Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Flüssig-Flüssig-Stofftransport in Mikrokapillaren
Florian Kaske
Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von Flüssig-Flüssig-Pfropfenströmungen zum Erreichen hoher Stoffübergangsraten zur Prozessintensivierung, auch für stofftransportlimitierte Systeme, wurde mittels Experimenten und numerischen Verfahren untersucht.
Zum Einsatz bei der Charakterisierung der Phänomene in den Mikrokanälen kamen dabei fluoreszenzmikroskopische Systeme. Zuerst wurde dabei die Verweilzeitverteilung von zweiphasigen Stoffsystemen bestimmt, indem, ausgehend von Messungen in einphasigen Systemen, ein durch Photolyse mit einem Laser aktivierbarer Tracer eingesetzt wurde. Des Weiteren wurde in einem nächsten Schritt der Anteil der Dispersion über den Wandfilm der kontinuierlichen Phase quantifiziert. Abschließend wurde der Stofftransport über die Phasengrenzfläche in situ im Kanal verfolgt indem ein Chelat eingesetzt wurde, der nur nach Stoffübergang von der wässrigen Phase in die organische Phase fluoreszierte.
Darüber hinaus wurden im Labormaßstab verschiedene Bauteile, sowohl zum Erzeugen von Pfropfenströmungen als auch für die Phasentrennung, untersucht wobei der Fokus vor allem auf dem Aufbau eines robust betreibbaren Extraktionsmoduls lag. Die gemessenen Stofftransportraten wurden in Relation zu den Betriebsparametern wie Strömungsgeschwindigkeit und Pfropfenlänge gesetzt. Ausgehend von den einstufigen Untersuchungen wurde dann in einer zweistufigen Extraktion im Gegen- bzw. Gleichstrom die Anwendbarkeit bei mehrstufigen Trennaufgaben gezeigt.
