Dampfgehaltsmessungen bei der Druckentlastung von Ethanol

Bei Druckentlastungsexperimenten mit Ethanol an einem Versuchsreaktor von 105 l Volumeninhalt der Hoechst AG wurden nadelförmige Leitfähigkeitssonden zur Messung von Dampfgehalt, Gasgeschwindigkeit und Blasengröße eingesetzt. Es wurden insgesamt 5 Sonden im oberen Bereich des Reaktors auf verschiedenen Höhenmarken eingebaut. Hiervon dienten 4 Einpunktsonden ausschließlich der Dampfgehaltsmessung. Die Spitze der Sonde steht in Kontakt mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit. Durch Versorgung mit einer kleinen Gleichspannung wird ein Strom hervorgerufen, der unterbrochen wird, wenn die Sondenspitze sich in einer Dampfblase befindet. Der Gasgehalt des zweiphasigen Gemisches wird aus der Integration der Kontaktzeit mit der Gasphase bezogen auf die gesamte Meßzeit berechnet. Bei einer weiteren Sonde handelte es sich um eine Zweipunktsonde, die zusätzlich die Bestimmung der Geschwindigkeit der Dampfblasen erlaubt. Dies geschieht durch Auswertung der Zeit, die zwischen dem Eintreffen der Blasen an deren vorderer Elektrode und dem Umschließen der hinteren Elektrode verstreicht. Mit dem bekannten axialen Abstand der zwei Elektroden wird hieraus die Geschwindigkeit berechnet. Durch Kombination der Geschwindigkeitsinformation mit der Dauer des Blasenkontakts wurden Blasengrößen bestimmt. Es konnte gezeigt werden, daß Leitfähigkeitssonden trotz des geringen elektrischen Leitwerts von Ethanol benutzt werden können. Es wurden insgesamt 4 Versuche mit einem Anfangsdruck von maximal 0,98 MPa durchgeführt. Bei der Druckentlastung kam es zum Aufsieden des Behälterinhalts und zum Auftreten eines Zweiphasengemischs. Durch das Anwachsen des Dampfgehalts an der Entlastungsöffnung kommt es zur Beschleunigung des Druckabbaus, woraufhin der Dampfgehalt an den Sondenpositionen zunimmt. Die Sonden registrieren schließlich infolge der Verringerung des Behälterinhalts nacheinander den Durchgang Gemischspiegels. Mit Hilfe der Zweipunktsonde wurden Blasengrößen bestimmt. Durch den zufälligen Charakter der Berührung Blase - Sonde werden Sehnenlängen der Blasen und damit deren Größe bestimmt. Die Meßwerte lassen den Schluß zu, daß eine heterogene Blasenströmung mit einem hohen Anteil von Großblasen vorgelegen hat. Mit dem eindimensionalen Rechenmodell BLDN konnten nach Implementierung eines Stoffdatensatzes für Ethanol die gemessenen Gasgehaltsverläufe gut reproduziert werden.