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Modellierung und Simulation zyklisch betriebener Festbettprozesse am Beispiel der hybriden Distickstoffoxid-Zersetzung unter Strömungsumkehr

Frank Platte

Diese Publikation zitieren

Frank Platte, Modellierung und Simulation zyklisch betriebener Festbettprozesse am Beispiel der hybriden Distickstoffoxid-Zersetzung unter Strömungsumkehr (2008), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832599096

Getrackt seit 05/2018

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Beschreibung / Abstract

In dieser Arbeit wird das komplexe Verhalten von instationären Festbettreaktoren studiert. Als praxisrelevantes Anwendungsbeispiel wird im verfahrenstechnisch-reaktionstechnischen Teil der Arbeit die hybride N_2O-Zersetzung in einem Strömungsumkehrreaktor (Matrosreaktor) mit einem axial strukturierten Festbett untersucht.

Im mathematisch-numerischen Teil der Arbeit werden die methodischen Grundlagen zur allgemeinen Beschreibung zyklisch stationärer Zustände von Festbettprozessen erarbeitet. Im Kern liegt diesen Methoden die Globaldiskretisierung zugrunde. Zur Anwendung kommen dabei auch moderne nichtlineare Verfahren vom Typ TVD ({ slshape total variation diminishing) zur Stabilisierung der konvektiven Terme. Der Vorteil dieser Verfahren liegt darin, dass sie auch bei extrem steilen Fronten -? bis hin zu Schockfronten -? zu physikalisch sinnvollen Lösungen führen.

Die erarbeiteten Methoden erlauben Einblicke in die Kopplung von thermischen und katalytischen Reaktionen und ermöglichen Modelldiskriminierungen.

Inhaltsverzeichnis

  • BEGINN
  • 1 Einleitung
  • 1.1 Zielsetzung der Arbeit
  • 1.2 Struktur der Arbeit
  • 2 Hybride Zersetzung von Distickstoffoxid (N2O)
  • 2.1 Hybride Zersetzung von Distickstoffoxid im Hochtemperaturbereich
  • 2.2 Umweltrelevanz
  • 2.3 Mikrokinetische Betrachtung der Reaktionswege von N2O
  • 2.4 Kopplungsmechanismen der hybriden N2O-Zersetzung
  • 2.5 Weitere TSK-Modelle
  • 2.6 Schlussfolgerung
  • 3 Zyklisch stationäre Festbettprozesse
  • 3.1 Vom konventionellen zum multifunktionalen und prozessintensivierten Festbettreaktor
  • 3.2 Beispiele zyklisch stationärer Festbettprozesse
  • 3.3 Stabilitätsverhalten
  • 3.4 Modellierung zyklischer Festbettprozesse
  • 3.5 Schlussfolgerung
  • 4 Untersuchung im strukturierten Festbett
  • 4.1 Voruntersuchungen und Inbetriebnahme des Strömungsumkehrreaktors
  • 4.2 Langzeitversuche
  • 4.3 Katalysatorstrukturierung
  • 4.4 Experimentelle Untersuchung des strukturierten Katalysators
  • 4.5 Gegenüberstellung von Experimenten und Simulationen
  • 4.6 Schlussfolgerung
  • 5 Theoretische Untersuchung der Zersetzung
  • 5.1 Parameterstudien auf Basis des Kombimodells
  • 5.2 Thermisch dominierte Kopplung (Fall 1)
  • 5.3 Schwache chemische Kopplung (Fall 4a)
  • 5.4 Einfluss des Parameters Bildungsrate φ auf das Zünd-Lösch-Verhalten
  • 5.5 Starke chemische Kopplung (Fall 4b)
  • 5.6 Schlussfolgerung
  • 6 Auswahl des Lösungsverfahrens
  • 6.1 Überprüfung des zyklisch stationären Verhaltens
  • 6.2 Mathematisch-numerische Methoden zur Direkten Berechnung
  • 6.3 Testfälle
  • 6.4 Untersuchung numerischer Eigenschaften
  • 6.5 Schlussfolgerung
  • 7 Direkte Berechnung
  • 7.1 Lineare Diskretisierungsverfahren
  • 7.2 Aufbau der Globaldiskretisierung
  • 7.3 Pfadverfolgung
  • 7.4 Lösung nichtlinearer und linearer Gleichungen
  • 7.5 Stabilitätsanalyse
  • 7.6 Verfahren mit nichtlinearer Stabilisierung der Konvektion
  • 7.7 Schlussfolgerung
  • 8 Zusammenfassung und Ausblick
  • A Pseudo-Bogenlängen-Pfadverfolgung nach Keller

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