4 Reaktionstechnik (S. 147-148)

4.1 Begriffe

Die chemische Reaktionstechnik befasst sich mit der sicheren und umweltverträglichen Umsetzung einer chemischen Reaktion aus dem Labor in den technischen Maßstab. Im Zentrum steht die Auslegung eines chemischen Reaktors im Hinblick auf seine Form, Größe und Betriebsweise bei gegebener Reaktion und verlangter Produktionsleistung. Voraussetzungen dafür sind fundierte und detaillierte Kenntnisse über die Stöchiometrie, Reaktionskinetik und Thermodynamik aller möglichen Reaktionen inklusive der Bildung von Nebenprodukten.

Homogene und heterogene Reaktionen

Ein Reaktionsgemisch, d.h. das Gemisch, in dem die Reaktion stattfindet, besteht üblicherweise aus Rohstoffen, Hilfsmitteln und Begleitstoffen (Reaktanden, Lösungsmittel, Katalysatoren, Produkten, Nebenprodukten, Verunreinigungen, Verdünnungsmittel, Inertstoffe etc.). Das Reaktionsgemisch kann entweder homogen (einphasig) oder heterogen (mehrphasig) sein. Entsprechend unterscheidet man homogene und heterogene Reaktionen. Eine homogene Reaktion läuft in einer einzigen Phase ab, die alle für die Reaktion notwendigen Komponenten enthält. Die Phase kann gasförmig oder flüssig sein. Bei einer homogenen Reaktion in flüssiger Phase müssen alle Komponenten in einander löslich sein. Bei einer heterogenen Reaktion besteht das Reaktionsgemisch aus mindestens zwei verschiedenen Phasen, z.B. gasförmig-flüssig, gasförmig-fest, flüssig-flüssig oder flüssig-fest. Die Phasen sind hier miteinander auf molekularer Ebene nicht mischbar. Die Reaktion beruht auf dem Stoffaustausch mindestens einer Komponente über die Phasengrenze hinweg.

Strömungsführung

Die Strömungsführung zweier nicht mischbarer stofflicher Phasen in einem Reaktor kann gleichsinnig, gegensinnig, kreuzweise oder stationär durchdringend sein. Bei Gleichstrom treten beide Stoffströme auf der gleichen Seite in den Reaktor ein, verlaufen innerhalb des Reaktors parallel und treten beide auf der anderen Seite des Reaktors wieder aus. Bei Gegenstrom tritt ein Stoffstrom am Austrittsort des anderen in den Reaktor ein, und umgekehrt. Innerhalb des Apparates verlaufen die Stoffströme antiparallel. Bei Kreuzstrom verlaufen die Stoffströme innerhalb des Apparates im rechten Winkel zu einander. Bei Teilstrom ist der eine Stoffstrom ortsfest, während der zweite durch ihn hindurch fließt. Die verschiedenen Arten der Strömungsführung sind in der Abb. 4.1 schematisch dargestellt.