Ein neues Gegenstrom-Reaktorkonzept für endotherme Hochtemperaturreaktionen:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2003
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 3, Verfahrenstechnik ; 792 |
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V
INHALTSVERZEICHNIS
FORMELZEICHEN
UND
ABKUERZUNGEN
XI
ZUSAMMENFASSUNG
XV
ABSTRACT
XVIII
1
EINLEITUNG
1
1.1
GRUNDLAGEN
.
4
1.1.1
BEISPIELSYSTEM:
DAMPFREFONNIERUNG
VON
METHAN
.
4
1.1.2
HERKOEMMLICHES
KONZEPT
DER
DAMPFREFONNIERUNG
.
4
1.1.3
NEUE
KONZEPTE
DER
DAMPFREFORMIERUNG
.
6
1.1.4
AUTOTHERME
REAKTOREN
.
8
1.2
DER
GEGENSTROMREAKTOR
.
10
1.3
DER
MONOLITHISCHE
GEGENSTROMREAKTOR
.
11
1.4
ZIELSETZUNG
UND
INHALT
DER
ARBEIT
.
12
2
REAKTORMODELLE
14
2.1
DETAILLIERTES
SIMULATIONSMODELL
.
15
2.2
MODELLVEREINFACHUNGEN
.
16
2.2.1
EINFUEHRUNG
DIMENSIONSLOSER
KENNZAHLEN
UND
ELIMINATION
VEMACH
LAESSIGBARER
TERME
.
17
2.2.2
QUASIHOMOGENES
REAKTORMODELL
.
18
VI
INHALTSVERZEICHNIS
3
GEGENSTROMWAERMETAEUSCHER
UND
DIE
GUETE
DER
WAERMEUEBERTRAGUNG
20
3.1
WIRKUNGSGRAD
DER
WAERMEUEBERTRAGUNG
.
22
3.2
PARAMETEREINFLUESSE
AUF
DEN
GEGENSTROMWAERMETAUSCH
.
25
3.2.1
DER
ALLGEMEINE
FALL
.
25
3.2.2
SONDERFAELLE
.
31
3.2.2.1
DOMINIERENDE
WAERMELEITUNG
IM
FESTSTOFF
.
31
3.2.2.2
VEMACHLAESSIGBARE
WAERMELEITUNG
IM
FESTSTOFF
.
34
3.2.3
FORMALE
BETRACHTUNG
ZUR
ASYMMETRIE
.
38
3.2.3.1
EINFLUSS
DER
ASYMMETRIE
IN
DEN
WAERMEKAPAZITAETSSTROEMEN
38
3.2.3.2
EINFLUSS
DER
ASYMMETRIE
IM
WAERMETRANSPORT
.
38
3.2.4
SYMMETRISCH
BETRIEBENER
WAERMETAUSCHER
BEI
NICHT
VEMACHLAESSIGBA
RER
WAERMELEITUNG
IM
FESTSTOFF
.
39
3.2.5
ZUSAMMENSTELLUNG
DER
ERGEBNISSE
DER
SPEZIALFAELLE
.
42
3.3
ZUSAMMENFASSUNG
ZUM
WAERMETAUSCH
.
42
4
GEGENSTROMERHITZUNG
EINES
INERTGASES
43
4.1
EINFLUSS
DES
BRENNGASSTROMES
.
44
4.2
DEUTUNG
MIT
VEREINFACHTEN
MODELLEN
.
47
4.2.1
EINFLUSS
DER
LAGE
DER
REAKTIONSZONE
.
47
4.2.2
EINFLUSS
DER
LAENGE
DER
REAKTIONSZONE
.
52
4.2.3
EINFLUSS
DES
BRENNGASSTROMES
.
55
4.2.4
ZWISCHENERGEBNIS:
VERGLEICH
MIT
DEN
DETAILLIERTEN
SIMULATIONSRECH
NUNGEN
.
58
4.2.5
EINFLUSS
DER
EFFEKTIVEN
WAERMEDISPERSION
.
59
4.2.5.1
EINFLUSS
DER
WAERMELEITFAEHIGKEIT
DES
MONOLITHMATERIALS
.
59
4.2.5.2
EINFLUSSDERBEIDSEITIGEINTRETENDENSTROEME
.
60
4.2.5.3
UEBERTRAGUNG
AUF
DEN
ASYMMETRISCHEN
FALL
.
63
INHALTSVERZEICHNIS
VN
4.2.6
SCHLUSSFOLGERUNG
.
63
4.3
EINFLUSS
DER
TRANSPORTPARAMETER
.
64
4.3.1
EINFLUSS
DES
STOFFTRANSPORTS
UNTER
AUSSCHLUSS
VON
HOMOGENREAKTION
64
4.3.2
EINFLUSS
DER
HOMOGENREAKTION
.
65
4.3.3
EINFLUSS
DES
WAERMETRANSPORTS
.
67
4.4
DER
EINFLUSS
AXIALER
STRUKTURIERUNG
MIT
KATALYTISCHEN
UND
INERTEN
ZONEN
.
.
68
4.4.1
VERNACHLAESSIGUNG
VON
HOMOGENER
VERBRENNUNG
.
68
4.4.2
DER
EINFLUSS
VON
HOMOGENER
VERBRENNUNG
.
69
4.5
EINFLUSS
DER
BRENNGASKONZENTRATION
.
71
4.6
ZUSAMMENWIRKEN
VON
HOMOGENEN
UND
KATALYTISCHEN
REAKTIONEN
.
75
4.7
ZUSAMMENFASSUNG
.
77
5
DAMPFREFORMIERUNG
VON
METHAN
78
5.1
RANDBEDINGUNGEN
FUER
DIE
PROZESSFIIHRUNG
.
78
5.2
ANALYSE
DES
REAKTORVERHALTENS
.
80
5.2.1
ABHAENGIGKEIT
DES
REAKTORVERHALTENS
VOM
BRENNGASEINTRAG
.
80
5.2.2
OPTIMIERUNG
DURCH
AXIALE
STRUKTURIERUNG
DES
REAKTORS
MIT
KATALYTI
SCHEN
UND
INERTEN
ZONEN
.
84
5.3
DAS
PROBLEM
DER
HOHEN
MAXIMALTEMPERATUR
.
86
5.4
ZUSAMMENFASSUNG
.
90
6
EXPERIMENTELLE
VALIDIERUNG
DES
GEGENSTROMKONZEPTS
91
6.1
VERSUCHSANLAGE
.
91
6.1.1
MONOLITHISCHER
GEGENSTROMREAKTOR
.
92
6.1.2
ANSTROEMUNG
UEBER
SPEZIELLE
REAKTORKOEPFE
.
93
6.1.3
MASSHALTIGKEIT
DER
MONOLITHE
.
96
6.2
VERSUCHSERGEBNISSE
.
97
VIN
INHAASVERZELCHNIS
6.3
BEWERTUNG
DER
VERSUCHSEIGEBNISSE
NACH
KONSTRUKTIVEN
GESICHTSPUNKTEN
.
.
99
6.4
ZUSAMMENFASSUNG
DER
ERGEBNISSE
.
100
7
OPTIMIERUNG
DES
KONZEPTS
UND
ABLEITUNG
VON
DESIGNOPTIONEN
102
7.1
NACHBILDUNG
DES
ERMITTELTEN
REAKTORVERHALTENS
.
106
7.2
UEBERLAPPUNG
DER
REAKTIONSZONEN
.
108
7.2.1
EINFUEHRUNG
EINER
VORREAKTIONSZONE
FUER
DIE
EXOTHERME
REAKTION
.
.
.
110
7.2.2
ANPASSUNG
DER
VORREAKTIONSZONE
FUER
DIE
EXOTHERME
REAKTION
.
111
7.2.3
BERECHNUNGSSEQUENZ
ZUR
ABSCHAETZUNG
DES
REAKTORVERHALTENS
.
113
7.3
ANPASSUNGDESWAERMETRANSPORTS
.
115
7.4
WANDREAKTOR
.
116
7.4.1
BEGRUENDUNG
FUER
DAS
BESSERE
ABSCHNEIDEN
DES
WANDREAKTORS
.
117
7.5
TECHNISCHE
REALISIERUNG
.
121
7.5.1
ABSTIMMUNG
DER
REAKTIONSKINETIK
.
122
7.5.1.1
ANPASSUNG
DER
REFORMIERREAKTION
.
122
7.5.1.2
VERWENDUNG
ALTERNATIVER
BRENNSTOFFE
.
123
7.5.2
SIMULATIONSRECHNUNGEN
.
124
7.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
126
8
KONSTRUKTIVE
REALISIERUNG
DES
REAKTORKONZEPTS
MIT
LOKALER
NACHDOSIERUNG
127
8.1
GEGENSTROMREAKTOR
ALS
PARALLELPLATTENAPPARAT
AUS
METALL
.
127
8.2
ORIENTIERENDE
EXPERIMENTE
IM
GEFALTETEN
REAKTOR
.
131
8.3
ZUSAMMENFASSUNG
.
137
9
AUSBLICK
138
9.1
REALISIERUNG
ZUSAETZLICHER
REAKTIONSSTUFEN
IM
GEGENSTROMREAKTOR
.
138
9.2
GEGENSTROMREAKTOR
FUER
INDUSTRIELLE
ANLAGEN
.
139
INHALTSVERZEICHNIS
IX
9.3
SCHEMA
EINER
REFORMIERUNGSANLAGE
MIT
GEGENSTROMREAKTOR
.
141
9.4
REAKTORMODIFIKATIONEN
.
145
9.5
OFFENE
FRAGESTELLUNGEN
.
145
A
HERLEITUNG
DER
BILANZGLEICHUNGEN
147
A.1
MASSENBILANZEN
.
147
A.1.1
MASSENBILANZEN
IN
DER
GASPHASE
.
147
A.1.2
MASSENBILANZEN
FUER
DIE
FESTSTOFFOBERFLAECHE
.
148
A.2
ENERGIEBILANZEN
.
149
A.2.1
ENERGIEBILANZ
DER
GASPHASE
.
149
A.2.2
ENERGIEBILANZ
DER
FESTSTOFFPHASE
.
151
A.2.3
STRAHLUNGSAUSTAUSCH
ZWISCHEN
DEN
WAENDEN
DES
MONOLITHS
.
154
A.3
RANDBEDINGUNGEN
.
155
A.3.1
MASSENBILANZ
DER
GASPHASE
.
155
A.3.2
ENERGIEBILANZ
DER
GASPHASE
.
156
A.3.3
ENERGIEBILANZ
DER
KATALYSATORPHASE
.
157
A.4
ERGAENZENDE
BETRACHTUNGEN
ZU
WANDMASSENBILANZ
UND
STOFFUEBERGANGSANSATZ
157
B
BERECHNUNG
DER
SPEZIFISCHEN
GEOMETRISCHEN
GROESSEN
161
C
STOFFWERTE,
WAERME- UND
STOFFIIBERGANG
UND
KINETIKEN
163
C.L
STOFFWERTE
DES
GASES
.
163
C.2
WAERME-UND
STOFFUEBERGANGSPARAMETER
.
165
C.3
STOFFWERTE
DES
MONOLITHMATERIALS
.
166
C.4
DATEN
FUER
DIE
BETEILIGTEN
REAKTIONEN
.
167
C.4.1
REAKTIONSGESCHWINDIGKEITSANSAETZE
.
167
C.4.
1.1
KINETIK
DER
KATALYTISCHEN
DAMPFREFORMIERUNG
.
168
X
INHALTSVERZEICHNIS
C.4.1.2
METHAN-OXIDATION
.
169
C.4.1.2.1
KATALYTISCHE
REAKTION
.
169
C.4.
1.2.2
HOMOGENE
REAKTION
.
171
C.4.2
REAKTIONSENTHALPIEN
UND
GLEICHGEWICHT
.
173
D
ABLEITUNG
DER
QUASIHOMOGENEN
ENERGIEBILANZ
174
E
BETRACHTUNGEN
ZUM
GEGENSTROMWAERMETAUSCH
177
E.L
ABLEITUNG
UND
LOESUNG
DER
BERECHNUNGSGLEICHUNG
.
177
E.2
DIE
DIFFERENTIALGLEICHUNG
FUER
SONDERFAELLE
.
179
E.2.1
VERNACHLAESSIGUNG
VON
WAERMELEITUNG
IM
FESTSTOFF
.
179
E.2.2
SYMMETRISCHE
BETRIEBSFAELLE
.
180
E.3
VEREINFACHTE
BERECHNUNG
DES
ALLGEMEINEN
WAERMETAUSCHERS
.
180
F
ERGAENZENDE
BEMERKUNGEN
ZUR
NUMERIK
185
F.L
DAS
INTEGRATIONSVERFAHREN
.
185
F.1.1
PROGRAMMTECHNISCHE
IMPLEMENTIERUNG
.
187
F.2
BERUECKSICHTIGUNG
VON
WAERMESTRAHLUNG
.
187
F.2.1
LINEARE
ALGEBRA
UND
JACOBI-MATRIX-BERECHNUNG
.
187
F.2.2
DISKRETISIERUNG
UND
INTEGRATION
DES
STRAHLUNGSTERMS
.
189
F.3
EINFLUSS
DES
DISKRETISIERUNGSGITTERS
AUF
DIE
ERGEBNISGUETE
.
190
G
ERGAENZENDE
SIMULATIONSRECHNUNGEN
194
G.
1
EINFLUSS
DER
ANZAHL
DER
DURCHSTROEMTEN
KANAELE
AUF
DIE
GUETE
DES
WAERMETAUSCHS
194
G.2
SIMULTANE
VARIATION
VON
WAERME
UND
STOFFUEBERGANG
BEI
ERHITZUNG
VON
LUFT
197
G.3
ERGAENZENDE
BETRACHTUNGEN
ZUM
AUFTRETEN
HOHER
MAXIMALTEMPERATUREN
.
.
202
LITERATURVERZEICHNIS
204 |
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