Phasenverteilung in Zickzack-Packungen für Rotating Packed Beds

Rotierende Stoffaustauschmaschinen (engl. „Rotating Packed Beds“, RPBs) sind ein vielversprechender Ansatz, um Trennprozesse effizienter und flexibler zu gestalten. Die durch die Rotation der RPB-Packung wirkenden Zentrifugalkräfte resultieren in hohen Scherraten und damit dünnen Flüssigkeitsfilmen nahezu auf der gesamten Packungsoberfläche, die zu großer effektiver Phasengrenzfläche und hohem volumetrischen Stofftransport führen. Dadurch benötigen RPBs ein drastisch kleineres Packungsvolumen als herkömmliche Trennkolonnen.
Allerdings sind beim Betrieb von RPBs – insbesondere in den äußeren Regionen von isotropen Drahtgestrick- oder Metallschaumpackungen – Phasenfehlverteilungen und lokal geringe Stofftransportraten zu beobachten, die das enorme Intensivierungspotential von RPBs noch limitieren. Daher sind spezielle RPB-Packungsdesigns erforderlich, die gleichmäßige fluiddynamische Bedingungen im gesamten Packungsvolumen ermöglichen.
In dieser Arbeit wird untersucht, ob und wie neu entwickelte Zickzack-Packungen zu einer Homogenisierung der Phasenverteilung in der Packung beitragen können. Dazu wird mithilfe der nicht-invasiven winkelaufgelösten Gammastrahlen-Computertomographie die Phasenverteilung während des rotierenden Betriebs untersucht und anschließend analysiert. Die rekonstruierten Schnittbilder geben einen detaillierten Einblick auf die Flüssigkeitsverteilung innerhalb der Packung bei verschiedenen Betriebsbedingungen. Komplementäre Stofftransportmessungen geben ein verbessertes Verständnis über das Zusammenspiel von Packungsstruktur, Fluiddynamik und Trennleistung.