Untersuchungen zu Flüssigkeitsholdup und -verteilung in strukturierten Packungen mittels schneller Elektronenstrahl-Röntgen-Tomographie. Jahrestreffen der Fachgruppen CFD und Fluidverfahrenstechnik

Strukturierte Packungen werden vielfältig als trennwirksame Einbauten in Destillations- und Absorptionskolonnen eingesetzt. In Gegenstromfahrweise stellt der Flutpunkt den oberen Punkt des Betriebsfensters dar, bei dem in den Packungskanälen Flüssigkeit akkumuliert und die Gasphase dispergiert wird. Durch die Modifikation der Packungsgeometrie kann der Flutpunkt zu höheren Durchsätzen verschoben und damit die Kapazität von Kolonnen erhöht werden. Zur Optimierung der Packungsstruktur sowie zur Prozessmodellierung ist eine genaue Kenntnis der Strömung in der Packung notwendig.
Zur Untersuchung der Phasenverteilung in Gas-Flüssig-Kontaktapparaten wurde eine neue Messtechnik eingesetzt. Im Gegensatz zu klassischen strahlungsbasierten Tomographieverfahren benötigt die schnelle Elektronenstrahl-Röntgen-Tomographie keine Rotation von Objekt oder Messsystem. Stattdessen erzeugt ein ablenkbarer Elektronenstrahl auf einem ringförmigen Target um das Objekt einen bewegten Röntgenfleck. Die Schwächung der Röntgenstrahlung in Abhängigkeit der vorliegenden Phasenverteilung wird durch den kreisförmig angeordneten Detektor gemessen. Damit kann die Phasen-Verteilung in der Packung mit einer sehr schnellen Bildrate von 2000 Hz und höher visualisiert werden.
Die Verteilung der Flüssigphase wurde in einer 80 mm Kolonne bei unterschiedlichen Gas- und Flüssigkeits-Beladungen (Stoffsystem Wasser/Luft) gemessen. Zwei Packungen unterschiedlicher spezifischer Oberfläche (Montz B1-350MN, B1-500MN) wurden eingesetzt, um den Einfluss der Packungsgeometrie zu untersuchen. Die rekonstruierten Bilder der tomographischen Messungen wurden aufbereitet und die Verteilung der Flüssigphase analysiert. Der sich einstellende Holdup wurde vor und am Flutpunkt berechnet und mit konventionell gemessenen Werten verglichen. Die schnelle Röntgentomographie erlaubt ganz neue Einblicke in die Dynamik der Flüssigkeitsströmung innerhalb der strukturierten Packung.