Strukturierung von Blasensäulen

Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung des Effekts strukturierter Packungen auf die Fluiddynamik einer Blasensäule zur risikoärmeren Auslegung und effizienteren Reaktionsführung. Hierzu wurden die Phasenverteilung, Hydrodynamik und Stofftransportperformance in einer Technikumsblasensäule mit und ohne strukturierte Packung analysiert. Berücksichtigt wurden dabei sowohl die Fluideigenschaften (koaleszierendes sowie nicht koaleszierendes Stoffsystem) als auch der Einfluss der Initialverteilung der Gasphase (Lochplatten- und Rohrverteiler). Experimentelle Erkenntnisse konnten anhand eines, an die durchgeführten Tracerexperimente angepassten, Compartmentmodells unterstützt werden.

Die Analyse der Phasenverteilung zeigte bei Packungseinbau eine Verringerung des integralen Gasgehalts gegenüber einer konventionellen Säule. Bei Betrachtung der lokalen Phasenverteilung innerhalb der gepackten Säule konnte gegenüber der konventionellen Säule im Allgemeinen keine homogenere Gasphasenverteilung festgestellt werden. Demgegenüber konnte durch den Einbau der Packung eine deutliche Homogenisierung der Flüssigphasenverteilung erzielt werden. Dabei zeigte sich insbesondere für das nicht koaleszierende Stoffsystem sowohl eine Annäherung der Tracerantworten für alle betrachteten Gasleerrohrgeschwindigkeiten als auch eine stark verringerte Anzahl und Ausprägung detektierter Tracerpeaks. Es konnten eine durch die Strukturierung verbesserte Quervermischung sowie reduzierte axiale Rückvermischung und damit eine Möglichkeit zur effizienteren Reaktionsführung in Blasensäulen gezeigt werden. Dabei lag ein durch den Einbau der Packung verbessertes oder gleichbleibendes Stofftransportverhalten vor.

Die modellgestützte Analyse der Flüssigphasenverteilung ergab eine gute Wiedergabe des Strömungszustands innerhalb der konventionellen Blasensäule für niedrige Gasbelastung. Für die strukturierte Säule war eine direkte Übertragbarkeit der im Compartmentmodell implementierten Korrelationen nicht gegeben. Dies spricht für die Minderung makroskopischer Wirbelstrukturen durch die Packung und damit gegen die Ausprägung getrennter Up- und Downstreambereiche innerhalb der Säule.

Insgesamt konnten durch den Einbau strukturierter Packungen in Blasensäulen also definiertere Strömungsverhältnisse, d.h. Potential für eine gegenüber konventionellen Säulen gezieltere Reaktionsführung und somit risikoärmere Auslegung gezeigt werden.