Motivation

Die Trennung von Flüssig/Flüssig-Gemischen in Schwerkraft-Abscheidern ist eine weitverbreitete und zwingende Standardoperation in der Verfahrenstechnik.

Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn zweiphasige Gemische aus organischen und wässrigen Flüssigkeiten getrennt werden müssen, z.B.: Kohlenwasserstoffe/Wasser bei der Mineralölverarbeitung; Lösungsmittel/Wasser in der Produktion von Kunststoffen, Farben, Kautschuken, Pflanzenschutzmitteln, Vitaminen, Lebensmitteln und deren Vor- und Koppelprodukten; Methylester/Glyzerin bei der Biokraftstoffproduktion. Typischerweise kommen für die Abscheider Behälter mit einem Durchmesser von 0,5 - 5 m und einer Länge von 3 - 30 m zum Einsatz. Je nach Werkstoff und Druckstufe ist mit Behälterkosten von ca. 20.000 € bis zu 1.000.000 € zu rechnen.

Ziel des Vorhabens ist es, mittels Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, kurz CFD) einen praxisgerechten Standard zu entwickeln, um auf Basis verfügbarer Prozessdaten den Strömungsverlauf - und damit die partielle Verweilzeitverteilung - in beliebigen Abscheidern zu berechnen.

Durch die zusätzliche Implementierung des Tropfen-Verhaltens (Koaleszenz, Phasen-grenzen) soll auch die Berechnung des Abscheider-Wirkungsgrades ermöglicht werden.

Forschungsvorhaben

AP1: Aufbau Testanlage: kontinuierlicher Betrieb; Messtechnik: Erfassung der Tropfengrößen und –verteilung.

AP2: Charakterisierung von: Zulauf in den Abscheider, Stoffdaten, Tropfengrößenverteilung, Koaleszenzverhalten, etc.; Entwicklung Eichgerät, -verfahren zur Bestimmung des Trennverhaltens und der Auslegungsgrößen für die Abscheider-Berechnung/Simulation.

AP3: Entwicklung eines wissenschaftlich fundierten CFD-Modells zur Beschreibung der Strömung in einem Abscheider; Analyse unterschiedlicher Ein-/Austritts-Geometrien, Validierung der 1-/2-phasigen Strömung in Experimenten.

AP4: Erweiterung des Strömungsmodells mit einem Koaleszenzmodell, Validierung des vollständigen Strömungs-/Koaleszenzmodells im Experiment und in Betriebsanlagen.