Untersuchung selbstoptimierender Reaktorsysteme : Anwendung und Informationsextraktion

• Investigation of self-optimzing reactor systems : application and extraxtion of Information

Heddrich, Steffen Sebastian; Liauw, Marcel (Thesis advisor); Leitner, Walter (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen, 2016

Kurzfassung

Selbstoptimierende Reaktorsysteme sind seit einigen Jahren eine neue, innovative Technik um Reaktionssysteme vollautomatisch zu optimieren. Dazu müssen einige Bedingungen erfüllt sein. Zum Ersten muss das Reaktorsystem, in dem die Reaktion abläuft, kontinuierlich betrieben werden und eine entsprechende online Analytik zur Verfügung stehen. Mit einem passenden Optimierungsalgorithmus kann das System, ohne den Eingriff von außen, durch Variation der verschiedenen Prozessparameter, nach kurzer Zeit die optimalen Reaktionsbedingungen bestimmen. So wird eine entsprechende Zielgröße maximiert bzw. minimiert. Zur Bestimmung der optimalen Parameter werden viele verschiedene Messpunkte angefahren und analysiert. Mit diesen Datensätzen können nun erste kinetische Daten des Systems berechnet werden.In dieser Dissertation wurden drei verschiedene Reaktionssysteme selbstoptimiert, um anschließend durch eine Modelldiskriminierung und Parameterschätzung kinetische Daten der Reaktionssysteme zu berechnen. Zusätzlich wurden drei selbstoptimierte Reaktionssysteme aus der Literatur herangezogen, um auch bei diesen kinetische Parameter zu berechnen.Bei den selbstoptimierten Reaktionssystemen, die in dieser Arbeit betrachtet wurden, handelt es sich um die Paterno-Büchi-Reaktion von Benzophenon und Furan, die heterogen katalysierte Hydrierung von Benzaldehyd und die säurekatalysierte Piancatelli-Umlagerung von Furfurylalkohol zu 4-HCP. Das Ziel der Optimierung aller Reaktionen war die höchst-mögliche Ausbeute, welche bei allen Systemen erreicht wurde.Die Extraktion kinetischer Daten wurde mit den drei erwähnten Reaktionen durchgeführt. Ebenfalls wurden eine Knoevenagel-Reaktion, eine Heck-Reaktion und die Oxidation von Benzylalkohol mit Cr(VI) aus der Literatur herangezogen. Für fünf der sechs Systeme war eine Berechnung von kinetischen Parametern möglich. Die Messdaten der Oxidation von Benzylalkohol waren zu stark fehlerbehaftet, um aus diesen weitere Informationen zu gewinnen.Zusätzlich konnte bei der Piancatelli-Umlagerung von Furfurylalkohol der 4-HCP-abhängige Partitionskoeffizient von Furfurylalkohol in Toluol und Wasser bestimmt werden.Insgesamt ergeben sich aus den Ergebnissen dieser Arbeit Voraussetzungen, welche erfüllt sein sollten, damit aus einem selbstoptimierenden Reaktorsystem kinetische Daten erhalten werden können. Dies beginnt schon bei dem Aufbau des Reaktorsystems und endet bei Auswahl der richtigen Modelle.