Ein gerührter Blasenkontaktor im Gegenstrom wird mithilfe der Computational Fluid Dynamics (CFD) in Kombination mit der Populationsbilanzmodellierung (PBM) untersucht. Zur Simulation der Hydrodynamik wird auf das Euler-Euler-Modell zurückgegriffen, welches jedoch die Widerstandskräfte zwischen den Phasen modelliert. Die Widerstandskraft wird daher in einem Einzelblasenprüfstand bestimmt, bei dem die Blase durch einen Gegenstrom in Schwebe gehalten wird. Hierbei konnte der experimentell bestimmte Widerstandskoeffizient für sphärische Blasen mittels Literaturkorrelationen abgebildet werden. Die Einzelblasenapparatur ermöglicht zudem weitere Untersuchungen zum Stofftransport an ruhenden Blasen. Die durchgeführten CFD-PBM-Simulationen des gerührten Blasenkontaktors zeigen eine gute Übereinstimmung mit der experimentell ermittelten Blasengrößenverteilung.A stirred bubble column contactor is investigated using of computational fluid dynamics (CFD) and population balance equations. For the simulation, the Euler-Euler model is applied which accounts for the interactions between the phases by experimentally derived correlations. Therefore, the resistance coefficient of singe bubbles is measured using a single bubble test rig keeping the bubble in a plane using a counter-current flow. The resulting drag coefficient for spherical bubbles could be described by literature correlations. The system allows further measurements of the mass transfer at a stagnant bubble. Computational fluid dynamics population balance simulations of the stirred bubble column contactor show good agreement between the simulated bubble size and experimental data.
EinleitungBlasensäulen werden in der chemischen, petrochemischen, biochemischen und Metallindustrie [1] eingesetzt. Dort dienen diese u. a. zur Oxidation, Chlorierung, Alkylierung, Polymerisation und Hydrierung, Erstellung von synthetischen Kraftstoffen sowie zur Fermentation und Abwasserbehandlung [2 -4]. Trotz der weiten Verbreitung von Blasensäulen stellen sich deren Dimensionierung und Maßstabsvergrößerung durch die komplexen Interaktionen des Mehrphasensystems als problematisch dar [5]. Aufgrund der recht einfachen Bauweise existiert eine Vielzahl an unterschiedlichen Bauformen, wobei generell zwischen der einfachen Blasensäule, der Blasensäulenkaskade sowie dem Schlaufenreaktor unterschieden wird. Die auftretenden Blasenregime (Abb. 1), homogener Blasenaufstieg, heterogener Blasenaufstieg sowie Schwallströmung, hängen von der Blasengrößenverteilung und der relativen Aufstiegsgeschwindigkeit ab [6]. Das homogene Blasenregime ist durch eine homogene, kleine Blasengrößenverteilung gekennzeichnet und tritt bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten von weniger als 5 cm s -1 auf [4,6,7]. Aufgrund der relativ gleichmäßigen Verteilung der Blasen sowie der homogenen, kleinen Blasengröße sind die Blasenkoaleszenz sowie der Blasenzerfall gering [6]. Die Blasengröße wird somit haupt-Abbildung 2. Koaleszenzrate des Modells von Hibiki und Ishii [49] unter Verwendung der Modellkonstanten C rc = 0,03 und C c...