Quantitative Beschreibung von Koaleszenzvorgängen in Extraktionskolonnen

Kopriwa, Nicole Sabine; Pfennig, Andreas (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2014)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Ein wichtiger Aspekt bei der Dimensionierung von Extraktionsprozessen ist die Bestimmung der Koaleszenzeigenschaften eines Systems. Da das Koaleszenzverhalten eines Stoffsystems bereits durch Spurenverunreinigungen stark beeinflusst werden kann, sind zur Charakterisierung der Koaleszenz immer Untersuchungen mit dem System durchzuführen, welches auch für den späteren Extraktionsprozess eingesetzt wird. In der Literatur sind dazu verschiedene Messmethoden bekannt, mit denen das Koaleszenzverhalten eines Systems ermittelt werden kann. Zur Auslegung von Mischer-Abscheider-Prozessen bietet der diskontinuierliche Absetzversuch eine vergleichsweise schnelle Methode, um die Koaleszenzeigenschaften eines Systems zu charakterisieren. Dagegen sind die in der Literatur beschriebenen Methoden zur experimentellen Ermittlung des Koaleszenzverhaltens in Extraktionskolonnen mit deutlich höherem Aufwand verbunden, da aufwändige Technikumsversuche durchgeführt werden müssen. Ziel der Arbeit war es daher, eine Methode zu entwickeln, mit der auch die Koaleszenz für Extraktionskolonnen mit möglichst geringem Aufwand charakterisiert werden kann. Dazu wurden drei verschiedene Messmethoden, die in der Literatur für die experimentelle Untersuchung der Koaleszenz für verschiedene Extraktionsprozesse beschrieben und validiert sind, im Rahmen dieser Arbeit untersucht und verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass der diskontinuierliche Absetzversuch, der mit relativ geringem Aufwand durchgeführt werden kann, auch für die Charakterisierung der Koaleszenz in Extraktionskolonnen verwendet werden kann. Um die Ergebnisse aus dem Absetzversuch auf Extraktionskolonnen übertragen zu können, wurden entsprechende Modellansätze aus der Literatur weiterentwickelt. Dabei wird das Koaleszenzverhalten in einer Kolonne in zwei Beiträge diskriminiert: Einerseits sind die apparatespezifischen hydrodynamischen Einflüsse zu berücksichtigen, die beispielsweise den lokalen Turbulenzgrad sowie die Kontaktzeit zwischen sich begegnenden Tropfen bestimmen. Diese müssen für eine gegebene Kolonnengeometrie nur einmal bestimmt werden. Der zweite Beitrag resultiert aus dem eigentlichen stoffsystemspezifischen Koaleszenzverhalten. Der Einfluss des Stoffsystems auf die Koaleszenz kann dabei basierend auf den Ergebnissen aus einem Absetzversuch quantifiziert werden. Somit ist es mit Hilfe der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Methode möglich, das Koaleszenzverhalten eines Systems für verschiedene Extraktionsapparate, sowohl Mischer-Abscheider als auch Extraktionskolonnen, mit einem einfachen und schnell durchführbaren Laborversuch zu ermitteln.

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