Kontakt

Dr. Ragna Kipping

r.kippingAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2778

Dr. Holger Kryk

Lei­ter Fluid­verfahrenstechnik
h.krykAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2248

Reaktive Blasenströmungen

Teilprojekt: Experimentelle Untersuchung von Hydrodynamik, Stofftransport und Reaktion in Blasenströmungen mittels ultraschneller Röntgentomographie und lokaler Sonden

In der chemischen Industrie laufen reaktive Prozesse häufig in einem gasdispersen Zweiphasensystem ab. Durch Wechselwirkungen der Gas- und Flüssigphase treten komplexe Strömungsstrukturen auf, welche den Stofftransport und letztendlich die Ausbeute und Selektivität chemischer Reaktionen beeinflussen. Einfache Reaktormodelle sind üblicherweise nicht in der Lage, diese komplexen Wechselwirkungen vollständig abzubilden. Lokale hydrodynamische Parameter, wie Gasgehalt, Blasengrößenverteilung und blaseninduzierte Turbulenz, gewinnen besonders in Systemen mit hoher Gasblasendichte an Bedeutung. Vor allem der Einfluss der blaseninduzierten Turbulenz auf die Struktur von Blasenschwärmen, der Stofftransport in die Flüssigphase und die sich daraus mit dem Reaktionsablauf ergebenden Spezieskonzentrationsverteilungen sind bisher, vor allem aufgrund fehlender Messtechnik, lokal kaum untersucht.

Ziel des im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP-1740 (Link: www.dfg-spp1740.de) „Einfluss lokaler Transportprozesse auf chemische Reaktionen in Blasenströmungen“ ist die experimentelle Charakterisierung der Hydrodynamik und die Untersuchung deren Einflusses auf die chemische Absorption in einer Laborblasensäule (DN 100). Mit Hilfe der ultraschnellen Röntgentomographie werden dabei Strömungsstruktur und Blasenschwarmdynamik untersucht und durch den komplementären Einsatz der Hitzdrahtanemometrie zusätzlich Flüssigphasen-Geschwindigkeiten und Turbulenzparameter bestimmt.

Visualisierung des Verbrauchs der Hydroxidionen während der chemischen Absorption von CO2 mittels Gittersensormesstechnik für unterschiedliche Gasleerrohrgeschwindigkeiten
Abbildung 1: Visualisierung des Verbrauchs der Hydroxidionen während der chemischen Absorption von CO2 mittels Gittersensormesstechnik für unterschiedliche Gasleerrohrgeschwindigkeiten.

Für das in der ersten von zwei Förderphasen untersuchte Stoffsystem CO2/NaOH wurde erstmals die Gittersensormesstechnik zur Erfassung lokaler Spezieskonzentrationen qualifiziert und somit experimentell die lokalen Stofftransportraten im Querschnitt der Säule ermittelt. Die gewonnen Daten dienen als Benchmark für die Validierung numerischer Strömungssimulationsmodelle und ermöglichen ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Hydrodynamik, Stofftransport und chemischer Reaktion.

Kooperation

TU Hamburg Harburg, LMU München, Universität Stuttgart, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, HA 3088/8-1)

Publikationen

  • R. Kipping, H. Kryk, E. Schleicher, M. Gustke, U. Hampel
    Application of wire-mesh sensor for the study of chemical species conversion in a bubble column
    Chemical Engineering & Technology 40, 8, 1425-1433 (2017)
  • R. Kipping , E. Schleicher, H. Kryk, U. Hampel
    Characterization of a chemical reaction in a bubble column using wire-mesh sensor and ultrafast X-ray CT
    Proceedings 8th World Congress on Industrial Process Tomography (WCIPT8), 24.-26. September 2016, Iguassu Falls, Brasilien (2016)
  • R. Kipping, H. Kryk, U. Hampel
    Experimental investigation of mass transfer of CO2 bubbles with ultrafast electron beam X-ray tomography
    FERMaT-SPP1740-Symposium, 06.-08. June 2016, Toulouse, Frankreich (2016)

Web-Link

www.dfg-spp1740.de