TY - THES

T1 - Bestimmung effektiver Phasengrenzflächen und Stoffübergangskoeffizienten geordneter Packungen

AU - Baumfrisch, Michael

N1 - nicht gesperrt

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Gepackte Absorptionskolonnen werden in zahlreichen industriellen Anwendung eingesetzt. Zur Auslegung und Modellierung dieser Apparate ist die Kenntnis der Stofftransportparameter (effektive Phasengrenzflächen ae, sowie flüssigkeitsseitige und gasseitige volumetrische Stoffübergangskoeffizienten kLae und kGae) der verwendeten Packungen erforderlich. Untersuchungen zur Bestimmung dieser Parameter an großen Versuchsständen im Pilotmaßstab sind mit hohem Investitions- und Betriebsaufwand verbunden. Durch Bestimmung der Stofftransportparameter an Anlagen im kleineren Technikumsmaßstab mit geeigneter Extrapolation auf das Verhalten der Packungen in Anlagen größeren Durchmessers besteht daher großes Einsparungspotential. Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurden an zwei Versuchsständen unterschiedlichen Kolonneninnendurchmessers (150 und 422 mm) Messverfahren mit geeigneten Stoffsystemen zur Bestimmung der erwähnten Stofftransportparameter implementiert. Diese sind die Absorption von CO2 oder SO2 aus Luft in Natronlauge (Bestimmung von ae, resp. kGae) und die Desorption von CO2 aus Wasser (Bestimmung von kLae). Mittels dieser Messverfahren wurden vier Packungsgeometrien an beiden Versuchsständen charakterisiert. Eine Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse mit Literaturdaten hat die Vergleichbarkeit eigener Messungen mit anderen Forschungsgruppen gezeigt. Danach wurden die unterschiedlichen Packungsgeometrien basierend auf ermittelten Stofftransportparametern untereinander verglichen. Schließlich erfolgte eine anlagenübergreifende Beurteilung auf Abweichungen. Betreffend der effektiven Phasengrenzflächen ae sind am kleineren Versuchsstand im Vergleich zum größeren negative Abweichungen von bis zu 25% aufgetreten. Ermittelte gasseitige volumetrische Stoffübergangskoeffizienten kGae sind am größeren Versuchsstand geringfügig erhöht. Ausgehend von den Versuchsergebnissen zu flüssigkeitsseitigen volumetrischen Stoffübergangskoeffizienten kLae ist kein eindeutiger Einfluss des Kolonnendurchmessers festzustellen. Die Erkenntnisse dieser Arbeit stellen einen Beitrag zum besseren Verständnis des Kolonnendurchmesser-Einflusses auf ermittelte Stofftransportparameter dar. Im Rahmen dieser Arbeit generierte Versuchsdaten der untersuchten Packungen können zusätzlich zur Auslegung und Modellierung von Kolonnen dienen.

AB - Gepackte Absorptionskolonnen werden in zahlreichen industriellen Anwendung eingesetzt. Zur Auslegung und Modellierung dieser Apparate ist die Kenntnis der Stofftransportparameter (effektive Phasengrenzflächen ae, sowie flüssigkeitsseitige und gasseitige volumetrische Stoffübergangskoeffizienten kLae und kGae) der verwendeten Packungen erforderlich. Untersuchungen zur Bestimmung dieser Parameter an großen Versuchsständen im Pilotmaßstab sind mit hohem Investitions- und Betriebsaufwand verbunden. Durch Bestimmung der Stofftransportparameter an Anlagen im kleineren Technikumsmaßstab mit geeigneter Extrapolation auf das Verhalten der Packungen in Anlagen größeren Durchmessers besteht daher großes Einsparungspotential. Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurden an zwei Versuchsständen unterschiedlichen Kolonneninnendurchmessers (150 und 422 mm) Messverfahren mit geeigneten Stoffsystemen zur Bestimmung der erwähnten Stofftransportparameter implementiert. Diese sind die Absorption von CO2 oder SO2 aus Luft in Natronlauge (Bestimmung von ae, resp. kGae) und die Desorption von CO2 aus Wasser (Bestimmung von kLae). Mittels dieser Messverfahren wurden vier Packungsgeometrien an beiden Versuchsständen charakterisiert. Eine Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse mit Literaturdaten hat die Vergleichbarkeit eigener Messungen mit anderen Forschungsgruppen gezeigt. Danach wurden die unterschiedlichen Packungsgeometrien basierend auf ermittelten Stofftransportparametern untereinander verglichen. Schließlich erfolgte eine anlagenübergreifende Beurteilung auf Abweichungen. Betreffend der effektiven Phasengrenzflächen ae sind am kleineren Versuchsstand im Vergleich zum größeren negative Abweichungen von bis zu 25% aufgetreten. Ermittelte gasseitige volumetrische Stoffübergangskoeffizienten kGae sind am größeren Versuchsstand geringfügig erhöht. Ausgehend von den Versuchsergebnissen zu flüssigkeitsseitigen volumetrischen Stoffübergangskoeffizienten kLae ist kein eindeutiger Einfluss des Kolonnendurchmessers festzustellen. Die Erkenntnisse dieser Arbeit stellen einen Beitrag zum besseren Verständnis des Kolonnendurchmesser-Einflusses auf ermittelte Stofftransportparameter dar. Im Rahmen dieser Arbeit generierte Versuchsdaten der untersuchten Packungen können zusätzlich zur Auslegung und Modellierung von Kolonnen dienen.

KW - Absorption

KW - Experiment

KW - Packung

KW - Phasengrenzfläche

KW - Stofftransportkoeffizient

KW - absorption

KW - experiment

KW - packing

KW - interfacial area

KW - mass transfer coefficient

M3 - Masterarbeit

ER -