Charakterisierung zweiphasiger Feeds in Trennapparaten mit kritischen Stoffwerten

Stoffströme in Zuleitungen und im Eintrittsbereich von Trennapparaten müssen gezielt konditioniert und ausgelegt werden um problematische Prozesszustände zu vermeiden. Werden durch ungeeignete Einspeisegeometriene Konzentrations-, Temperatur- oder Impulsgradienten in den Zulauf (Feed) einer Trennkolonne oder eines Phasenabscheiders eingetragen, kann die Leistung der Eintrittsstufe beeinträchtigt werden. Im Falle zweiphasiger Feeds kann falsch ausgelegte Einspeisung beispielsweise zu erhöhter Tropfenbildung und -dispersion beitragen, Schäden am Außenmantel des Apparats hervorrufen oder zum Verblocken von Einbauten, wie Böden oder Ablaufschächten, führen.
Für eine Vielzahl praxisrelevanter Stoffsysteme erfolgt die Auswahl und die Dimensionierung notwendiger Zusatzausrüstung für die Einspeisung heuristisch und anhand von empirischen Korrelationen, welche hauptsächlich mit Daten für das Referenzsystem Wasser/Luft entwickelt wurden. Deren Übertragbarkeit auf kritische Stoffwerte (niedrige Grenzflächenspannung, niedrige Viskosität, hohe Dampfdichte) ist daher oft nur bedingt möglich. Gleiches gilt für die Auswahl geeigneter Einspeiseorgane für zweiphasige Feeds, die die Kenntnis von Phasenanteil und Strömungsform unter Prozessbedingungen (Feedleitungen mit großen Nennweiten und geringen Einlauflängen) erfordern.
In einer neuen Technikumsanlage am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf wird ein Kreislaufprozess mit einem Kältemittel betrieben, mit dem zweiphasige Feeds bei kritischen Stoffwerten charakterisiert werden können. Eine modular aufgebaute Feedleitung (D = 200 mm, L = 20 D) ermöglich die Bestimmung von Strömungsformen flashender Feeds mittels bildgebender Gittersensorik.
Als Kältemittel wird 3MTM Novec 649TM eingesetzt, welches Untersuchungen bei niedrigen Oberflächenspannungen (<10 mN/m) und hohen Dampfdichten (18 bis 170 kg/m³) bei gleichzeitig hohen Dichtedifferenzen den Phasen (887 bis 1450 kg/m³) ermöglicht. Die auftretenden Strömungsmorphologien in der Feedleitung nahe der Entspannungsarmatur und am Kolonneneintritt wurden für verschiedene Massenströme und Dampfanteile charakterisiert und mit gängigen Strömungskarten und Wasser/Luft-Experimentaldaten verglichen.
Diese Arbeiten im Rahmen des Projektes TERESA wurden durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) gefördert (FKZ 03ET1395).