Dynamisches Verhalten von Festbettreaktoren

Zunächst werden verschiedene Formen mathematischer Modelle für Festbettreaktoren diskutiert, wobei das Zweiphasenmodell etwas eingehender betrachtet wird. Nach einer kurzen Besprechung numerischer Lösungsmethoden für diese Modelle folgt auf der Grundlage des Zweiphasenmodells eine Analyse des dynamischen Verhaltens dieses Reaktortyps. Es wird eingegangen auf die Existenz mehrfacher stationärer Zustände, auf wandernde Brennzonen, auf Zünd/Lösch‐Vorgänge und auf das Übergangsverhalten bei Störung verschiedener Eingangsgrößen des Reaktors. Besonders eingehend wird auch der Einfluß der Katalysator‐Alterung auf das Reaktorverhalten behandelt. Dabei wird gezeigt, daß eine sehr rasch verlaufende Desaktivierung des Katalysators bei exothermen Reaktionen zu erheblichen Übertemperaturen im Reaktor führen kann. Diesbezügliche Ergebnisse experimenteller Untersuchungen werden mit Simulationsergebnissen verglichen, die mit Hilfe des Zweiphasenmodells erhalten wurden. Ein anderes, besonders interessantes Phänomen des dynamischen Verhaltens von Festbettreaktoren sind Relaxationsschwingungen, die bei bestimmten Typen endothermer Reaktionen auftreten können. Diese Schwingungsform wird eingehend diskutiert. Für einen Differentialreaktor kann gezeigt werden, daß Relaxationsschwingungen als Folge des Zusammenspiels zwischen chemischer Reaktion einerseits und dem Wärme‐ und Stofftransport zwischen beiden Phasen andererseits auftreten können. Die „Wärmeverbrauchskurve” der endothermen Umsetzung muß dann eine mehrdeutige Schaltkennlinie darstellen, die von der Wärmezuführungsgeraden nur in ihrem instabilen Ast geschnitten wird. Die Stabilitätsbetrachtungen lassen sich dann leicht auf einen Festbettreaktor endlicher Länge ausdehnen, für den ein einfaches Stabilitätskriterium angegeben wird.