Mikrostrukturrierte Plattenreaktoren ermöglichen es auch stark exotherme schnelle Reaktionen sicher zu beherrschen, da sie sehr große Wärmemengen pro Reaktionsvolumen abführen können. Sowohl hohe volumenbezogene Übertragungsflächen als auch hohe lokale Wärmeübergangskoeffizienten tragen zu diesem Effekt bei. Besonders elegant ist dabei, wenn die Kühlung durch verdampfendes Wasser erzielt wird, denn dann stellt sich eine im gesamten Reaktionsvolumen weitgehend einheitliche Temperatur ein, die außerdem durch Druckänderung recht schnell verändert und damit die Reaktionsgeschwindigkeit an einen möglicherweise geänderten Durchsatz angepasst werden kann. Voraussetzung dafür ist, dass das zu verdampfende Wasser im gesamten Reaktor gleichmäßig verteilt werden kann, wofür ausgeklügelte Kanalstrukturen eingesetzt werden (P. Pfeifer, P. Piermartini, A. Wenka, 2017, DE 10 2015 111 614 A1). Naturgemäß können durch fertigungsbedingte Schwankungen der Kanalabmessungen oder durch Verformungen beim Diffusionsschweißen der Platten an bestimmten Stellen in einem Reaktor-Stack Störungen der Gleichverteilung der Flüssigkeit und damit der Kühlwirkung auftreten, die sich nachteilig auf die Betriebsstabilität auswirken, bislang aber wenig erforscht sind, weder experimentell noch theoretisch. Eine detaillierte Modellierung mit Methoden der numerischen Strömungssimulation scheitert an der Komplexität des Verdampfungsvorgangs bzw. and der für relevante Reaktorgrößen erforderlichen Gitterdimensionen. Vor diesem Hintergrund soll im Rahmen der Masterarbeit ein vereinfachtes Simulationsmodell, z.B. auf Basis dreimimensional verknüpfter Elementarzellen, welche jeweils die Wärmeerzeugung durch die chemische Reaktion oder die Kühlung durch Verdampfung abbilden und durch Transportbeziehungen für Stoff und Wärme verbunden sind, entworfen und getestet werden.

 

Folgende Teilaufgaben sind zu bearbeiten: