Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD)

Anreicherung von Komponenten an Grenzflächen in Flüssigkeitsabscheidungen (ENRICO)

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Beschreibung

Techniken zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen sind in vielen Branchen wie der chemischen und pharmazeutischen Industrie wichtig. Die relevantesten dieser Trenntechniken, wie Destillation und Absorption, basieren auf dem Stofftransport über Flüssigkeitsgrenzflächen. Ergebnisse aus der molekularen Thermodynamik, die seit kurzem zur Verfügung stehen, zeigen, dass für viele industriell wichtige Gemische eine starke Anreicherung von Komponenten an der Flüssigkeitsgrenzfläche auftritt. Es besteht eine auffällige Kongruenz zwischen Unzulänglichkeiten der gegenwärtigen Auslegungsmethoden für Fluidtrennungen und dem Auftreten dieser Anreicherung. Es ist die zentrale Hypothese der vorliegenden Arbeit, dass die Anreicherung zu einem Stoffübergangswiderstand der Fluidgrenzfläche führt, der bei der Auslegung von Fluidtrennverfahren berücksichtigt werden muss. Die Tatsache, dass dies gegenwärtig vernachlässigt wird, führt zu unnötiger Empirie und Inkonsistenzen bei der Auslegung. ENRICO wird das Wissen über die Anreicherung von Komponenten an Fluid-Grenzflächen durch eine neuartige Kombination zweier unabhängiger theoretischer Methoden, nämlich Molekularsimulationen mit Kraftfeldern auf der einen Seite und Dichtegradiententheorie gekoppelt mit Zustandsgleichungen auf der anderen Seite, voranbringen. Damit werden zuverlässige Vorhersagen über das Auftreten der Anreicherung und deren Ausmaß möglich. Diese Ergebnisse werden mit der Theorie der irreversiblen Thermodynamik kombiniert, um erstmals ein Modell für den Stoffübergangswiderstand der Grenzfläche aufgrund der Anreicherung aufzustellen. Auf dieser Grundlage wird in ENRICO ein neuer Ansatz für die Auslegung von Fluidtrennprozessen entwickelt, der zu effizienteren und robusteren Designs führen wird. Die theoretischen Ergebnisse werden durch Experimente vom Labor- bis zum Technikumsmaßstab validiert, und die Vorteile des neuen Ansatzes werden demonstriert. ENRICO wird somit eine Verbindung zwischen der Molekularphysik und der Ingenieurpraxis herstellen. Die Ergebnisse von ENRICO werden einen großen Einfluss auf die Chemietechnik weltweit haben und die Art und Weise, wie Fluidtrennungsprozesse entworfen werden, verändern.