Experimentelle Untersuchung zum Einfluss der Grenzschichtdynamik in Blasenströmungen auf Stofftransport und chemische Reaktionen
In der chemischen Verfahrenstechnik müssen häufig gasförmige Stoffe mit einer kontinuierlichen flüssigen Phase vermischt und zur Reaktion gebracht werden (z.B. Oxidationen und Hydrierungen), wobei in der Regel eine möglichst große Ausbeute und Selektivität angestrebt wird. Hierfür kommen vorzugsweise Blasenströmungen zur Anwendung, in denen die Gasphase dispers in der Flüssigphase vorliegt. Die Zeitskalen der Vermischung werden hierbei durch die Transportwiderstände der Phasengrenzen und Grenzschichten sowie die Schwarmturbulenz bestimmt. Die Abstimmung dieser Transportprozesse mit den Zeitskalen der Reaktion zur Erzielung hoher Ausbeuten und Selektivitäten stellt in der chemischen Industrie ein erhebliches Optimierungspotenzial dar. Daher sollen in diesem Projekt grenzschichtnahe Transportprozesse mit überlagerter chemischer Reaktion in Blasenströmungen experimentell bestimmt und modelliert werden. Hierbei wird der Einfluss praxisrelevanter Grenzflächendeformationen berücksichtigt, die durch die Formdynamik der Blasen (wobbeln), den Impulsaustausch mit der Flüssigphase (Schwarmturbulenz) sowie Blasenkollisionen (Bouncing) hervorgerufen werden. Als Messtechnik kommt die Time Resolved Scanning - Laser Induced Fluorescence (TRS-LIF) in Kombination mit einem hochauflösenden PIV-System zur Anwendung. In der zweiten Förderperiode sollen die nun bereitstehenden chemischen Reaktionssysteme genutzt werden, um die Analyse, Modellierung und Berechnung der Ausbeute und Selektivität von Konsekutiv- und Parallelreaktionen in Blasenströmungen zu ermöglichen.
Experimental Investigation of Reactive Bubbly Flows - Influence of Boundary Layer Dynamics on Mass Transfer and Chemical Reactions
Bubble column reactors are an example for multiphase reactors where gas is dispersed in a liquid phase. For the realization of chemical reactions this reactor has proven and is often used in chemical industry. Besides the advantages, like the simple construction, the flow structure and the high number of coupled influence factors, which determine the mass transfer between gas and liquid, are tough to grasp. The priority program 1740 “reactive bubbly flows” addresses this gap in the description of bubble columns. The here presented sub-project works on bubble-bubble-interactions in bubbly flows and will contribute models to the overall description of bubble columns.
