Trotz einer weiten Verbreitung in industriellen Prozessen ist die Rektifikation von viskosen Gemischen noch nicht systematisch untersucht. Theoretische Modelle zur Bestimmung der Trennleistung sind in der Regel an niedrigviskose Testsysteme angepasst und ihre Anwendung für hochviskose Flüssigkeiten ist unzuverlässig. Das hat zur Folge, dass Rektifikationskolonnen für Trennaufgaben mit viskosen Gemischen häufig überdimensioniert sind und unnötig hohe Investitions- und Betriebskosten in Kauf genommen werden. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Modells auf Basis von Hydrodynamischen Analogien zur theoretischen Bestimmung der Trennleistung bei der Rektifikation viskoser Gemische. Dazu wurde die Strömung von viskosen Flüssigkeiten in strukturierten Packungen mit Hilfe von Röntgentomographie untersucht und eine neue Methode zur verbesserten Darstellung der tomographischen Bilder entwickelt. Ein Modellierungsansatz zur Beschreibung des Stoff- und Wärmetransports in fluiden Trennprozessen wurde so erweitert, dass er zur Untersuchung der Rektifikation von viskosen Polymerlösungen genutzt werden kann. Dabei wurde neben den Ergebnissen der tomographischen Untersuchungen auch Messungen an einem neuartigen Versuchsaufbau zur Trennleistungsmessung von Systemen mit nichtverdampfenden Komponenten berücksichtigt. Abschließend erfolgte ein Vergleich von Simulationsergebnissen mit experimentellen Daten und eine Simulationsstudie zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Parameter auf die Trennleistung.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Strukturierte Packungen werden seit einigen Jahrzehnten erfolgreich für Trennprozesse in Kolonnen eingesetzt, um einen optimalen Stoffaustausch zwischen kontaktierenden fluiden Phasen zu gewährleisten. Zur Beschreibung der Strömung der beiden Phasen sowie deren Wechselwirkungen wurden diverse Modellansätze entwickelt. Jedoch ist das reale Strömungsverhalten in strukturierten Packungen noch nicht vollständig erfasst worden, wodurch eine gezielte Optimierung von Kolonneneinbauten nicht vorrangetrieben werden kann. CFD-Simulationen ermöglichen hierbei einen genauen Einblick in die lokalen Transportphänomene und stellen eine nützliche Ergänzung zu experimentellen Untersuchungen dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein ganzheitlicher Ansatz zur Packungsoptimierung mit CFD-Methoden vorgestellt. Dazu wird ein einphasiger Modellierungsansatz präsentiert, mit dem die Entiwcklung und Optimierung von strukturierten Pakungen durchgeführt werden kann. Anhand eines Beispiels wird eine Packungsentwicklung demonstriert. Die vielversprechendste Konfiguration wird anschließend hergestellt und experimentell Untersucht. In einem weiteren Schritt werden umfangreiche Strömungssimulationen zur Aufklärung der zweiphasigen Strömung in strukturierten dargestellt.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-04-08
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Aktualisiert: 2023-04-08
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