massentransportbegrenzten

Massentransportbegrenzten beschreibt eine Klasse von Prozessen in der Reaktionstechnik, bei denen die beobachtete Reaktionsrate durch den Transport von Spezies zwischen Phasen oder durch Diffusion in porösen Medien begrenzt wird, statt durch die eigentliche chemische Reaktionskinetik. In solchen Systemen liegt die Grenzrate vor allem daran, wie schnell Teilchen zum aktiven Ort gelangen oder wie schnell sie ihn verlassen, sodass eine Erhöhung der intrinsischen Reaktionsgeschwindigkeit nur begrenzt wirkt.

Es lassen sich extern massentransportbegrenzte und intern massentransportbegrenzte Vorgänge unterscheiden. Externer Massentransfer betrifft den Transport durch eine Grenzschicht zwischen der bulk-Phase (Gas oder Flüssigkeit) und der Oberfläche eines Partikels oder eines Reaktors. Intern massentransfer umfasst die Diffusion von Spezies durch Poren oder makroporöse Strukturen eines Katalysators bis zu den aktiven Zentren im Inneren des Pelletkerns. Zur Bewertung werden Modelle und Größen verwendet wie der Effektivitätsfaktor, der Thiele-Modul oder das Weisz-Modul. Ficksche Diffusionsgesetze und dimensionale Analoga helfen, die Abhängigkeiten von Diffusionsweg, Diffusionskoeffizienten, Reaktionsgeschwindigkeiten und Geometrie zu beschreiben.

Massentransportbegrenzte Prozesse treten häufig in der heterogenen Katalyse, Gas- und Flüssigreaktionen an Festkörpern, Elektrochemie und Umwelttechnik auf. Typische Anzeichen sind eine Abhängigkeit der Reaktionsrate von der Partikelgröße, der porösen Struktur oder der Strömungsbedingungen statt von der rein chemischen Aktivierungsenergie.

Methoden zur Verringerung dieser Begrenzungen umfassen die Optimierung der Mischleistung, Reduktion der Partikelgröße, Verwendung von offenen oder hierarchischen Porensystemen sowie Anpassung der Reaktionsbedingungen, um Diffusionswege zu verkürzen oder den externen Massentransfer zu verbessern.