Mehrkomponenten‐Diffusion und chemische Reaktion von Gasen in porösen Systemen

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Abstract
Bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten wird der Umsatz von Gasen in porösen Katalysatoren durch die Diffusion der Reaktionsteilnehmer im Porensystem mitbestimmt. Da die an der Reaktion beteiligten Gase häufig unterschiedliche molekulare Transporteigenschaften aufweisen, müssen zur Umsatzberechnung die Gleichungen für die Mehrkomponenten‐Diffusion verwendet werden. Es wird gezeigt, daß diese komplizierten Gleichungen nach einer sogenannten Systemreduktion auf sehr einfache Beziehungen führen, mit denen die Umsatzberechnung ebenso einfach ist, wie für die bisher in der Literatur diskutierten Reaktionen mit binärer Diffusion. Das erläuterte Verfahren gilt unabhängig vom Typ der Reaktionsgleichung und unabhängig vom speziellen Diffusionsmechanismus. Am Beispiel der C2H4‐Hydrierung wird dies für die Transportmechanismen: normale Gasdiffusion, Knudsendiffusion und Diffusion im Übergangsgebiet näher diskutiert und gezeigt, daß insbesondere bei Hydrierreaktionen die mit einem Fickschen Transportansatz vorhergesagten Umsätze erheblich (bis zu 300%) höher liegen, als die mit den Gleichungen für die Mehrkomponenten‐Diffusion berechneten Werte.