Michael Bauer

Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Wärmetransport in gasdurchströmten Festbettrohrreaktoren

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 13.12.2001

Abstract
In dieser Arbeit wird eine neues Konzept zur Untersuchung und Auswertung der radialen Wärmetransportverhältnisse in gasdurchströmten Rohrreaktoren auf der Grundlage instationärer Messungen vorgestellt.
Hierdurch war es möglich im Vergleich zu bekannten stationären Untersuchungsansätzen eine Erhöhung des Informationsgehaltes der experimentellen Daten, insbesondere im für die Gaskatalyse typischen Bereich kleiner D/d-Verhältnisse und geringer Durchströmung, zu erzielen. Dadurch konnten die in der Literatur umstrittenen Wärmetransportverhältnisse an der Rohrinnwand aufgeklärt sowie empirische Korrelationen für die Parameter des zweidimensionalen, quasihomogenen Pfropfenströmungsmodell abgeleitet werden, die eine deutlich genauere Wiedergabe der eigenen Messungen als bekannte Ansätze erlauben. Außerdem wurde die Änderung des Wärmetransportverhaltens des Festbettes beim Übergang von Kugeln zu Hohlzylindern untersucht.

A novel concept for the investigation and evaluation of radial heat transfer in tubular reactors in absence of a chemical reaction based on instationary measurements is presented in this work.
Compared to known stationary investigational concepts one is able to get an increased informational yield from the experimental data especially for low tube-to-particle diameter ratios and small gas mass flow rates to be found typically in heterogeneous catalysis. The question discussed contrary in literature which boundary condition should be applied to the inner reactor wall is answered. A empirical correlation of the parameters for the two dimensional pseudohomogeneous model was found which allows a more accurate description of the experimental findings than known approaches from literature. The experiments were conducted for spherical particles and hollow cylinders made from steatite.

Keywords:
Festbetten, Rohrreaktoren, Wärmetransport, Wärmeübergangskoeffizient, radiale Wärmeleitfähigkeit, Instationäre Messungen, Randbedingung, Heterogenes Modell, Parameterschätzung, quasihomogenes Pfropfenströmungsmodell

Fixed beds, Tubular reactors, Heat transfer, Heat transfer coefficient, Radial thermal conductivity, Instationary Measurements, Boundary condition, Heterogeneous model, parameter estimation, pseudo-homogeneous plug flow model

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Symbolverzeichnis (V-XI)
1. Einleitung (1-2)
2. Stand des Wissens (3-23)
3. Neues Untersuchungs- und Auswertungskonzept (24-67)
4. Ergebnisse (68-97)
5. Zusammenfassung (98-99)
6. Summary (100)
Literaturverzeichnis (101-113)
Anhang (114-118)