Kontrollierte Eduktzufuhr in Membranreaktoren zur Optimierung der Ausbeute gewünschter Produkte in Parallel- und Folgereaktionen

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In dieser Arbeit wurde die optimale Dosierung eines Eduktes in Rohrreaktoren zur Maximierung der Ausbeute eines Zielprodukts theoretisch und experimentell untersucht. Anhand eines isothermen und isobaren Plug-Flow-Reaktormodells für eine Reihenschaltung von L Rohrreaktoren mit diskreter Eduktzugabe am Eintritt jeder Stufe und/oder verteilter Dosierung über die Reaktorwände wurden zunächst optimale Edukteinspeisungen theoretisch analysiert. Hierbei kamen analytische Lösungen für spezielle Fälle, das Maximumprinzip und ein SQP-Algorithmus zum Einsatz. Für die experimentellen Untersuchungen zur verteilten Eduktzufuhr wurde ein einstufiger Membranreaktor zur gleichmäßigen Dosierung sowie eine Reihenschaltung aus 3 Membranreaktoren zur Einstellung unterschiedlicher Dosierprofile aufgebaut. In den Membranreaktoren kamen asymmetrische Keramikmembranen mit einer γ -Al₂O₃-Schicht zur Eduktverteilung zum Einsatz. Die oxidative Dehydrierung von Ethan zu Ethylen unter Verwendung eines VO₊x/γ -Al₂O₃-Katalysators diente als Modellreaktion. Die Membranreaktorkonfigurationen ermöglichten es, die Auswirkungen der Sauerstoffverteilung entlang des Reaktors auf die Selektivität des gewünschten Produkts Ethylen und den Umsatz des Eduktes Ethan am Reaktoreintritt eindeutig zu demonstrieren und zu erläutern.