Multi-Phase

Im Rahmen des Projektes wurden Rechenmodelle und Messmethoden entwickelt, mit denen detaillierte lokale Daten an Mehrphasenströmungen unter industriellen Bedingungen (organische Lösungsmittel, hohe Drücke, hohe Temperaturen) gewonnen werden können. Hierfür wurden am Institut für Mehrphasenströmungen und am Institut für Technische Biokatalyse Laborversuche durchgeführt, mit denen die entwickelten Messmethoden unter Industriebedingungen erprobt und optimiert werden können. Als Messtechniken kamen u.a. die Endoscopic Bubble Image Velocimetry (EBIV) zur Bestimmung von Blasengrößenverteilungen und Geschwindigkeiten sowie die ATR-Messtechnik zur Bestimmung lokaler Konzentrationsfelder zur Anwendung. Hierdurch gelingt die separate Erfassung von spezifischer Phasengrenzfläche und Stofftransportkoeffizient. Mit Hilfe der Ergebnisse können Parameter mit signifikantem Einfluss auf den Stoffaustausch zwischen Gas- und Flüssigphase identifiziert und zur Schärfung von halbempirischen Modellen oder Simulationen verwendet werden. Für die numerischen Simulationen wurde die Expertise des Center of Smart Interfaces (CSI) der TU Darmstadt und des Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) eingebunden. Während CSI hochauflösende direkte numerische Simulationen zur Vorausberechnung von Blasenaufstiegsgeschwindigkeiten und Stofftransportprozessen durchgeführt wurden, erfolgte am KIT die Simulation der Hydrodynamik in der Blasenströmung unter besonderer Berücksichtigung der blaseninduzierten Turbulenz. Die somit optimierten Messmethoden und Modelle wurden schließlich auf einen Blasensäulenreaktor im Pilotmaßstab unter Industriebedingungen bei der Firma EVONIK Industries in Marl angewendet und die gewonnenen Messdaten zur weiteren Validierung von numerischen Simulationen und für die Optimierung von Modellen genutzt. Aus den neuen Erkenntnissen wurde schließlich eine Auslegungs- und Scale-up Strategie für Mehrphasenreaktoren entwickelt, die eine deutlich exaktere Berechnung ermöglicht und damit einen wesentlichen Beitrag zur Minderung von CO₂-Emissionen in der chemischen Industrie leisten kann.

Publikationen

• Becker, M.; Tuinier, M.; Rollbusch, P.; Ludwig, M.; Franke, R.; Grünewald, M.; Schlüter, M.: BMBF-Projekt "Multi-Phase". Chemie Ingenieur Technik, 2013(85): S. 989-991, 7 2013. , DOI: 10.1002/cite.201390062
• Wiedemann, M.; John, S.; Schlüter, M.; Kutschera, D.; Riener, F.-X.; Döring, W.; Eisenlauer, J.: Einsatz des Strahlzonen-Schlaufenreaktors bei stofftransportlimitierten, mehrphasigen chemischen Reaktionen. Chemie Ingenieur Technik, 2010(82): S. 243-250, 3 2010. , DOI: 10.1002/cite.200900164
• Schlüter, M.: Lokale Messverfahren für Mehrphasenströmungen. Chemie Ingenieur Technik, 2011(83): S. 1084-1095, 7 2011. , DOI: 10.1002/cite.201100036.
• Bothe, M.; Schlüter, M.: Modellierungsparameter für Blasenströmungen. Chemie Ingenieur Technik, 2013(85): S. 1023-1035, 7 2013. , DOI: 10.1002/cite.201300051.
• Wiedemann, M.; Räbiger, N.; Schlüter, M.; Eisenlauer, J.; Riener, F.-X.; Kutschera, D.; Neumann, S.; Döring, W.: Scale-down des Strahlzonen-Schlaufenreaktors: Entwicklung eines Screening-Tools für transportlimitierte chemische Reaktionen. Chemie Ingenieur Technik, 2011(85): S. 349-357, 3 2011. , DOI: 10.1002/cite.201000098
• Räbiger N.; Schlüter M.: VDI Heat Atlas, , Jg. 2010Kapitel Chapter L4.1: Formation and Movement of Bubbles and Drops. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, , VDI-GVC. 10.1007/978-3-540-77877-6_89.
• Rollbusch, Philipp; Bothe, Melanie; Becker, Marc; Ludwig, Martina; Grünewald, Marcus; Schlüter, Michael; Franke, Robert: Bubble columns operated under industrially relevant conditions – Current understanding of design parameters. Chemical Engineering Science, 126: S. 660-678, 2015. , DOI: 10.1016/j.ces.2014.11.061, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250914007362