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Juni 2015
Tobias Grömping
Auslegung von Extraktionskolonnen mit geordneten Packungen
Ziel der vorliegenden Arbeit war, eine sichere Auslegung von Flüssig-Flüssig-Extraktionskolonnen mit geordneten Packungen zu entwickeln, die auf Einzeltropfenuntersuchungen in Labormesszellen und Simulationen basiert, deren stoffsystem- und einbautenspezifische Parameter aus den Einzeltropfenversuchen gewonnenen werden.
Dafür wurden die Sedimentation von Tropfen, der Stoffaustausch, das Tropfenpopulationsverhalten sowie die axiale Vermischung beschrieben. Die verifizierten Modelle zu den Einzelphänomenen in Kolonnen mit geordneten Packungen wurden in die ReDrop2005-Extraktionskolonnensimulation eingearbeitet.
Die Simulation ergab eine gute Übereinstimmung mit experimentell im Technikumsmaßstab an Packungskolonnen gewonnenen Daten zur Fluiddynamik und zum Stoffaustausch für ein Standardtestsystem. Mit dem technischen Stoffsystem Cumol (d) + saures Wasser (c) + Phenol (c nach d) + Begleitkomponenten wurde erstmalig die Auslegungsmethode an einem industriell eingesetzten Stoffsystem getestet. Die Simulation berechnete sowohl die Flutbelastung als auch die Fluiddynamik und den Stoffaustausch für beide untersuchten Belastungen gut voraus. Damit konnte die Auslegungsmethode basierend auf Einzeltropfenuntersuchungen und Simulationen bereits in der ersten Anwendung verifiziert werden. Mit dem zweiten untersuchten technischen Stoffsystem wurden die Grenzen der Modellierung gezielt getestet.
In den zu den Einzelmodellen angegebenen Grenzen ist die neue Methode der Kolonnenauslegung ein geeignetes Werkzeug, um die Fluiddynamik und die Trennleistung von Extraktionskolonnen mit geordneten Packungen in einem weiten Bereich vorherzusagen. Als Ergebnis der Simulation werden alle Größen vorausberechnet, die bisher im Technikumsversuch ermittelt werden mussten.
Dafür wurden die Sedimentation von Tropfen, der Stoffaustausch, das Tropfenpopulationsverhalten sowie die axiale Vermischung beschrieben. Die verifizierten Modelle zu den Einzelphänomenen in Kolonnen mit geordneten Packungen wurden in die ReDrop2005-Extraktionskolonnensimulation eingearbeitet.
Die Simulation ergab eine gute Übereinstimmung mit experimentell im Technikumsmaßstab an Packungskolonnen gewonnenen Daten zur Fluiddynamik und zum Stoffaustausch für ein Standardtestsystem. Mit dem technischen Stoffsystem Cumol (d) + saures Wasser (c) + Phenol (c nach d) + Begleitkomponenten wurde erstmalig die Auslegungsmethode an einem industriell eingesetzten Stoffsystem getestet. Die Simulation berechnete sowohl die Flutbelastung als auch die Fluiddynamik und den Stoffaustausch für beide untersuchten Belastungen gut voraus. Damit konnte die Auslegungsmethode basierend auf Einzeltropfenuntersuchungen und Simulationen bereits in der ersten Anwendung verifiziert werden. Mit dem zweiten untersuchten technischen Stoffsystem wurden die Grenzen der Modellierung gezielt getestet.
In den zu den Einzelmodellen angegebenen Grenzen ist die neue Methode der Kolonnenauslegung ein geeignetes Werkzeug, um die Fluiddynamik und die Trennleistung von Extraktionskolonnen mit geordneten Packungen in einem weiten Bereich vorherzusagen. Als Ergebnis der Simulation werden alle Größen vorausberechnet, die bisher im Technikumsversuch ermittelt werden mussten.
Schlagwörter: Verfahrenstechnik; Flüssig-Flüssig-Extraktion; Extraktionskolonne; geordnete Packungen; Stoffaustausch; Tropfenspaltung; Sedimentation; Koaleszenz; Rückvermischung; Tropfengröße; Einzeltropfenmesszelle; ReDrop-Simulation
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