Aufwirbelcharakteristik und relativer Gasgehalt in Suspensions‐Blasensäulen

Abstract

Obwohl die Anwendung von Mehrphasen-Blasensaulen standig steigt , vor allem in der Biotechnologie, ist der Kenntnisstand iiber den EinfluR des Feststoffes auf die Hydrodynamik des Reaktortyps noch liickenhaft. Eine Unterteilung von Dreiphasen-Blasensaulen mit fluidisiertem Feststoff wurde von Deckwerund Sckumpe [l] wie folgt vorgeschlagen: Wird die Fluidisierung nur durch gasinduzierte Fliissigkeits-Wirbelstromung erreicht , wie sie in Suspensions-Blasensaulen vorliegt, so spricht man von Blasenfluidisierung. Bei groReren und schwereren Partikeln ist eine ausreichende Fluidisierung allein durch Blasenstromung nicht mehr moglich. Die Venvirbelung wird dann durch Fliissigkeitsstromung wie in Dreiphasen-Wirbelschichten erzeugt. Suspensions-Blasensaulen werden im allgemeinen mit sehr feinen Partikeln (d, = 0,Ol bis 1 rnm) betrieben'). Neue Anwendungsmoglichkeiten, gerade in der Biotechnologie (tragerfixierte Bakterien, Mycele, immobilisierte Enzyme und dgl.), benotigen auch groRere Partikeln. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Ermittlung des relativen Gasgehaltes und der Aufwirbelcharakteristik verschiedener Feststoffe in einer Suspensions-Blasensaule. Versuchsaufbau und FluideDie Versuchsapparatur bestand aus einer Acrylglas-Saule mit 0,14 m Durchmesser und 1,2 m Hohe. Als Begaser dienten eine Sinterplatte (3 pm) sowie eine Lochplatte (37 X 1 mm). Der relative Gasgehalt wurde aus den Messungen der Betriebs-und Ruhehohe berechnet. Die Mindest-Fluidisierungsgeschwindigkeit wurde nach dem 1-s-Kriterium (s. auch Kap. 2) bestimmt. Mindest-FluidisierungsgeschwindigkeitBeim Betrieb einer Suspensions-Blasensaule wird eine vollstandige Fluidisierung des Feststoffes gewiinscht. Das Aufwirbeln von Feststoff im Dreiphasen-System ist u. a. von der Sedimentationsgeschwindigkeit, der Feststoffionzentration und der durch den Gasstrom erzeugten Fliissigkeitsstromung (Wirbelstromung) abhangig. In einer Suspensions-Blasensaule wird das Aufwirbeln durch die aufsteigenden Gasblasen bewirkt. Sehr anschaulich wird dies im Modell von Furchner und Mersmann [3] dargestellt, in dem zwei Impulsiibergange, vom Gas auf die Fliissigkeit und von der Fliissigkeit auf den Feststoff, angenommen werden. Fur die Bestimmung der Mindest-Gasgeschwindigkeit zum Aufwirbeln des Feststoffes (Aufwirbel-Gasgeschwindigkeit genannt) gibt es verschiedene Suspendierkriterien. Die beiden wichtigsten Methoden sind die Druckverlust-Messsung und das 1-s-Kriterium. Bei der Druckverlust-Methode dient als Kriterium der Gasdruckverlust, der, analog zur Wirbelschicht, mit zunehmender Fluidisierung ab einer gewissen Gasgeschwindigkeit konstant bleibt. Beim 1-s-Kriterium wird ausgehend von vollstandiger Suspendierung der Gasvolumenstrom erniedrigt, bis die Bewegung der Feststoffteilchen so weit zum Erliegen kommt, daB sie sich hochstens 1 s an derselben Stelle aufhalten. Dabei sind die subjektive Beurteilung und die standig wechselnden Stromungsverhaltnisse in diesem turbulenten Bereich eine zu beriicksiclitigende Fehlerquelle. Fur die Auslegung von Suspensions-Reaktoren is...

Fluid dynamics and mass transfer in a bubble column with suspended particles

“…As shown in an earlier study [22], the critical fluidization gas velocity for complete fluidization of the charged solid particles increased with increasing solids concentration and settling velocity. Therefore, a dimensionless equation was put forward to describe the fluidization characteristics…”