,41 kmol/m3, c30 = 0, Reaktionstemperatur T = 85 °C

Ergebnis: a) c1,1 = 0,6175 kmol/m3; c2,1= 0,5175 kmol/m3, c3,1 = 0,8925 kmol/m3; c1,2 = 0,3586 kmol/m3; c2,2 = 0,2586 kmol/m3; c3,2 = 1,1514 kmol/m3. b) X1 = 0,7625.

Aufgabe 13: Um die irreversible Reaktion 2. Ordnung A ..., r = kcA2, durchzu-

führen, werden ein Strömungsrohr (Verweilzeit Str = 0,30 h) und ein Rührkessel (Verweilzeit Rk = 1,00 h) benutzt. Beide Reaktoren verhalten sich ideal und wer-den kontinuierlich, stationär und isotherm betrieben. Für welche Art der Hinter-einanderschaltung der Reaktoren errechnet sich der höchste Umsatzgrad XA :

a) erst Strömungsrohr (= Reaktor 1), dann Rührkessel (= Reaktor 2)? b) erst Rührkessel (= Reaktor 1), dann Strömungsrohr (= Reaktor 2)?

cA0 cA1 cA2

Reaktor 1 Reaktor 2

Daten: Eingangskonzentration cA0 = 1,40 kmol/m3

Stoßfaktor k0 = 2,331 1015 m3/(kmol h) Aktivierungsenergie E = 110,0 kJ/mol Temperatur T = 402 K

Ergebnis: a) XA = 0,9253. a) XA = 0,8957.

Literaturverzeichnis

Kapitel 1

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Sachverzeichnis

Abbruchkriterium 188 Ableitung einer Funktion 119 Absatzweiser Betrieb 54, 89, 140, 205 Abweichung 69, 77 Achsenabschnitt 69 adiabatisch 52, 80, 89, 92, 221, 229 Adiabatische Temperaturerhöhung 80, 215,

220Adsorption 236, 237, 239 - konkurrierende 241 - Langmuir- 239 Adsorptionsgleichgewichtskonstante 240,

242Adsorptionsterm 243 Aggregatszustand 50 Akkumulationsterm 86 Aktive Zentren 235, 249 Aktivierungsenergie 73, 140, 235, 247, 251 - Einheit 73 Anfangsbedingung 108, 133, 142, 160, 186 Anfangskonzentration 81, 145 Anlagenverfügbarkeit 147, 180 äquidistant 118, 145, 188, 195 Arrhenius 73 Arrhenius-Diagramm 74, 247, 252 Arrhenius-Gleichung 73, 163, 224, 230 - Linearform 74 Asche-Kern-Modell 254, 258 Ausbeute 33, 45, 53, 94, 139, 165 Ausgangsstoff 14, 17 Axialdispersion 132

Batch-Reaktor 54 Begleitstoff 17, 18 Beladung 239Beschreibung 14 Betriebsbedingungen 14, 49 Betriebsparameter 15 Betriebspunkte 222, 229, 233 - Anzahl 226 - Bestimmung 226 Betriebsstörung 53, 147

Betriebsweise, stationäre 53, 89

Bezugskomponente 143, 151,168, 171, 214, 220, 222, 229

Bilanzgleichungen 85, 95 - Lösung 89 Bilanzgrößen 85 Bilanzierung, Prinzip 85 Bilanzraum 85, 106 Bildungsgrad 33, 45 Blasensäule 60 Bodenstein-Zahl 133 Bruttoreaktion 236, 241 Bruttoreaktionsgeschwindigkeit 241

Chemieingenieur 15 Chemische Elemente 21 Chemische Reaktion 13 Chemische Reaktionstechnik 13, 16

Damköhler-Zahl 152, 172 Daten, thermodynamische 37 Desorption 236, 237 Desorptionsgeschwindigkeitskonstante 240 Dichte 98 Differentialgleichung 188 Differentialmethode 146, 166 Differentiation 146 Differenzenquotient 188 Diffusion 86, 130, 132, 244 Diffusionskoeffizient 132, 245, 265 - effektiver 248, 251, 255 Diffusionskontrolle 246, 251 Diffusionsmechanismen 248 Diffusionsprozesse 247 dispers 253 Dispersion 58, 163 Dispersionskoeffizient 132, 134 Dispersionsmodell 130, 132, 136, 138 Dreiphasen-Reaktion 50, 61 Druck 26, 37, 58 Druckgradient 160

Edukt 17 Eduktadsorption 243

Sachverzeichnis280

Eingangskonzentration 100 Einsatzverhältnis 144 Einstellgröße 68 Elementbilanzen 21 endotherm 37, 40, 58, 223, 225 Erhaltung der chemischen Elemente 17, 87 Euler-Verfahren 187, 190, 218 exotherm 37, 40, 52, 58, 223, 231, 233 Experiment 68 Exponentialterm 73 Extensive Größen 25

Feedbatch-Reaktor 55 Fehler 69 - relativer 77 - systematischer 78 Fehlerquadratsumme 69 Fehlertransformation 72 Fehlerverteilung 78 Feinchemikalien 54, 55 Festbettreaktor 58 Fest-Flüssig-Reaktion 51 Feststoffreaktion 51 Feststoffschüttung 58,61 Ficksches Gesetz, erstes 132, 248 - zweites 249 Film 237 Filmdiffusion 237, 244, 246, 248, 253 Filmtheorie 262 Fluid 58 Fluidelement 98 Fluid-Fluid-Reaktionen 260, 263 Fluidisation 59 Flüssig-Flüssig-Reaktion 51, 260 Flüssigphasenreaktion 49, 50, 141 - heterogen katalysiert 51 Folgereaktion 67, 75, 155, 164, 174, 183,

189, 192, 202 Formelumsatz 28, 37, 80 Formparameter 104 Freundlich-Isotherme 241

Gasbelastung 60 Gas-Flüssigkeits-Reaktion 51, 234 - heterogen katalysiert 50 Gaskonstante 27, 73 Gasphasenkonzentration 255 Gasphasenreaktion 44, 50, 234

Gaswäscher 60 Gegenstrom 57, 61 Gesamtdichte 27, 86, 141, 159, 167 Gesamtdruck 27, 42 Gesamtenergiebilanz 85 Gesamtkonzentration 27 Gesamtmasse 25, 80, 86 Gesamtmassenbilanz 85, 88, 93, 141, 159,

166, 186 Gesamtmassenerhaltung 86 Gesamtmassenstrom 26 Gesamtverweilzeit 115, 160 Gesamtvolumen 26 Gesamtvolumenstrom 26, 53, 87 Geschwindigkeit, gemittelte 98 Geschwindigkeitsansatz 65 - formalkinetischer 244 - Hougen-Watson 243 - hyperbolischer 244 geschwindigkeitsbestimmend 241 geschwindigkeitsbestimmender Teilschritt,

Prinzip 241 Geschwindigkeitsfluktuationen 97, 130 Geschwindigkeitsgradient 97 Geschwindigkeitskonstante 62, 65, 140,

145, 257 - effektive 245, 250, 262, 263 - Einheit 70 Geschwindigkeitsprofil 97, 130 Geschwindigkeitsverteilung 97 Gleichgewicht 58, 240 - chemisches 66 Gleichgewichtsbedingung 40, 241 Gleichgewichtsberechnung 15 Gleichgewichtsisomerisierung 67, 68, 152,

157, 172, 198 Gleichgewichtskonstante 37, 42, 66, 71 - Berechnung 48 - Einheit 40 Gleichgewichtskonzentration 67, 262 Gleichgewichtslage 37, 42, 235 Gleichgewichtspartialdrucke 40, 43 Gleichgewichtsreaktion 66, 185, 217, 224,

231, 235 - endotherme 225 - exotherme 225 Gleichgewichtsumsatz 225 Gleichgewichtszusammensetzung 44 Gleichstrom 57, 61 Grenzschicht 60, 237, 261

Sachverzeichnis 281

Hatta-Zahl 264 Henry-Konstante 261 Henrysches Gesetz 261 heterogen 50 - katalysierte Flüssigphasenreaktion 51 - katalysierte Gas-Flüssig-Reaktion 50 - katalysierte Gasphasenreaktion 51 Heterogene Reaktionssysteme 234 Hinreaktion 66, 235 homogen 50 homogene Reaktionssysteme 50 Homogenreaktion 139, 235 Hordenreaktor 58 Hougen-Watson-Geschwindigkeitsansätze

243

ideale Modelle 139 - Reaktoren 94, 139 - Rührkesselkaskade 112, 139 idealer adiabatischer Rührkessel 231, 233 - nichtisothermer Rührkessel 221, 222,

229idealer Reaktor 194 - Rührkessel 139 ideales Gasgesetz 27, 30 Idealmodell 94 Idealreaktoren 96 Idealverhalten, Abweichungen vom 127 Impulsbilanz 85, 160 Inertkomponente 64 Inertstoff 18 Inkrementenmethoden 38 instationäre Betriebsweise 53, 55 instationärer kontinuierlicher Betrieb 53 instationäres ideales Strömungsrohr 159 Instationarität 53 Integralmethode 145, 166 Integration 195 Irreversibilität 66 irreversible bimolekulare Reaktion 229 - Reaktion n-ter Ordnung 67, 151, 171,

180Isomerisierung 38, 48, 242 isotherme ideale Reaktoren 139 isotherme Reaktionsführung 51, 139 Isothermie 51, 89

Kaskadenmodell 130, 138 Katalysator 17, 50, 58, 235 - Beladung 239 - Funktionalität 235 Katalysatoralterung 236 Katalysatordesaktivierung 236, 239 Katalysatorgeometrie 248 Katalysatorträger 236 Kinetik 15 kinetische Parameter 62, 140 - Bestimmung 15 - Reaktionsgleichung 153 kinetischer Bereich 238 Knudsen-Diffusion 248 Komponente 17, 49 Komponentenindex 18 Komponentenmassen 25 konvektiver Stofftransport 86 Konzentration 26, 87, 88, 145 Konzentrationsabhängigkeit 65 Konzentrationsgradient 132, 248, 250, 261 Konzentrationsprofil 238 Konzentrationsverlauf 145 Korngrößenverteilung 255 Kosten 55, 146 Kühlmedium 57 Kurzschlussströmung 127

Laborreaktor 140 Lageparameter 104 Langmuir-Adsorption 239 Langmuirsche Adsorptionsisotherme 240 Leistungseintrag 56 lineare Algebra 20 - Regression 62, 68, 79, 90, 129, 146,

177 - Unabhängigkeit 19 lineares Gleichungssystem 69 - Modell 69 Linearform 70 Linearisierung 72 Linearkombination 20, 21, 41, 42, 88 Mantelwärmetauscher 56 Markierungssubstanz 100 Massenanteil 26, 80 Massenstrom 26 Massenwirkungsgesetz 37, 40, 43, 67, 157,

173, 243

Sachverzeichnis282

Massstabsvergößerung 15 Mengenbilanz 15, 62, 86, 93, 182, 194,

234, 246, 249, 255 - differentielle Form 144 - integrierte Form 144 Messfehler 68, 91 Michaelis-Menten-Kinetik 71 Michaelis-Menten-Konstante 71 Mischungsverhalten 139, 162 Mittelwert 105, 118 mittlere quadratische Abweichung 105 Modell 14, 68 Modellbedingungen 139 Modelldiskriminierung 69 Modelle, reale Reaktoren 95 - realer Rührkessel 127 - reales Strömungsrohr 130 Modellparameter 68, 72, 244 molare Masse 25 molekulare Diffusion 248 Molzahlveränderung 44, 160 momentane Reaktion 266 monomolekulare Bedeckung 239

Nebenprodukt 33, 68 Nebenreaktion 34 nichtkatalytische Fluid-Feststoff-Reaktionen

253 - Gas-Feststoff-Reaktion 51, 234 Normalbedingungen 30 numerische Differentiation 119 - Integration 118 - Verfahren 45, 48, 159, 187, 195, 222,

232, 234, 244, 248

Oberfläche, äußere 237, 244, 253 - innere 237 Oberflächenerneuerungstheorien 262 Oberflächenreaktion 236, 239, 242 Optimierung 15, 76 Ortskoordinate 160 Parallelreaktion 67, 156, 158, 175, 176, 203 Parameter 69 - Wärmetausch 91, 215 Parameterbestimmung 69 Partialdichte 26 Partialdruck 26, 240 Péclet-Zahl 134

Personal Computer 16, 48, 70 Pfropfenströmung 98, 163 Phase 50, 58, 234 - disperse 58, 253 - kontinuierliche 58, 253 - verteilte 58 - zusammenhängende 58 Phasenänderungen 80, 88 Phasengleichgewicht 261 Phasengrenze 260 Phasengrenzfläche 58, 234, 261, 263, 267 Phasenverhältnisse 49, 56 Pilotanlage 15 Plattengeometrie 251 polytrop 220, 229 polytrope Reaktionsführung 52 polytroper Festbettreaktor 59 Porendiffusion 237, 248, 254, 255 Porenradienverteilung 248 Porenstruktur 248 Porosität 255 Potentialterm 243 Potenzansatz 244 Potenzgesetz 99 Prinzips des geschwindigkeitsbestimmenden

Teilschritts 241 Produkt 17 Produktausbeute 15 Produktdesorption 243 Produktflexibilität 54 Produktion 140 - durch chemische Reaktion 85 Produktionskosten 15, 76 Produktionsterm 87 Produktionsverfahren 16 Produktionszyklus 54, 55, 147 Produktselektivität 235 Produktverteilung 47, 75, 192, 193, 197,

202Pulsfunktion 101

Quellterm 86 Querschnittsfläche 100

Randbedingung 89,133, 249, 264 Reaktand 17 Reaktion, 1. Ordnung 182

Sachverzeichnis 283

- autokatalytische 67, 153, 158, 173, 178, 199, 218

Reaktion, Dreiphasen- 50, 61 - endotherme 37, 40, 58, 223, 225 - enzymatische 71 - exotherme 37, 40, 52, 58, 223, 231,

233 - heterogene 234 - homogen katalysierte 71 - irreversible 65, 225 - irreversible bimolekulare 67, 143, 145,

169, 180, 189, 198 - katalysierte 236 - langsame 265 - mittlerer Geschwindigkeit 265 - n-ter Ordnung 163, 198 - reversible 66 - schnelle 262, 265 Reaktionsbedingungen 17, 47, 145, 194,

234Reaktionsdauer 14, 54, 76, 140, 144, 147,

194, 253 Reaktionsenthalpie 37, 80, 223 Reaktionsfläche 253, 258, 267 Reaktionsfortschritt 28 Reaktionsführung 49, 55, 62, 139 Reaktionsgeschwindigkeit 14, 15, 62, 74,

82, 87, 140, 146, 160, 169 - effektive 245, 250, 262 Reaktionsgleichung 17, 23 - kinetische 153 - stöchiometrische 153 Reaktionsisobare, van´t Hoffsche 40 Reaktionskontrolle 246, 251 Reaktionslaufzahl 28, 31, 42, 62 Reaktionsordnung 62, 66 Reaktionsteilnehmer 17 Reaktionsteilschritt 236, 241 Reaktionsvolumen 52, 140, 141, 147, 162,

171, 179, 186, 197 Reaktionswärme 80 Reaktor 13, 49, 56, 62, 139 - Abstellen 53 - Anfahren 53 - Betriebsweise 15, 17, 49, 56, 89 - diskontinuierlich betrieben 54, 89 - Feedbatch- 55 - halbkontinuierlich betrieben 55, 194 - ideal 94, 139, 194 - isothermer idealer 139

- realer 94, 194 - Semibatch- 55 - stationärer realer 194 Reaktorausgangskonzentration 169 Reaktorauslegung 15 Reaktordurchmesser 147, 163, 180 Reaktoreingangskonzentrationen 168 Reaktorlänge 100 Reaktorleistung 53, 94, 139 Reaktorvergleich 15, 197Reaktorvolumen 52 Rechenprogramme 39, 47 Regression 145, 171, 173 Regressionsgerade 77 Regressionsparameter 72 Reynolds-Zahl 99, 134, 163, 244 Rieselkolonne 61 Rohrbündelreaktor 59 Röstgas 17, 30, 48 Rückreaktion 66, 235 Rückvermischung 130 Rührer 127 Rührerform 56 Rührkessel 56, 140, 147, 166, 167, 171 - begaster 61 - halbkontinuierlich betrieben 185 - ideal durchmischt 95, 96, 139 - idealer adiabatischer 231, 233 - idealer nichtisothermer 221, 222, 229 - kontinuierlich betriebener idealer 197 - realer 127 - stationärer idealer 219 Rührkesselkaskade 57, 123, 181, 182 - ideale 112, 139 Rüstzeit 55

Scale-up 15 Schlankheitsgrad 147 Schlüsselreaktion 20, 21, 23, 31, 41, 45,

183, 190 Schmidt-Zahl 134, 244 Schrittweite 189 Selektivität 33, 34, 165, 202 Semibatch-Reaktor 55 Sherwood-Zahl 244 Simulation 15 Solver 48 spezifische Oberfläche 236, 263 spezifische Wärme 38, 80

Sachverzeichnis284

spezifische Wärme, Änderung 38 Spreizung 105 Sprühdüsen 60 Sprühtürme 60 Sprungfunktion 101 Spurstoff 100 Stabilität 227 Standardbildungsenthalpie 38 Standardbildungsentropie 38 Standardreaktionsenthalpie 38 Standardreaktionsentropie 38 Standardtemperatur, thermodynamische 38 Standort 147 stationärer idealer Rührkessel 219 - realer Reaktor 194 stationäres ideales Strömungsrohr 160, 214 statische Mischer 130 Steigung 69 Stöchiometrie 14, 17, 62 stöchiometrische Beziehung 28, 42, 63, 144 - Bilanzierung 29 - Reaktionsgleichung 153 stöchiometrischer Koeffizient 18, 28, 87 - Vorzeichenfestlegung 18, 28, 40, 63 Stoff- und Wärmetransport 15, 234 Stoffaustausch 59, 61 Stoffaustauschfläche 58 Stoffdaten 16 Stoffmenge 25, 28, 29, 42, 62 - gesamte 25 Stoffmengenänderungen 14, 17, 28, 42, 63 Stoffmengenanteil 26, 30 Stoffmengenbilanz 85, 109, 139, 141, 160,

167, 187, 214, 219 - differentielle 141 Stoffmengenproduktion 94 Stoffmengenstrom 26, 83 - flüssigkeitsseitig 261 - gasseitig 261 Stoffproduktion 63, 83 Stofftransport 58, 237, 244, 248, 260 - konvektiver 86 Stofftransportlimitierung 252 Stoffübergang 260 Stoffübergangskoeffizient 244, 257, 262,

265 - flüssigkeitsseitig 261 - gasseitig 261 Stoffumwandlung 13, 33 Stoßenergie 65

Stoßfaktor 62, 73, 140 Stoßmarkierung 101, 103, 118 Strombrecher 127 Ströme 85 Strömung, laminare 97, 130 - turbulente 58, 97, 130 Strömungsgeschwindigkeit 85, 159 Strömungskern 238, 244, 245 Strömungsrohr 56, 109, 159 - ideales 95, 97, 139,195, 197 - instationäres ideales 159 - stationäres ideales 160, 214 Strömungsverhältnisse 94 Strukturformel 38 Suchverfahren 222 Suspension 61 Systeme, dreiphasige 61 - durchströmte 26 - einphasige 56 - heterogene dreiphasige 50 - heterogene zweiphasige 50 - mehrphasige 58, 139, 234 - zweiphasige 61, 253, 260

Tabellenkalkulationsprogramm 39, 48, 70, 187, 222

Teilchenoberfläche 245 Teilschritt 253 - geschwindigkeitsbestimmender 259 - heterogene Katalyse 237 Temperatur 26, 53, 62, 73, 88 Temperaturabhängigkeit 65 - Geschwindigkeitskonstante 73 - Gleichgewichtskonstante 40 Temperaturführung 49, 51, 56 Temperaturgradient 98, 239, 255 Temperatursensitivität 74 Thermodynamik 37, 62 Thiele-Modul 249, 252 Totvolumen 127, 128 Totzeitverhalten 111 Tracer 100, 107 Transportprozesse 234 Trapez-Verfahren 118, 195 Turbulente Strömung 58, 97, 130

Übergangsbereich 238 Umsatz 139, 235, 253

Sachverzeichnis 285

Umsatzgrad 33, 36, 45, 53, 94, 203, 214, 221, 222, 229, 255

Umsatzgrad-Temperatur-Diagramm 222Umschlag, laminar/turbulent 99 Unbekannte, freie 21 - gebundene 21

Varianz 105, 109, 118 Verbrennungsenthalpie 82 Verdrängungsmarkierung 101, 104, 108,

118, 128, 130 Veresterung 189 Verfahrensbeschreibung 49 Vergiftung 236 Vergleich, ideale Reaktoren 197 - Reaktoren 171 Vermischung 14, 56, 58, 60, 85, 94, 197,

234Versuchsantwort 68 Versuchspunkt 68, 118 Versuchsreaktor 15 Verteilung, Mittelwert 105 Verteilungsfunktion, normiert 104 Verweilzeit 140, 160, 168, 181, 183, 198 - mittlere hydrodynamische 99 Verweilzeitdichtefunktion 102, 114, 118,

133, 137, 194 Verweilzeitsummenfunktion 102, 113, 118,

131Verweilzeitverhalten 94 - ideale Reaktoren 106 Verweilzeitverteilung 100, 195 - dimensionslose 115 Viskosität 101, 245 Volumenelement 85 Volumenstrom 86, 99 Vorwärtsdifferenz 188 Wanderbettreaktor 59 Wärmeabfuhrgerade 222, 228, 229 Wärmeaustausch 14, 51, 56, 80, 84, 88, 93,

96, 98 Wärmeaustauschfläche 84 Wärmeaustauschterm 220 Wärmebilanz 15, 62, 85, 88, 139, 215, 216,

220, 234 Wärmedurchgangskoeffizient 84, 90 Wärmeerzeugungskurve 224, 229, 231 Wärmeinhalt 80, 88 Wärmeleitung 88

Wärmemenge 37, 51 Wärmeproduktion 37, 51, 82, 88, 94, 239,

255Wärmestrom 84, 88, 93 Wärmetausch, Parameter 91, 215 Wärmetauscher 56 Wärmetransport 239 Wärmeübertragungsmedium, 84 Wartung 147 Wirbelschicht 59

Zeitverhalten 49, 52, 139 zentrale Differenz 119 Zerfallsreaktion 68 Zirkulationsströmung 60 Zufallssignal 102 Zulaufstrom 53 Zünd-Lösch-Verhalten 228 Zusammensetzung 25, 49, 53, 62 Zusammensetzungsangaben 26 Zwischenprodukt 75 Zyklusdauer 55