Für die technische Entwicklung, Auslegung und Optimierung von zweiphasig durchströmten Monolithreaktoren (Dreiphasenmonolithreaktoren) für katalytische Gas/Flüssig-Reaktionen sind umfangreiche Kenntnisse der komplexen Zusammenhänge zwischen Hydrodynamik und Stofftransport notwendig. Bisherige Berechnungsgleichungen zur Abschätzung der Stofftransportraten einzelner Teilschritte (Gas-Fest, Gas-Flüssig, Flüssig-Fest) berücksichtigten den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeiten und der Gasblasen- und Flüssigkeitskolbenlängen unzureichend. Folglich sind darauf basierende Reaktormodelle für eine Reaktorauslegung und ein modellbasierte Optimierung nicht hinreichend verlässlich. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes wurde eine neuartige Messapparatur zur Bestimmung der Stoffübergangskoeffizienten (ka)GS, (ka)GL, (ka)LS bei gleichzeitiger Aufklärung der Hydrodynamik in einem kanalförmigen Reaktionsraum entwickelt und eingesetzt. Kernstücke der Messapparatur sind transparente Kanäle vor und hinter dem Reaktionssegment, die durch eine Einbettung in Acrylharz eine nichtinvasive Visualisierung der Strömung unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur erlauben. Des Weiteren können aggressive, korrosive Medien wie sie in der Industrie eingesetzt werden, wie z. B. Wasserstoff und organische Lösungsmittel, verwendet werden. Es wurde eine variable Gas/Flüssig-Einspeisung zur gezielten Steuerung der Gasblasen- und Flüssigkeitskolbenlängen bei konstanten Strömungsgeschwindigkeiten entwickelt. Die Aufklärung der Stofftransportkoeffizienten wurde mit einer detaillierten Untersuchung der Hydrodynamik der Gas/Flüssig-Strömung kombiniert, da das Strömungsregime, die Gasblasen- und Flüssigkeitskolbenlängen maßgeblich die Stoffaustauschflächen bestimmen. Die Strömung in den Kanalsystemen wurde mit Hochgeschwindigkeitskamerasystemen visualisiert und hinsichtlich der hydrodynamischen Parameter charakterisiert. Die Strömungen in den Kanalstrukturen wurden in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeiten, der Kanalgeometrie, des Gas/Flüssig-Mischsystems, der Stoffeigenschaften, der Strömungsrichtung und des Systemdrucks bestimmt. Des Weiteren konnte der Blasenbildungsmechanismus an der Spitze des Mischsystems und die Entwicklung der Gasblasen- und Flüssigkeitskolbenlängen aufgeklärt und korreliert werden. Die Stofftransportkoeffizienten wurden anhand experimenteller Reaktionsstudien der Hydrierung von Alpha-Methylstyrol zu Cumol unter extern stofftransportlimitierten Bedingungen bestimmt. Die Stofftransportkoeffizienten aller drei Teilschritte steigen mit Erhöhung der Gas- und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten an. Durch eine Variation der Gasphasenanteile konnte gezeigt werden, dass die Geschwindigkeit des Stofftransportschritts Gas/Fest und die der Reihenschaltung aus Gas/Flüssig und Flüssig/Fest für eine breiten Bereich an Gas- und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten annähernd gleich ist. Die übergehende Wasserstoffmenge steigt mit Verringerung des Kanaldurchmessers durch eine Vergrößerung der volumenspezifischen Austauschflächen an, wobei runde Kanäle höhere Stofftransportkoeffizienten aufwiesen als quadratische Kanäle. Basierend auf den experimentellen Daten wurden Korrelationsgleichungen hergeleitet, die die Abschätzung der Stofftransportkoeffizienten der einzelnen Transportschritte ermöglichen. Es wurde ein Modell eines Monolithreaktors auf der Basis der Massebilanzen aller beteiligten Komponenten und einer Wärmebilanz entwickelt. Das Model zeichnet sich besonders durch die Berücksichtigung folgender Parameter aus: a) Diffusions- und Reaktionsvorgänge innerhalb der Katalysatorschicht, b) Abnahme der Gasblasenlänge durch Wasserstoffverbrauch und die damit verbundene Veränderung der volumenspezifischen Stoffaustauschflächen in Abhängigkeit der Reaktorlänge und c) Veränderung der Stoffeigenschaften mit Erhöhung der Reaktortemperatur. Das Reaktormodell ist in der Lage, die Daten der experimentellen Versuche gut wiederzugeben und kann für die Auslegung von Monolithreaktoren verwendet werden.