Auslegung von Blasensäulen mithilfe von Compartmentmodellen

Abstract

In Blasensäulen sind die Phänomene des Stoff‐ und Wärmetransportes sowie der Reaktion eng mit der komplexen Fluiddynamik verknüpft. Die Compartmentmodellierung mehrphasiger Reaktoren bietet in diesem Zusammenhang einen Lösungsansatz, der zum einen die o. g. Einzelphänomene integriert und zum anderen bei vertretbarem Rechenaufwand neben der axialen auch eine radiale Auflösung der Modellparameter innerhalb des Reaktors bietet. Im Rahmen dieses Beitrags werden Methoden zur Generierung eines Compartmentmodells aufgezeigt, das dann der Optimierung einer Produktionsblasensäule dienen kann.

Design of Extractive Reaction Systems

“…Due to the large number of CFD cells, algorithms aggregate cells into compartments based on chemical and/or physical criteria defining the similarity of cells. [82] Compartment modeling approaches for multiphase fluid systems have been published for reactive bubble columns [88], airlift reactors [89], and gas-liquid CSTRs [90]. More recently, Weber established a liquid-liquid extraction model for a Kühni column [91] and multiphase loop-reactor [92], incorporating a detailed PBM approach for the disperse phase.…”

Einfluss der Genauigkeit der Reaktionskinetik auf die simulationsgestützte Auslegung von Blasensäulen

“…Das in dieser Forschungsarbeit verwendete Compartmentmodell wurde bereits in einem früheren Beitrag vorgestellt. Abb.…”

“…dienen ideal durchmischte Rührkessel zur Beschreibung von Ein‐ und Auslaufzone der Blasensäule. Die Rührkesselhöhen können, wie von Rieth und Grünewald näher beschrieben, einerseits durch eine detaillierte Betrachtung der Strömung und andererseits anhand der Geometrie der Blasensäule festgelegt werden.…”

“…20 ineinander verschachtelte Rohrreaktoren mit 230 Diskreten bieten unter Einhaltung, dass kein Einfluss der Diskretanzahl mehr vorhanden ist, die kleinste Anzahl an Berechnungspunkten und somit den geringsten Rechenaufwand. Die Rührkesselhöhe wird nach Rieth und Grünewald festgelegt. Die fluiddynamischen Modellparameter ergeben sich bei dem axialen Dispersionsmodell aus der Leerrohrgeschwindigkeit der jeweiligen Phase und dem axialen Dispersionskoeffizienten der Flüssigphase, welcher für eine industrielle Produktionsblasensäule für die Cumol‐Oxidation mit 0,3 m 2 s −1 angegeben ist .…”

“…Einteilung der bekannten Modellansätze für die Blasensäulenmodellierung anhand des Rechenaufwandes und ihres Abstrahierungsgrads der Fluiddynamik .…”