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E-Book

Chemiereaktoren

Grundlagen, Auslegung und Simulation

Autor	Jens Hagen
Verlag	Wiley-VCH
Erscheinungsjahr	2017
Seitenanzahl	464 Seiten
ISBN	9783527806621
Format	ePUB
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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Leseprobe

Formelzeichen und Abkürzungen

A	Fläche; Phasengrenzfläche (m2)

a	spezifische Phasengrenzfläche (m–1)

a	Aktivität eines Katalysators

Ausbeute

Ar	Archimedes-Zahl

Bo	Bodenstein-Zahl

ci	Konzentration der Komponente i (kmol/m3)

Konzentration der Komponente i an der Grenzschicht (kmol/m3)

ckat	Katalysatorbeladung, Gl. (9.103) (kg/m3)

cP	spezifische Wärmekapazität (J kg–1 K–1)

D	Diffusionskoeffizient (m2/s)

DAB	binärer Diffusionskoeffizient (m2/s)

Dax	axialer (effektiver) Mischkoeffizient (m2/s)

DaI	erste Damköhler-Zahl

DaII	zweite Damköhler-Zahl

DaIII

dritte Damköhler-Zahl

dP	Partikeldurchmesser (m)

DGL	Differenzialgleichung(en)

E	Verstärkungsfaktor, Gl. (9.10)

EA	Aktivierungsenergie (J/mol)

E(t)	Verweilzeitspektrum (s–1)

err

Fehler

F(t)	Verweilzeitsummenfunktion (Übergangsfunktion)

Fo	Fourier-Zahl

f1	Anteil des Kurzschlussstroms (Bypass) bei einem realen Rührkessel

f2	Anteil der schlecht durchmischten Zone am Gesamtvolumen des realen Rührkessels

fL	Volumenverhältnis VL∕V

G	Gewinn/Verlust (€/a)

G	Massestromdichte ṁ∕A (g s–1 m–2)

G	Gas (auch als Index)

HA	Henry-Konstante des Gases A (bar m3 mol)

H′	modifizierte Henry-Konstante, Gl. (9.101) (mol bar–1m–3)

Ha	Hatta-Zahl

ΔHR	molare Reaktionsenthalpie (J/mol)

JA	Diffusionsstromdichte der Komponente A (mol m–2 s–1)

Ka	thermodynamische (wahre) Gleichgewichtskonstante

Kc	Gleichgewichtskonstante, bezogen auf Konzentrationen

Kges	Gesamtkosten, Gl. (5.58) (€/h)

KL	Leistungskennzahl eines Reaktors

Kp	Gleichgewichtskonstante, bezogen auf Partialdrücke

KRK	kontinuierlich betriebener Rührkessel (auch als Index)

k	Reaktionsgeschwindigkeitskonstante ((m3 mol−1)m−1 s−1)

k0	Frequenzfaktor ((m3 mol−1)m−1 s−1)

kA	Stoffübergangskoeffizient der Komponente A (m/s)

kD	Katalysatordesaktivierungskonstante (h–1)

kG	Stoffübergangszahl (m/s)

kLa	volumetrischer Stoffübergangskoeffizient (s–1)

kW	Wärmedurchgangskoeffizient (W m–2 K–1)

L	Länge des Reaktors (m)

L	Flüssigkeit (auch als Index)

LP	Produktionsleistung (kmol/s)

M	molekulare Masse (g/mol)

M	Messgröße, Gl. (7.22)

M	stöchiometrischer Überschuss

MSR	mikrostrukturierte Reaktoren

m	Masse (kg)

ṁ	Massenstrom (kg/s)

m	Ordnung der Reaktion

m	Steigung einer Geraden (tan α)

mi	partielle Reaktionsordnung bezüglich der Komponente i

N	Kesselzahl einer Rührkesselkaskade

Ne	Newton-Zahl

n	Stoffmenge (mol)

ṅ	Stoffmengenstrom (kmol/s)

P	Gesamtdruck (bar)

P	Leistungsbedarf eines Rührers (W)

P	Produktkonzentration (kmol/m3)

ΔP	Druckverlust (bar)

pi	Partialdruck der Komponente i (bar)

Pe	Péclet-Zahl

Q	Wärmemenge (J)

Wärmestrom (J/s, W)

A	abgeführter Wärmestrom (J/s, W)

E	erzeugter Wärmestrom (J/s, W)

W	Wärmedurchgang (W)

R	allgemeine Gaskonstante (J mol–1 K–1)

R	Kreislaufverhältnis, Gl. (5.44)

R2	Korrelationskoeffizient

RA	Widerstand gegen die Gasabsorption, Gl. (9.113) (s)

RR	Widerstand gegen Diffusion und Reaktion, Gl. (9.113) (g s m–3)

RS	Widerstand gegen den Transport zum Katalysatorpellet, Gl. (9.113) (g s m–3)

RSR	Gesamtwiderstand, Gl. (9.114) (g s m–3)

Rmsd	mittlere Quadratsummenabweichung (root mean square deviation)

RZA	Raumzeitausbeute, Gl. (2.12) (kg m–3 s–1)

Re	Reynolds-Zahl

r	Reaktionsgeschwindigkeit (Äquivalentreaktionsgeschwindigkeit) (kmol m–3 s–1)

r′A	modifizierte, auf die Katalysatormasse bezogene Reaktionsgeschwindigkeit, Gl. (6.40)

rd	Desaktivierungsgeschwindigkeit eines Katalysators

ri	stoffbezogene Reaktionsgeschwindigkeit eines Reaktanden i (kmol m–3 s–1)

S	Feststoff (auch als Index)

S	Substratkonzentration (kmol/m3)

SP	Selektivität

SV	spezifische Oberfläche eines Feststoffpartikels, Gl. (10.4) (m2/m3)

sP	differenzielle Selektivität

Sc	Schmidt-Zahl

Sh	Sherwood-Zahl

SR	Strömungsrohr (auch als Index)

T	Temperatur (K)

ΔTad	adiabate Temperaturdifferenz (K)

TW	mittlere Temperatur des Wärmeträgers (K)

mittlere Verweilzeit (s)

tm	Reaktionszeit im Mischreaktor, Gl. (6.8) (s)

tm	Mischzeit in einem Rührreaktor (s)

tR	Reaktionszeit (s, h)

ts	Zeit zum Erreichen des stationären Zustands, Gl. (5.37) (s)

tV	Rüstzeiten (Vor- und Nachbereitungszeiten)...

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