In welcher Weise ändert sich die Bilanzierung, wenn der Einfluss der Wärmetönung nicht vernachlässigbar ist?
Die Energiebilanz muss die freigesetzte oder aufgenommene Wärme berücksichtigen.
Reaktionsenthalpien müssen in die Wärmebilanz einbezogen werden.
Es entsteht ein zusätzlicher Term in der Energiebilanz, der die Wärmetönung beschreibt.
Bei exothermen Reaktionen wird zusätzliche Wärme erzeugt, bei endothermen Reaktionen wird Wärme benötigt.
Welche Vereinfachungen werden getroffen?
Vernachlässigung mechanischer Energieanteile.
Annahme konstanter Wärmekapazitäten (cpc_pcp) über den betrachteten Temperaturbereich.
Stationäre Bedingungen: Keine zeitliche Änderung der Temperatur.
Ideale Durchmischung, keine Temperaturgradienten im Reaktor.
Wie lassen sich die Wärmeerzeugungs- und Wärmeabfuhrkurven herleiten?
Wärmeerzeugungskurve:
Abgeleitet aus der Reaktionsenthalpie und der Reaktionsgeschwindigkeit.
Beschreibt, wie viel Wärme durch die Reaktion bei verschiedenen Temperaturen freigesetzt wird.
Wärmeabfuhrkurve:
Abgeleitet aus der Wärmeübertragung an die Umgebung.
Beschreibt, wie viel Wärme bei verschiedenen Temperaturen abgeführt wird, abhängig von den Wärmeübertragungsbedingungen.
Wie lassen sich stabile und instabile Betriebspunkte unterscheiden?
Stabile Betriebspunkte:
Treten auf, wenn die Steigung der Wärmeabfuhrgerade größer ist als die der Wärmeerzeugungskurve.
Kleine Schwankungen führen zur Rückkehr zum Ausgangszustand.
Instabile Betriebspunkte:
Treten auf, wenn die Steigung der Wärmeerzeugungskurve größer ist als die der Wärmeabfuhrgerade.
Kleine Schwankungen führen zu einer Verstärkung der Abweichung vom Ausgangszustand.
Was ist der Zweck der Wärmetönung in Reaktoren?
Optimierung der Reaktorleistung durch Berücksichtigung der bei chemischen Reaktionen entstehenden oder verbrauchten Wärme.
Vermeidung von Überhitzung oder Abkühlung, die zu unerwünschten Nebenreaktionen führen kann.
Sicherstellung einer sicheren und effizienten Reaktorführung.
Warum ist die Bestimmung der Wärmeaustauschfläche in einem Reaktor wichtig?
Notwendig, um die Wärme, die bei exothermen Reaktionen entsteht, effektiv abzuführen.
Sicherstellung eines isothermen Betriebs durch Auslegung der richtigen Wärmeaustauschfläche.
Vermeidung von Hot-Spots, die zu unerwünschten Nebenreaktionen oder zur Deaktivierung von Katalysatoren führen können.
Was bedeutet es, wenn ein Reaktor einen stationären Betriebspunkt erreicht?
Zustand, in dem die erzeugte Wärmemenge genau der abgeführten Wärmemenge entspricht.
Keine Nettoänderung der Reaktortemperatur über die Zeit.
Wesentlich für einen stabilen und sicheren Betrieb des Reaktors.
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