Reaktionsapparate

Reaktions|apparate,

 

chemische Reaktoren, Apparate, in denen chemische Reaktionen zum Zweck der Gewinnung von Produkten (im Unterschied zu Öfen, Motoren u. a.) durchgeführt werden. Reaktionsapparate können im kontinuierlichen Betrieb oder im diskontinuierlichen Betrieb eingesetzt werden. Zur leichteren Berechnung unterteilt man Reaktionsapparate in strömungs- und wärmetechnischen Idealtypen. Im diskontinuierlichen Rührkessel wird das Reaktionsmedium ideal durchmischt. Während der Reaktion werden Stoffe weder zu- noch abgeführt. Die Konzentration der Reaktionspartner im Reaktionsapparat nimmt mit fortlaufender Reaktion ab, alle Moleküle haben die gleiche Verweilzeit. Der kontinuierliche Rührkessel durchmischt ebenfalls ideal. Die Reaktionspartner werden aber stetig zu-, die Reaktionsprodukte stetig abgeführt. Die Konzentration der Reaktionspartner ist sehr niedrig und zeitlich konstant. Die zugeführten Moleküle haben, je nachdem, wie schnell sie zum Austritt des Reaktionsapparats gelangen, eine unterschiedliche Verweilzeit. Durch das ideale Strömungsrohr strömt das Reaktionsmedium ohne Rückvermischung hindurch. Die Konzentration der Reaktionspartner ist an jeder Stelle des Rohres zeitlich konstant, nimmt aber auf dem Weg durch das Rohr ab. Die Verweilzeit ist für alle Moleküle gleich. Eine Rührkesselkaskade besteht aus mehreren hintereinander angeordneten kontinuierlichen Rührkesseln. Sie steht in ihrem Verhalten (Verweilzeit, Konzentration) zwischen kontinuierlichem Rührkessel und Strömungsrohr. Technische Reaktionsapparate weichen in ihrem Verhalten mehr oder weniger stark von den Idealtypen ab. Ihr Aufbau richtet sich nach den an der Reaktion beteiligten Phasen und den auftretenden Wärmeeffekten. Für endotherme Gasphasenreaktionen verwendet man u. a. Röhrenöfen, für Reaktionen flüssiger Phasen Rührkessel oder Rohrreaktoren, für Gas-Flüssigkeits-Reaktionen Rührkessel (z. B. Fermenter), Blasensäulen, Dünnschichtreaktoren oder Strahlwäscher, für Reaktionen, an denen Feststoffe (Reaktionspartner oder Katalysatoren) beteiligt sind, Festbettreaktoren (Festbett), Wirbelschichtreaktoren (Wirbelschicht), Etagenöfen oder Drehrohröfen. Unter wärmetechnischen Gesichtspunkten wird zwischen adiabatischen (Wärmeaustausch durch die Apparatewand ist vernachlässigbar), isothermen (infolge idealer Kühlung oder Heizung ist die Temperatur im Reaktionsapparat überall gleich) und polytropen (Reaktionswärme kann durch Kühl- oder Heizmittel nur unvollständig ab- oder zugeführt werden) Reaktionsapparaten unterschieden.