Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Aufbau eines laminaren Strömungsreaktors

03.12.2021

Es wurde ein laminarer Strömungsreaktor (engl. plug-flow reactor, PFR) zur Untersuchung der Gasphasenchemie im Temperaturbereich von ca. 400 ‒ 1200 K aufgebaut. Er soll zukünftig Informationen über chemische Reaktionen bei Zündprozessen liefern. Der Strömungsreaktor, welcher in den vergangenen Jahren in der Arbeitsgruppe von Prof.‘in Kohse-Höinghaus (Universität Bielefeld) aufgebaut und stetig weiterentwickelt wurde und sich seitdem zur Untersuchung der Niedertemperaturchemie etabliert hat, wurde im Oktober 2020 vom Fachbereich 3.7 übernommen.

Bei dem Strömungsreaktor handelt es sich um ein Quarzglasrohr, welches eine Länge von 1300 mm und einen Innendurchmesser von 8 mm aufweist und sich in einem Heizofen befindet, der in acht Heizzonen unterteilt ist, in denen die Reaktortemperatur unabhängig voneinander geregelt werden kann. Das zu untersuchende Gasgemisch wird bei einer definierten Temperatur durch den PFR geleitet, wobei die Strömungsbedingungen so gewählt werden, dass es zur Ausbildung einer so genannten laminaren Propfenströmung kommt, bei welcher keine Turbulenzen oder radialen Diffusionsprozesse auftreten.

Durch die einfache Geometrie und Strömungsdynamik ist dieser Typ von Reaktor ein ideales Modellexperiment zur Validierung von kinetischen Modellen dar. Die Gasphasenchemie wird mithilfe der Molekularstrahlmassenspektrometrie (engl. molecular-beam mass spectrometry, MBMS) analysiert. Hierzu wird mithilfe einer Quarzglasdüse eine Gasprobe am Ausgang des Strömungsreaktors entnommen und über eine zweistufige Expansion in einen Molekularstrahl überführt. Bei der anschließenden massenspektrometrischen Analyse werden detaillierte und quantitative Speziesdatensätze erhalten, die Information über die Gasphasenchemie in Abhängigkeit von der Reaktortemperatur liefern.

Zhang, Hao; Schmitt, Steffen; Ruwe, Lena; Kohse-Höinghaus, Katharina: Inhibiting and promoting effects of NO on dimethyl ether and dimethoxymethane oxidation in a plug-flow reactor. Combustion and Flame, 224 (2021), 94-107, Opens external link in new windowhttps://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.08.027 

Ruwe, Lena; Burke, Cai, Liming; Wullenkord, Julia; Schmitt, Steffen C.; Felsmann, Daniel; Baroncelli, Martina; Chen, Bingjie; Moshammer, Kai; Hansen, Nils; Pitsch, Heinz; Kohse-Höinghaus, Katharina: Low- and high-temperature study of n-heptane combustion chemistry. Proceedings of the Combustion Institute, 38 (2021), 405-413, Opens external link in new windowhttps://doi.org/10.1016/j.proci.2020.07.007