Investigations on multi phase flow in inline separators using ultra fast X-ray tomography and wire mesh sensors


Investigations on multi phase flow in inline separators using ultra fast X-ray tomography and wire mesh sensors

Schäfer, T.; Schleicher, E.; Hampel, U.

The optimization of separation processes with respect to the capacity and efficiency and the decreasing of the required residence time for the separation is significant for production of raw materials for petrochemical industries and in numerous operations of process engineering. Compact inline separators with swirl elements provide a smart technology for fast and robust mechanical separation of gases and liquids. A significant advantage of these separators is their small size and their applicability directly in pipes. However, unfavorable operating states in terms of separation quality (selectivity) appearing under specific conditions, caused by flow instabilities. They are leading to gas and liquid carry over effects. For the here presented tomographic investigations, it was a main objective to analyze the fluid dynamics inside and in the surrounding area of these separators, to improve the quality and efficiency of these separators. Therefore, ultrafast X-ray tomography and wire mesh sensor technology were used. Applying these tomographic measurement techniques, hydrodynamic characteristics, like the local distribution of the phase fractions, can be captured with very high spatial and temporal resolution. Thus it was possible, to evaluate the separation quality as well as critical flow regimes. Additionally, the obtained data are a basis for the modeling of the separation processes and the effects occurring thereby. Based on this, CFD simulations of the processes can be executed more accurately and design modifications and optimizations of the inline separators can be derived.

Die Optimierung von Separationsverfahren hinsichtlich Leistungsstärke und Effizienz bei Verringerung der notwendigen Verweilzeiten für die Separation hat eine hohe Bedeutung für die Gewinnung von Rohstoffen für die petrochemische Industrie und in einer Vielzahl verfahrenstechnischer Prozesse. Kompakte Inline-Separatoren mit Drallelementen bieten dabei eine elegante Möglichkeit für eine schnelle und robuste mechanische Separation von Gasen und Flüssigkeiten. Ein wesentlicher Vorteil dieser Separatoren ist ihre geringe Größe und die Möglichkeit des direkten Einsatzes in Rohrleitungen. Dabei treten unter bestimmten Umständen jedoch auch ungünstige Zustände hinsichtlich der Qualität der Separation (Trennschärfe), verursacht durch Strömungsinstabilitäten, auf. Diese führen zu Gas- und Liquid-carry-over Effekten. Ein wesentliches Ziel der hier vorgestellten tomographischen Untersuchungen war es, die Strömungsdynamik in der Umgebung und innerhalb solcher Separatoren aufzuklären, um damit Qualität und Effizienz der Separation weiter zu verbessern. Für diese Untersuchungen wurde neben der ultraschnellen Röntgentomographie auch die Gittersensormesstechnik eingesetzt. Mit diesen beiden tomographischen Messtechniken können hydrodynamische Größen, wie die lokale Verteilung der einzelnen Phasenanteile, mit sehr hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung gemessen werden. Mit diesen Messdaten war es möglich, die Separationsqualität zu beurteilen und kritische Strömungsregime zu erkennen. Die gewonnenen Daten bilden zudem die Grundlage für eine Modellierung des Separationsprozesses und dabei auftretender Effekte. Darauf aufbauend können genauere CFD-Simulationen der Prozesse durchgeführt werden und konstruktive Optimierungen für die Inline-Separatoren abgeleitet werden.

Keywords: multi phase flow; inline cyclonic separator; swirl element; x-ray tomography; wire mesh sensor

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    Jahrestreffen der Fachgruppen Mehrphasenströmungen und Wärme- und Stoffübertragung, 24.-25.03.2014, Fulda, Deutschland
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    Jahrestreffen der Fachgruppen Mehrphasenströmungen und Wärme- und Stoffübertragung, 24.-25.03.2014, Fulda, Deutschland
    KURZFASSUNGEN - Jahrestreffen der Fachgruppen Mehrphasenströmungen und Wärme– und Stoffübertragung: DECHEMA / VDI, 70-70

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Publ.-Id: 20163