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E-Book

Chemiereaktoren

Grundlagen, Auslegung und Simulation

Autor	Jens Hagen
Verlag	Wiley-VCH
Erscheinungsjahr	2017
Seitenanzahl	464 Seiten
ISBN	9783527806607
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	111,99 EUR

Kenntnisse der Auslegung und Simulation von Chemiereaktoren sind die Voraussetzung für den optimalen technischen und wirtschaftlichen Betrieb von chemischen Prozessen. In der neuen Auflage von 'Chemiereaktoren' gibt Jens Hagen einen bewährten und verständlichen Einstieg in das komplexe Thema und vermittelt die Grundlagen der Reaktionstechnik. Alle erforderlichen Auslegungsgleichungen auf Basis der Stoff-, Wärme- und Impulsbilanz unter Berücksichtigung von Stöchiometrie und Kinetik der Reaktionen werden abgeleitet und erläutert. Jedes Kapitel enthält vollständig durchgerechnete Beispiele und Übungsaufgaben mit kommentierten Lösungen. Um einen Einstieg in die Modellierung und Simulation von Chemiereaktoren zu geben, nutzt Jens Hagen das Softwarepaket POLYMATH, das das Finden von numerischen Problemlösungen leicht nachvollziehbar und mit geringem Aufwand erlaubt. Zielgerichtet wird die Modellierung von Problemstellungen geübt und es werden verständliche Lösungswege aufgezeigt, um Probleme aus der Praxis zu lösen. In der zweiten Auflage wurde das Buch um die Lösung von Differenzialgleichungen zweiter Ordnung und von partiellen Differenzialgleichungen erweitert, um komplexere Fragestellungen des Stoff- und Wärmeaustauschs lösen zu können. Zusätzlich wurden viele neue Beispiele und Simulationen aufgenommen, die reale Probleme in der Reaktionstechnik widerspiegeln und eine Übertragung der Beispiele in die Praxis erleichtern.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Cover	1
Titelseite	5
Impressum	6
Inhaltsverzeichnis	7
Vorwort zur 2. Auflage	11
Vorwort zur 1. Auflage	13
Formelzeichen und Abkürzungen	15
1 Einführung	21
1.1 Die Aufgaben der Chemischen Reaktionstechnik	21
1.2 Wirtschaftliche Prozessführung	24
1.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	26
2 Chemiereaktoren im Überblick	27
2.1 Betriebsweise und Grundtypen von Chemiereaktoren	27
2.2 Beurteilungsgrößen für Chemiereaktoren	31
2.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	37
Lösungen zu den Übungsaufgaben	37
3 Physikalisch-chemische Aspekte der Reaktionstechnik	39
3.1 Umsatz und Stöchiometrie	39
3.2 Das chemische Gleichgewicht	43
3.3 Reaktionskinetische Gleichungen	44
3.4 Aufstellen der Stoffbilanz	48
3.5 Aufstellen der Wärmebilanz	50
3.6 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	51
Lösungen zu den Übungsaufgaben	52
4 Grundlagen der Reaktormodellierung und -simulation	53
4.1 Mathematische Modelle	53
4.2 Simulation	56
4.3 Numerische Differenziation	57
4.4 Lösung von partiellen Differenzialgleichungen	59
4.5 Lösung von Differenzialgleichungen 2. Ordnung	59
4.6 Lösung eines Systems von nichtlinearen Gleichungen	63
4.7 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	68
Lösungen zu den Übungsaufgaben	69
5 Ideale, isotherm betriebene Reaktoren	73
5.1 Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel	73
5.2 Der kontinuierlich betriebene Rührkessel	88
5.2.1 Das Anfahrverhalten eines kontinuierlich betriebenen Rührkessels	89
5.3 Das Strömungsrohr	98
5.4 Reaktoren mit Kreislaufführung	109
5.4.1 Der Kreislauf- oder Schlaufenreaktor	109
5.4.2 Reaktor mit Trennstufe und Rückführung	116
5.5 Halbkontinuierlich betriebene Reaktoren	121
5.6 Reaktorkombinationen	129
5.6.1 Die Rührkesselkaskade	130
5.6.2 Reihenschaltung von Rührkessel und Strömungsrohr	139
5.6.3 Reihen- und Parallelschaltung von Strömungsrohren	141
5.7 Leistungsvergleich der Idealreaktoren	142
5.8 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	150
Lösungen zu den Übungsaufgaben	151
6 Messung und Auswertung kinetischer Daten für den Reaktorbetrieb	165
6.1 Rückvermischungseffekt bei einfachen Reaktionen	165
6.2 Reaktordesign für komplexe Reaktionen	173
6.2.1 Parallelreaktionen	174
6.2.2 Folgereaktionen	176
6.2.3 Komplexe Serienreaktionen	179
6.2.4 Vergleichende Betrachtung von komplexen Reaktionen	181
6.3 Laborreaktoren für kinetische Untersuchungen	189
6.4 Analyse kinetischer Daten mittels Regression	202
6.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	213
Lösungen zu den Übungsaufgaben	214
7 Nichtideale Reaktoren und Reaktormodelle	221
7.1 Verweilzeitspektrum	221
7.2 Verweilzeitsummenfunktion und mittlere Verweilzeit	224
7.3 Experimentelle Ermittlung der Verweilzeitkurven	227
7.4 Verweilzeitverteilung und Umsatz in Realreaktoren	229
7.5 Modellbetrachtungen	235
7.5.1 Diffusions- und Kaskadenmodell	236
7.5.2 Zwei-Parameter-Modell: Rührreaktor mit Totzone und Kurzschlussströmung	246
7.5.3 Rührreaktor mit Kurzschlussströmung und schlecht durchmischter Zone	250
7.6 Einfluss der Vermischung auf den Umsatz	254
7.6.1 Segregation	254
7.6.2 Zeitpunkt der Vermischung	259
7.7 Der laminar durchströmte Rohrreaktor	261
7.8 Isothermes Strömungsrohr mit axialer Dispersion	264
7.9 Simulation von Realreaktoren	268
7.10 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	273
Lösungen zu den Übungsaufgaben	274
8 Reaktorauslegung unter Berücksichtigung des Wärmetransports	277
8.1 Lenkung des Temperaturverlaufs in Reaktoren	277
8.2 Wärmeumsatz in Reaktoren	279
8.3 Wärmetechnische Auslegung von Chemiereaktoren	282
8.3.1 Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel	283
8.3.2 Das ideale Strömungsrohr	294
8.3.3 Der kontinuierlich betriebene Rührkessel	303
8.4 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	314
Lösungen zu den Übungsaufgaben	315
9 Der Einfluss des Stoffübergangs auf den Reaktorbetrieb	321
9.1 Fluid-Fluid-Reaktionen	321
9.2 Heterogen katalysierte Reaktionen	327
9.2.1 Filmdiffusion und chemische Reaktion	329
9.2.2 Porendiffusion und katalytische Reaktion	331
9.2.3 Stoff- und Wärmeübergang in porösen Katalysatoren	336
9.2.4 Berechnung von Katalysereaktoren	350
9.2.5 Katalysatordesaktivierung	361
9.3 Druckverlust in Festbettreaktoren	366
9.4 Reaktionen zwischen Gas, Flüssigkeit und Feststoff	372
9.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	380
Lösungen zu den Übungsaufgaben	382
10 Technische Reaktionsführung	389
10.1 Auswahlkriterien für Chemiereaktoren	389
10.2 Reaktoren für homogene Reaktionen	392
10.3 Reaktoren für heterogene Reaktionen	394
10.3.1 Fluid-Fluid-Reaktionen	394
10.3.2 Fluid-Feststoff-Reaktionen	399
10.3.3 Dreiphasenreaktionen	406
10.3.4 Spezielle Reaktoren	412
10.4 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	421
Lösungen zu den Übungsaufgaben	422
11 Scale-up von Chemiereaktoren	425
11.1 Problematik der Maßstabsübertragung	425
11.1.1 Selektivitätseinflüsse	428
11.2 Stofftransport bei Mehrphasenprozessen	432
11.3 Vermischung in Reaktoren	434
11.4 Simulation eines Scale-up-Prozesses	439
11.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende160` Literatur	445
Anhang A Kurzanleitung für Polymath	447
Stichwortverzeichnis	451
EULA	460

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