Leistung und Betriebsverhalten eines technischen Reaktors werden nicht nur vom Katalysator beeinflusst, sondern auch von den Transport­prozessen im Inneren des Reaktors.

Insbesondere die Strömungs­verhältnisse spielen hierbei eine große Rolle. Diese können heute mit­hilfe der numerischen Strömungs­simulation (engl.: Computational Fluid Dynamics, CFD) mit hoher Orts- und Zeit­auf­lösung präzise erfasst, abgebildet, analysiert und optimiert werden. Richtig angewandt, lässt sich damit der Auf­wand für experimentelle Unter­suchungen reduzieren. Somit können Kosten und Zeit gespart werden.

"Leistungsfähige Computer und CFD-Programme alleine reichen dafür jedoch nicht aus", sagt Achim Wenka, Chemie­ingenieur und CFD-Experte am IMVT. "Neben fundiertem CAD-Wissen (Computer-Aided Design) ist lang­jährige Erfahrung in der Anwendung von CFD-Programmen notwendig. Denn fast noch wichtiger als die Strömungs­simulation selbst, ist es, deren Ergebnisse auch richtig zu beurteilen. Nur dann gelingt es, die richtigen Schlüsse zu ziehen und entsprechende Lösungs­wege zu erarbeiten."

Die Entwicklung modularer Reaktoren zur Umwandlung von Synthese­gas in flüssige Kohlen­wasser­stoffe wie Kerosin, ist ein Schwer­punkt am IMVT. Die Temperatur in diesen Reaktoren soll durch eine integrierte Verdampfungs­kühlung konstant gehalten werden (Isothermie). Die Heraus­forderung dabei ist, die Verdampfer­passage so zu gestalten, dass eine gleich­mäßige Verteilung des zu verdampfenden Mediums (Wasser) auch in verschiedenen Betriebs­zuständen des Reaktors gelingt. Mithilfe der CFD konnte gezeigt werden, dass dies mit einzelnen blüten­artigen Verdampfungs­feldern (vgl. Abb.), deren Temperatur sich unter­einander kaum unter­scheidet, möglich ist.


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