reaktionszonens

Reaktionszonen bezeichnen in chemisch-physikalischen Systemen die Bereiche, in denen chemische Umsetzungen überwiegend stattfinden. Sie entstehen durch das Wechselspiel zwischen Reaktionskinetik und Transportprozessen wie Diffusion, Konvektion und Wärmeleitung.

In der chemischen Verfahrenstechnik treten Reaktionszonen in Reaktoren wie Packbett-, Plug-Flow- oder Mischkesselreaktoren auf. In einem Plug-Flow-Reaktor bewegt sich die Reaktionszone als Front mit dem Fluidstrom; in Batch-Systemen breitet sie sich je nach Vermischung aus. Die Lage der Zone bestimmt, wo am stärksten reagiert wird und wo Wärme freigesetzt oder aufgenommen wird.

Typische Merkmale der Reaktionszone sind Lage, Größe und Form, die von Reaktionsordnung, Temperaturabhängigkeit, Katalysatorverteilung, Diffusionskoeffizienten und Vermischung abhängen. Zonen können scharf oder diffus ausgebildet sein und sich durch Temperatur-, Konzentrations- oder Stoffumsatzgradienten auszeichnen.

In der Modellierung werden Reaktions-Diffusions-Advektions-Gleichungen verwendet, um die räumliche Verteilung der Spezies zu beschreiben. Dimensionless Größen wie Damköhler-Zahl und Péclet-Zahl helfen, transport- von reaktionslimitierten Regimes zu unterscheiden und das Verhalten der Zone zu charakterisieren.

Beispiele finden sich in verschiedenen Feldern: In Katalysatorreaktoren bildet sich um die aktiven Oberflächen eine Reaktionszone; in elektrochemischen Zellen liegt die Zone an der Elektrodenoberfläche; in der Umweltgeochemie kennzeichnen Redoxfronten Reaktionszonen zwischen oxischen und reduzierten Zonen im Boden oder Grundwasser.

Die Beachtung von Reaktionszonen ist wichtig für die Gestaltung von Reaktoren, die Optimierung von Ausbeuten und die Abschätzung von Umweltauswirkungen.