ISBN 9783843954259

978-3-8439-5425-9, Reihe Verfahrenstechnik

Sebastian Trunk
Numerische Charakterisierung der in operando justierbaren Strömungs- und Stoffransporteigenschaften von interpenetrierenden Katalysatorträgerstrukturen

287 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2023), Hardcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

In der chemischen Industrie werden in vielen Prozessen Rohrreaktoren mit einer zufällig gepackten Schüttung aus Katalysatorpartikeln eingesetzt. Mit diesem Reaktorsystem geht jedoch ein vergleichsweise hoher Druckverlust, eine ungleichmäßige Strömungsverteilung sowie eine anspruchsvolle Temperaturführung einher.

Eine vielversprechende Alternative zur Überwindung dieser Nachteile bietet der Einsatz maßgeschneiderter Katalysatorträgerstrukturen. Im Bereich der heterogenen Katalyse haben dies in den letzten Jahren insbesondere additiv gefertigte periodisch offenzellige Strukturen (engl.: Periodic Open Cellular Structures, oder kurz POCS) mit ihrem geringen Druckverlust bei gleichzeitig hervorragenden Wärmetransporteigenschaften eindrucksvoll unter Beweis gestellt.

Durch das Einsetzen einer diamantbasierten POCS in die Kavitäten einer zweiten Diamant-POCS lässt sich eine revolutionäre Weiterentwicklung der gewöhnlichen POCS konstruieren, die eine in operando Variation der Strukturmorphologie erlaubt. Diese sogenannte interpenetrierende POCS (kurz: interPOCS) stellt mit ihrer dynamisch verschiebbaren interPOCS-Teilstruktur ein vollkommen neuen Typ funktioneller Katalysatorträgerstrukturen dar. Aus reaktionstechnischer Sicht eröffnet die Funktionalität zur gezielten Variation der Strukturmorphologie gleichzeitig vielfältige und vielversprechende Möglichkeiten zur Prozessintensivierung.

Um das volle Potential dieser neuartigen Katalysatorträgerstrukturen vollends einschätzen zu können, ist ein fundiertes Verständnis des Einflusses der beweglichen Teilstruktur auf die globalen und lokalen Strömungs- und Stofftransportvorgänge in der interPOCS erforderlich. Dieses Verständnis wird im Rahmen dieser Arbeit mithilfe von ortsaufgelösten numerischen Strömungs- und Stofftransportsimulationen aufgebaut.