nach oben

Erschienen in:

2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

24. Reaktoren für Fluid-Fluid-Reaktionen: Strahldüsenreaktoren

verfasst von : Jens Dreimann, Arno Behr, Andreas J. Vorholt

Erschienen in: Handbuch Chemische Reaktoren

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config

KI-gestützte Suche

Aus

Zusammenfassung

Dieses Kapitel informiert kurz über die theoretischen Grundlagen des Freistrahlreaktors und des Strahldüsenumlaufreaktors (Jet-Loop-Reaktor). Die Vorteile dieser Reaktoren werden an Beispielen aus der heterogenen und homogenen Katalyse sowie aus der Biokatalyse erläutert.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 102.000 Bücher
über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Finance + Banking
Management + Führung
Marketing + Vertrieb
Maschinenbau + Werkstoffe
Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 67.000 Bücher
über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Maschinenbau + Werkstoffe

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Vorheriges Kapitel Reaktoren für Fluid-Fluid-Reaktionen: Schlaufenreaktoren

Nächstes Kapitel Reaktoren für Dreiphasen-Reaktionen: Rieselbettreaktoren

Baerns, M., Behr, A., Brehm, A., Gmehling, J., Hinrichsen, K.-O., Hofmann, H., Onken, U., Palkovits, R., Renken, A.: Technische Chemie, 2. Aufl. Wiley-VCH, Weinheim (2013)

Behr, A., Becker, M.: Multiphase catalysis in jetloop-reactors. Chem. Eng. Trans. 17, 141–144 (2009). https://doi.org/10.3303/CET0917024CrossRef

Behr, A., Becker, M., Dostal, J., Kohlmann, D.: Hydrodynamik und Verweilzeitverhalten eines Düsenumlaufreaktors für den Einsatz in der Mehrphasenkatalyse. Chem. Ing. Tech. 80(10), 1501–1508 (2008). https://doi.org/10.1002/cite.200800080CrossRef

Behr, A., Becker, M., Dostal, J.: Bubble-size distributions and interfacial areas in a jetloop reactor for multiphase catalysis. Chem. Eng. Sci. 64(12), 2934–2940 (2009). https://doi.org/10.1016/j.ces.2009.03.031CrossRef

Behr, A., Vorholt, A.J., Ostrowski, K.A., Seidensticker, T.: Towards resource efficient chemistry: tandem reactions with renewables. Green Chem. 16(3), 982–1006 (2014). https://doi.org/10.1039/C3GC41960FCrossRef

Berty, J.M.: Reactor for vapor-phase catalytic studies. Chem. Eng. Prog. 70, 78–84 (1974)

Blenke, H.: Loop reactors. In: Aiba, S., Atkinson, B., Böing, J., Bylinkina, E., Dellweg, H., Demain, A.L., Finn, R., Fukui, S., Kieslich, K., Lafferty, R.M., Nyiri, L.K., Rehm, H.J., Rogers, P.L., Sahm, H., Schmidt-Lorenz, W., Schügerl, K., Suomalainen, H., Tsao, G.T., Ghose, T.K., Blakebrough, N., Fiechter, A. (Hrsg.): Advances in Biochemical Engineering. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, Bd. 13, S. 121–214. Springer, Berlin/Heidelberg (1979)

Blenke, H., Bohner, K., Vollmerhaus, E.: Untersuchungen zur Berechnung des Betriebsverhaltens von Treibstrahlförderern. Chem. Ing. Tech. 35(3), 201–208 (1963). https://doi.org/10.1002/cite.330350315CrossRef

Blenke, H., Bohner, K., Schuster, S.: Beitrag zur optimalen Gestaltung chemischer Reaktoren. Chem. Ing. Tech. 37(3), 289–294 (1965). https://doi.org/10.1002/cite.330370322CrossRef

Blenke, H., Bohner, K., Hirner, W.: Druckverlust bei der Strömungsumlenkung um 180° im Schlaufenreaktor. Chem. Ing. Tech. 42(7), 479–480 (1970). https://doi.org/10.1002/cite.330420712CrossRef

Blenke, H., Bohner, K., Pfeiffer, W.: Hydrodynamische Berechnung von Schlaufenreaktoren für Einphasensysteme. Chem. Ing. Tech. 43(1–2), 10–17 (1971). https://doi.org/10.1002/cite.330430103CrossRef

Bloor, J.C., Anderson, G.K., Willey, A.R.: High rate aerobic treatment of brewery wastewater using the jet loop reactor. Water Res. 29(5), 1217–1223 (1995). https://doi.org/10.1016/0043-1354(94)00310-4CrossRef

Börner, A., Franke, R.: Hydroformylation: Fundamentals, Processes, and Applications in Organic Systhesis. Wiley-VCH, Weinheim (2016)CrossRef

Bumrungthaichaichan, E.: A review on numerical consideration for computational fluid dynamics modeling of jet mixing tanks. Korean J. Chem. Eng. 33(11), 3050–3068 (2016). https://doi.org/10.1007/s11814-016-0236-xCrossRef

Cornils, B., Herrmann, W.A., Rasch, M.: Otto Roelen als Wegbereiter der industriellen homogenen Katalyse. Angew. Chem. 106(21), 2219–2238 (1994). https://doi.org/10.1002/ange.19941062104CrossRef

Cramers, P.H.M.R.: Hydrodynamics and mass transfer characteristics of liquid driven jet ejectors. Groningen (2003)

Crozet, D., Urrutigoïty, M., Kalck, P.: Recent advances in amine synthesis by catalytic hydroaminomethylation of alkenes. ChemCatChem. 3(7), 1102–1118 (2011). https://doi.org/10.1002/cctc.201000411CrossRef

Eilbracht, P., Bärfacker, L., Buss, C., Hollmann, C., Kitsos-Rzychon, B.E., Kranemann, C.L., Rische, T., Roggenbuck, R., Schmidt, A.: Tandem reaction sequences under hydroformylation conditions: New synthetic applications of transition metal catalysis. Chem. Rev. 99(11), 3329–3366 (1999). https://doi.org/10.1021/cr970413rCrossRefPubMed

Engin, S.N., Yildiz, F., Ince, M., Engin, G.O., Keskinler, B.: Modeling and parameter identification of a jet-loop bioreactor. In: 2007 American Control Conference, pp. 6122–6127. American Control Conference, New York (2007). IEEE. https://doi.org/10.1109/ACC.2007.4282956

Eusébio, A., Petruccioli, M., Lageiro, M., Federici, F., Duarte, J.C.: Microbial characterisation of activated sludge in jet-loop bioreactors treating winery wastewaters. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 31(1), 29–34 (2004). https://doi.org/10.1007/s10295-004-0111-3CrossRefPubMed

Farizoglu, B., Keskinler, B.: Sludge characteristics and effect of crossflow membrane filtration on membrane fouling in a jet loop membrane bioreactor (JLMBR). J. Membr. Sci. 279(1–2), 578–587 (2006). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2005.12.050CrossRef

Farizoglu, B., Keskinler, B., Yildiz, E., Nuhoglu, A.: Cheese whey treatment performance of an aerobic jet loop membrane bioreactor. Process Biochem. 39(12), 2283–2291 (2004). https://doi.org/10.1016/j.procbio.2003.11.028CrossRef

Fogg, D.E., dos Santos, E.N.: Tandem catalysis: a taxonomy and illustrative review. Coord. Chem. Rev. 248(21–24), 2365–2379 (2004). https://doi.org/10.1016/j.ccr.2004.05.012CrossRef

Franke, R., Selent, D., Börner, A.: Applied hydroformylation. Chem. Rev. 112(11), 5675–5732 (2012). https://doi.org/10.1021/cr3001803CrossRefPubMed

Galperin, B., Orszag, S.A. (Hrsg.): Large Eddy Simulation of Complex Engineering and Geophysical Flows. Cambridge University Press, Cambridge (2010)

Güven, S., Hamers, B., Franke, R., Priske, M., Becker, M., Vogt, D.: Kinetics of cyclooctene hydroformylation for continuous homogeneous catalysis. Catal. Sci. Technol. 4(2), 524–530 (2014). https://doi.org/10.1039/C3CY00676JCrossRef

Hass, T., Gaube, J.: Selective hydrogenation: Kinetic investigation of 1, 3-cyclo-octadiene and cyclo-octene hydrogenation. Chem. Eng. Technol. 12(1), 45–53 (1989). https://doi.org/10.1002/ceat.270120109CrossRef

Jarboui, R., Sellami, F., Azri, C., Gharsallah, N., Ammar, E.: Olive mill wastewater evaporation management using PCA method case study of natural degradation in stabilization ponds (Sfax, Tunisia). J. Hazard. Mater. 176(1–3), 992–1005 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.11.140CrossRefPubMed

Kavvadias, V., Doula, M.K., Komnitsas, K., Liakopoulou, N.: Disposal of olive oil mill wastes in evaporation ponds: Effects on soil properties. J. Hazard. Mater. 182(1–3), 144–155 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.06.007CrossRefPubMed

Khan, Z., Joshi, J.B.: Comparison of k–ε, RSM and LES models for the prediction of flow pattern in jet loop reactor. Chem. Eng. Sci. 127, 323–333 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.01.054CrossRef

Khoufi, S., Aloui, F., Sayadi, S.: Treatment of olive oil mill wastewater by combined process electro-Fenton reaction and anaerobic digestion. Water Res. 40(10), 2007–2016 (2006). https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.03.023CrossRefPubMed

Khoufi, S., Louhichi, A., Sayadi, S.: Optimization of anaerobic co-digestion of olive mill wastewater and liquid poultry manure in batch condition and semi-continuous jet-loop reactor. Bioresour. Technol. 182, 67–74 (2015). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.092CrossRefPubMed

Launder, B.E., Spalding, D.B.: The numerical computation of turbulent flows. Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 3(2), 269–289 (1974). https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2CrossRef

Lier, S., Grünewald, M.: Net present value analysis of modular chemical production plants. Chem. Eng. Technol. 34(5), 809–816 (2011). https://doi.org/10.1002/ceat.201000380CrossRef

Mathpati, C.S., Deshpande, S.S., Joshi, J.B.: Computational and experimental fluid dynamics of jet loop reactor. AIChE J. 55(10), 2526–2544 (2009). https://doi.org/10.1002/aic.11853CrossRef

Möller, K.P., Böhringer, W., Schnitzler, A.E., van Steen, E., O’Connor, C.T.: The use of a jet loop reactor to study the effect of crystal size and the co-feeding of olefins and water on the conversion of methanol over HZSM-5. Microporous Mesoporous Mater. 29(1–2), 127–144 (1999). https://doi.org/10.1016/S1387-1811(98)00326-6CrossRef

Nagel, O., Kürten, H.: Untersuchungen zum Dispergieren im turbulenten Scherfeld. Chem. Ing. Tech. 48(6), 513–519 (1976). https://doi.org/10.1002/cite.330480604CrossRef

Nagel, O., Kürten, H., Sinn, R.: Strahldüsenreaktoren, Teil I: Die Anwendung des Ejektorprinzips zur Verbesserung der Gasabsorption in Blasensäulen. Chem. Ing. Tech. 42(7), 474–479 (1970). https://doi.org/10.1002/cite.330420711CrossRef

Nagel, O., Hegner, B., Kürten, H.: Kriterien für die Auswahl und die Auslegung von Gas/Flüssigkeits-Reaktoren. Chem. Ing. Tech. 50(12), 934–944 (1978). https://doi.org/10.1002/cite.330501208CrossRef

Park, J.-S., Lee, C.-H.: Removal of soluble COD by a biofilm formed on a membrane in a jet loop type membrane bioreactor. Water Res. 39(19), 4609–4622 (2005). https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.08.028CrossRefPubMed

Petruccioli, M., Cardoso Duarte, J., Eusebio, A., Federici, F.: Aerobic treatment of winery wastewater using a jet-loop activated sludge reactor. Process Biochem. 37(8), 821–829 (2002). https://doi.org/10.1016/S0032-9592(01)00280-1CrossRef

Prinz, D., Riekert, L.: Formation of ethene and propene from methanol on zeolite ZSM-5. Appl. Catal. 37, 139–154 (1988). https://doi.org/10.1016/S0166-9834(00)80757-5CrossRef

Räbiger, N.: Hydrodynamik und Stoffaustausch in strahlangetriebenen Schlaufenreaktoren. Habil.-Schr. Techn. Univ. Clausthal. Praxiswissen Verfahrenstechnik Thermische Verfahrenstechnik. Verl. TÜV Rheinland, Köln (1988)

Räbiger, N., Vogelpohl, A.: Der Kompaktreaktor, ein neuentwickelter Schlaufenreaktor mit hoher Stoffaustauschleistung. Chem. Ing. Tech. 55(6), 486–487 (1983). https://doi.org/10.1002/cite.330550616CrossRef

Revill, B.K.: Chapter 9 – Jet mixing. In: Harnby, N., Edwards, M.F., Nienow, A.W. (Hrsg.): Mixing in the Process Industries, 2. Aufl., S. 159–183. Butterworth-Heinemann, Oxford (1992)CrossRef

Reynolds, W.C.: Fundamentals of Turbulence for Turbulence Modeling and Simulation. Defense Technical Information Center, Fort Belvoir (1987)

Rippin, D.W.T.: Recycle reactor as a model of incomplete mixing. Ind. Eng. Chem. Fundam. 6(4), 488–492 (1967). https://doi.org/10.1021/i160024a002CrossRef

Salehi, Z., Sohrabi, M., Kaghazchi, T., Bonakdarpour, B.: Application of down flow jet loop bioreactors in implementation and kinetic determination of solid-liquid enzyme reactions. Process Biochem. 40(7), 2455–2460 (2005). https://doi.org/10.1016/j.procbio.2004.09.027CrossRef

Schermuly, O., Luft, G.: Untersuchung der Niederdruck-Methanolsynthese im Treibstrahlreaktor. Chem. Ing. Tech. 49(11), 907 (1977). https://doi.org/10.1002/cite.330491111CrossRef

Seifert, T., Fakner, P., Sievers, S., Stenger, F., Hamers, B., Priske, M., Becker, M., Franke, R., Schembecker, G., Bramsiepe, C.: Intensified hydroformylation as an example for flexible intermediates production. Chem. Eng. Process. Process Intensif. 85, 1–9 (2014). https://doi.org/10.1016/j.cep.2014.07.003CrossRef

Szafran, R.G., Kmiec, A.: Application of CFD modelling technique in engineering calculations of three-phase flow hydrodynamics in a jet-loop reactor. Int. J. Chem. React. Eng. 2(1) (2004). https://doi.org/10.2202/1542-6580.1179

Tabak, S.A., Yurchak, S.: Conversion of methanol over ZSM-5 to fuels and chemicals. Catal. Today. 6(3), 307–327 (1990). https://doi.org/10.1016/0920-5861(90)85007-BCrossRef

Tebel, K.H., Zehner, P.: Fluid dynamic description of jet-loop reactors in multiphase operation. Chem. Eng. Technol. 12(1), 274–280 (1989). https://doi.org/10.1002/ceat.270120138CrossRef

Vogelpohl, A.: Wastewater treatment by the HCR-process. Acta Biotechnol. 20(2), 119–128 (2000). https://doi.org/10.1002/abio.370200206CrossRef

Warmeling, H., Behr, A., Vorholt, A.J.: Jet loop reactors as a versatile reactor set up – intensifying catalytic reactions: A review. Chem. Eng. Sci. 149, 229–248 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.04.032CrossRef

Warmeling, H., Janz, D., Peters, M., Vorholt, A.J.: Acceleration of lean aqueous hydroformylation in an innovative jet loop reactor concept. Chem. Eng. J. 330, 585–595 (2017a). https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.07.152CrossRef

Warmeling, H., Hafki, D., von Söhnen, T., Vorholt, A.J.: Kinetic investigation of lean aqueous hydroformylation – an engineer’s view on homogeneous catalysis. Chem. Eng. J. 326, 298–307 (2017b). https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.05.062CrossRef

Warmeling, H., Schneider, A.-C., Vorholt, A.J.: Considerations on film reactivity in the aqueous biphasic hydroformylation. AIChE J. 64(1), 161–171 (2018). https://doi.org/10.1002/aic.15884CrossRef

Warnecke, H.-J.: Macromixing characteristics of gas-liquid jet loop reactors. Acta Biotechnol. 9(2), 111–121 (1989). https://doi.org/10.1002/abio.370090204CrossRef

Warnecke, H.-J., Geisendörfer, M., Hempel, D.C.: Mass transfer behaviour of gas-liquid jet loop reactors. Chem. Eng. Technol. 11(1), 306–311 (1988). https://doi.org/10.1002/ceat.270110140CrossRef

Wiedemann, M., John, S., Schlüter, M., Kutschera, D., Riener, F.-X., Döring, W., Neumann, S., Eisenlauer, J.: Einsatz des Strahlzonen-Schlaufenreaktors bei stofftransportlimitierten, mehrphasigen chemischen Reaktionen. Chem. Ing. Tech. 82(3), 243–250 (2010). https://doi.org/10.1002/cite.200900164CrossRef

Woods, D.R.: Rules of Thumb in Engineering Practice. Wiley-VCH, Weinheim (2007)CrossRef

Yenkie, M.K.N., Geissen, S.U., Vogelpohl, A.: Biokineties of wastewater treatment in the high performance compact reactor (HCR). Chem. Eng. J. 49(1), B1–B12 (1992). https://doi.org/10.1016/0300-9467(92)85027-7CrossRef

Zehner, P.: Stoffaustauschfläche und Gasverdichtung in einer neu entwickelten Ejektorstrahldüse. Chem. Ing. Tech. 47(5), 209 (1975). https://doi.org/10.1002/cite.330470512CrossRef

Titel: Reaktoren für Fluid-Fluid-Reaktionen: Strahldüsenreaktoren
verfasst von: Jens Dreimann
Arno Behr
Andreas J. Vorholt
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Handbuch Chemische Reaktoren
Print ISBN: 978-3-662-56433-2

Electronic ISBN: 978-3-662-56434-9

Copyright-Jahr: 2020
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-56434-9_29