Single-drop based modelling of solvent extraction in high-viscosity systems

Adinata, Donni; Pfennig, Andreas (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2011)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Das Wissen auf dem Gebiet der Extraktion mit hochviskosen Systemen ist bisher nicht sehr groß, andererseits ist die ökonomische Bedeutung dieser Systeme sehr hoch, weil in der chemischen Industrie Systeme mit hoher Viskosität eine große Rolle spielen, beispielsweise bei der Extraktion von Pharmaka aus Fermentations-lösungen. Zukünftig werden Rohmaterialien für Chemikalien zunehmend von erneuerbaren biologischen Ressourcen abstammen. Diese Chemikalien besitzen vielfach hohe Viskositäten. Die Extraktion kann dabei ein geeignetes Trennverfahren in diesen Prozessen mit hochviskosen Systemen sein. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der hohen Viskosität auf die Extraktion untersucht. Das Verhalten von Extraktionskolonnen bei hochviskosen Systemen wurde mit dem ReDrop Programm vorhergesagt bzw. simuliert. Für die Untersuchung des Einflusses der Viskosität wurde eine Lösung von Polyethylenglycol (PEG) in Wasser verwendet. Als kontinuierliche Phase wurde PEG 4000 bzw. PEG 600 in Wasser verwendet. Toluol bzw. Toluol in Paraffin diente als disperse Phase und Aceton als Stoffübergangskomponente. Die Sedimentationsgeschwindigkeit und der Stoff-übergang bei Einzeltropfen wurden durch Laborexperimente untersucht. Das Henschke-Modell (2003) wurde mit den experimentellen Werten validiert. Die Sedimentationsgeschwindigkeit und der Stofftransport an Einzeltropfen sind stark von der Viskosität der kontinuierlichen Phase abhängig. Ein Einfluss der Viskosität der dispersen Phase kann beobachtet werden, ist aber weniger stark. Die Viskosität der dispersen und der kontinuierlichen Phase beeinflussen die Stoffübergangsrate. Der Einfluss der Viskosität der kontinuierlichen Phase ist im Vergleich zur dispersen Phase deutlich höher. Weiterhin wurde das Verhalten von gepulsten Siebbodenkolonnen mit hochviskosen Systemen untersucht. Ein Lochdurchmesser der Siebböden von 8mm ist dabei für die Extraktion besser geeignet als ein Durchmesser von 2 mm. Die Flussraten sind im Vergleich mit niedrigviskosen Systemen um einen Faktor von 20 niedriger. Die Trennleistung ist viermal niedriger als bei niedrigviskosen Systemen. Das Verhalten von Extraktionskolonnen mit hochviskosen Systemen kann vom Simulationsprogramm ReDrop vorhergesagt werden. Das Modell von Henschke (2003) für den maximalen stabilen Tropfendurchmesser kann für Flüssig-Flüssigsysteme mit hoher Viskosität der kontinuierlichen Phase nicht angewendet werden. Deshalb ist es erforderlich, das Modell für den maximalen stabilen Tropfendurchmesser anzupassen. Dafür sind weitere experimentelle Unter-suchungen in Bezug auf den Tropfenzerfall bei Systemen hoher Viskosität der kontinuierlichen Phase erforderlich. Es konnte aber gezeigt werden, dass ReDrop im Prinzip für die Simulation von Extraktionskolonnen bei hoher Viskosität geeignet ist.

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