Dipl.-Ing. Felix Gebauer

M.Sc. Jens Heine

Trotz langjährigem Einsatz von Extraktionsprozessen zur Trennung von flüssig-flüssig Systemen in der chemischen, petrochemischen, biochemischen, hydrometallurgischen und nuklearen Industrie, besteht weiterhin ein enormer Forschungsbedarf. Dabei stehen insbesondere Koaleszenzprozesse im Fokus der Forschung von Hochschulen und Firmen der chemischen Industrie.

Die Untersuchung am Einzeltropfen ermöglicht dabei ein sehr hohes Detail­level und eine gezielte Betrachtung einzelner Faktoren. Die eigens dafür entwickelte Testzelle (Abb. 1) zeichnet sich durch eine hohe Chemikalienbeständigkeit (VA, PTFE, Glas) und eine gute optische Zugänglichkeit aus. Dabei wird durch das halbdynamische Kollisionsprinzip (1 hängender und 1 aufsteigender Tropfen) eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Kollisionsbedingungen realisiert (Beispielserien in Abb. 2). Dabei werden die Auswirkungen verschiedener Faktoren wie Hydrodynamik und Stoffsystemeigenschaften auf das Koaleszenzverhalten mittels Hochgeschwindigkeits­messtechnik (30.000 Bilder pro Sekunde) erfasst. Weiterhin werden die Einzeltropfen­untersuchungen zur Validierung von verschiedenen Methoden zur Qualitätssicherung unterstützt. Neben Sedimentationsversuchen zur Charakterisierung der Koaleszenz­neigung, wird das Koaleszenzverhalten in Technikumsversuchen durch Upscaling (DN 100 -150 Kolonne) untersucht. Hierzu werden unter anderem die Tropfengrößen­verteilung (OMOP Sondenmesstechnik) und der Hold-Up (Leitfähigkeitsmessung) erfasst. Die experimentelle Untersuchung wird zusätzlich mittels moderner Simulationsmethoden (CFD, semi analytische Ansätze) unterstützt, um damit lokale Phänomene über die optische Erfassbarkeit hinaus beschreiben und verstehen zu können.

Ziel der zeitlich und räumlich hochaufgelösten Untersuchung von Koaleszenzphänomenen ist die Entwicklung prädiktiver Vorhersagemodelle für die Tropfengrößenverteilung. Diese helfen bei der Kolonnen­auslegung und Prozessoptimierung, welche im Wesentlichen in einer Kosten- und Zeiteinsparung resultieren soll.