Automated Quantification of Bubble Size Distributions in an Agitated Air/Water System

Abstract

Die exakte Bestimmung der Phasengrenzfläche in Gas/flüssig-Systemen ist unabdingbar für die optimierte Prozessführung verfahrenstechnischer Anlagen. Die experimentelle Studie zeigt Untersuchungen an einem Luft/Wasser-System mittels dreier Messtechniken hinsichtlich der Bestimmung der Veränderung der Blasengröße in Abhängigkeit von der Rührerdrehfrequenz. Die äußerst präzise und selbstreferenzielle Methode der foto-optischen Analyse wird bzgl. der Bildverarbeitung näher betrachtet. Es wird gezeigt, dass die neuesten Entwicklungen im Bereich der Foto-Optik und der Bildverarbeitung wertvolle Grundlagen zur Etablierung einer präzisen Echtzeitgrößenmesstechnik geliefert haben. Dies ist notwendig, da laserbasierte Methoden nur unzureichende Prozessdaten liefern.The exact determination of the interfacial area in gas/liquid systems is essential for optimized process performance and control. This experimental study contains investigations of an air/water system using three measurement techniques with regard to determining the change in bubble size as a function of stirrer speed. The precise, self-referential method of photo-optical analysis is considered in greater detail regarding image processing. It is shown that the latest developments in the field of optics and photo imaging have provided valuable inputs to establish an accurate real-time size measurement technique. This is necessary, as laser-based methods only provide insufficient process data. Abbildung 2. Beispiele verschiedener Sondenkonfigurationen zur Messung in demselben Stoffsystem (Luft/Wasser mit PVA); von links: ohne Spiegel, mit Rücklicht, mit Spiegel, mit Teflon-Reflexionsfläche. IPP30 Endoskop FBRM Rührerdrehfrequenz Luft/Wasser, , Scheibenrührer Sauterdurchmesser Abbildung 3. Vergleich der durch die drei untersuchten Messtechniken ermittelten Sauter-Durchmesser d 32 und deren Beeinflussung bei Variation der Drehfrequenz n.Abbildung 4. Endoskopaufnahmen für das Stoffsystem Luft/ Wasser mit Ethanol als Tensid (links, C Eth = 1000 ppm, _ V = 250 L h -1 , n = 375 rpm) und mit Polyvinylalkohol als Tensid (rechts, C Eth = 120 ppm, _ V = 300 L h -1 , n = 375 rpm). Abbildung 7. Kumulative Sauter-Durchmesser d 32 und arithmetische Durchmesser d arith in Abhängigkeit von den ausgewerteten Blasen (mit Skalenwechsel von logarithmisch zu linear ab N = 10 000) mit Angabe des finalen Werts nach Auswertung aller erfassten Blasen in lm für jede Bildauswertung. Abbildung 8. Anzahl-(Q 0 ) und Volumen-Verteilungssumme (Q 3 ) von manueller und automatischer Auswertung in halblogarithmischer Darstellung (mit Minimal-/Maximal-und Mittelwert der manuellen Auswertungen), Unterteilung in 25 Klassen.

A cost‐effective and reliable method to predict mechanical stress in single‐use and standard pumps

“…Automatic image recognition provided by the SOPAT software (SOPAT GmbH, Germany, http://www.sopat.de) was realized to determine the drop size distribution. Panckow et al provide an overview of the measurement principle and describe the particle recognition process. The drop sizes are expressed by the Sauter mean diameter, which is most commonly used as the representative diameter of particles in dispersions.…”

Particle Measurement Techniques in Fluid Process Engineering

“…Furthermore, the distance dependency with incident endoscopes is not negligible. Without additional measures to limit the measurement volume and to increase the contrast , , measurements are difficult and a promising alternative is the transmitted light method . However, in many applications the camera and illumination are positioned non‐invasively outside the apparatus due to a lesser design effort.…”

Particle Measurement Techniques in Fluid Process Engineering

“…Um an den point of interest in industriell relevanten Größenordnungen von Apparaten zu gelangen ist es aber nötig, mit der Optik und Beleuchtung tiefer in den Apparat einzudringen. Ohne Zusatzmaßnahmen zur Abgrenzung des Messvolumens und zur Steigerung des Kontrastes wie bei [79,80] berichtet, sind Messaufgaben selten zufriedenstellend zu lösen. mit einseitiger Auflichtendoskopie untersucht [77 -82].…”

“…In den letzten zwanzig Jahren wurde dieses Thema verstärkt aufgegriffen , und bspw. mit einseitiger Auflichtendoskopie untersucht . Je nach gewählter Sondengröße werden nur Öffnungen im Zentimeterbereich benötigt, um in den Apparat zu gelangen.…”