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Dr. Markus Schubert
Experimental Thermal Fluid Dynamics
m.schubertAthzdr.de
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Transportprozesse in Blasensäulenreaktoren

Blasensäulen zählen zu den am häufigsten verwendeten Apparaten im Bereich der chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Industrie. Aufgrund des großen ökologischen Fußabdrucks vieler darin ablaufender Prozesse tragen Beiträge zur Reaktor- und Verfahrensoptimierung zu erheblichen Einsparungen beim Energieeinsatz, bei der Emission von Treibhausgasen und beim Einsatz von Katalysatormaterial bei.

Das Verständnis und die Optimierung der komplexen Mehrphasenströmung in Blasensäulen erfordern detaillierte Analysen zu Fluiddynamik und Stofftransport. In Blasensäulen bilden sich Blasenschwärme mit komplexen Interaktionen, charakteristischen Anordnungen und kohärenten Strukturen aus. Die instantanen Strömungsmuster bestehen aus großen Zirkulationszellen und kleinen Wirbeln unterschiedlicher Energiespektren.

Trotz der vergleichsweise einfachen Konstruktion von Blasensäulen, ist das Verständnis über die Ausbildung von Strömungsmustern und charakteristischem Blasenschwarmverhalten nach wie vor unzureichend erforscht, um bereits vorab Betriebs- und Reaktorparameter und zu erzielende Reaktorleistung zu verknüpfen. Darüber hinaus stellt die experimentelle Charakterisierung der Strömungsmuster, der Blasenschwarmdynamik und der Interaktionen innerhalb des Verbunds, z.B. Blasenkoaleszenz und -zerfall, nach wie vor eine große Herausforderung dar und erfordert neue Ansätze und fortgeschrittene Messtechniken. Das gilt erst recht für Blasensäulen mit Einbauten (Wärmeübertrager), katalysatorpartikel-beladenen Flüssigkeiten (Suspensionsblasensäulen) und reaktive Systeme.

Die gegenwärtigen Forschungsarbeiten beinhalten Aktivitäten in den Bereichen:

Foto: Grundlegende fluiddynamische Untersuchungen - refpic ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Fundamental analysis of gas and liquid phase dynamics

Experimental analyses in bubble columns using advanced noninvasive imaging techniques, namely Ultrafast X-ray Computed Tomography and Radioactive Particle Tracking, in a time-resolved manner were performed, where each data set provides complimentary ­information to the other.
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Foto: Reactive two-phase flows - refpic ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Reactive two-phase flows (DFG Priority Program SPP1740)

The aim of this sub-project is the experimental investigation of hydrodynamics in bubbly flows and their influence on the chemical absorption in a lab-scale bubble column (100 mm).
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Foto: Bubble columns with internals - refpic ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Bubble columns with internals

The aim of this study is to reveal the influence of various tube layouts and sizes in bubble columns on the hydrodynamics, i.e. bubble size distribution, interfacial area, velocity profiles and gas phase holdup.
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Foto: Slurry bubble columns - refpic ©Copyright: Dr. Markus Schubert

Impact of catalyst particles on the hydrodynamics in slurry bubble columns

The optimization of energy-intensive processes requires the best possible utilization of the compression energy in terms of gas-liquid interfacial area and phase interactions considering the impact of suspended catalyst particles.
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