Simulation von Reaktoren zur Emulsionspolymerisation

Abstract

1240 I Po I y m e r i s a t i o n s t e c h n i kChemie lngenieur Technik (69) 7 I 97 Im Rahmen der biologischen Reinigung losungsmittelhaltiger Abluftstrome werden unter Einhaltung gesetzlich vorgeschriebener Grennverte vor allem bei niedrigen Konzentrationen zunehmend Biowascher mit hohen Raum-Zeit-Ausbeuten eingesetzt. Neuere Enhvicklungen tendieren zu Kompaktbiowaschern, bei denen der Stofibergang aus der Gas-in die Fliissigkeitsphase und der biologische Abbau der Kontaminante in einer ProzeRstufe stattfinden. Eine Variante dieser Kompaktbiowascher ist ein Drei-Phasen-Biowascher mit innerer Zirkulationsstromung, bei dem zur Immobilisierung von Biomasse zusatzlich Feststoffpartikel eingesetzt werden. Neben dem hoheren treibenden Konzentrationsgefalle zeichnet sich dieses Verfahren durch die Entkopplung der Biomasse vom Fliissigkeitsdurchsatz aus. So konnen auch lang-Sam wachsende Mikroorganismen im System verbleiben und am Abbau von Schadstoffen teilnehmen. Weiterhin konnen bei Bedarf toxische oder hemmende Nebenprodukte und hohe Salzfrachten sowie iiberschiissige Biomasse aus dem System ausgeschleust werden. Die Betriebsbedingungen lassen sich somit optimal einstellen und die Palette der eliminierten Schadstoffe erweitern. Das vorliegende System ist durch hohe Abbauleistungen, Standzei-Zur Optimierung des Systems wird ein mathematisches Modell in ein computergestiitztes Simulationsprogramm iibertragen, welches eine Verkniipfung zwischen der fluiddynamischen Beschreibung, dem Stofftransport und dem biologischen Abbau vornimmt. Die Hydrodynamik wird besonders unter dem EinfluB des Feststoffes betrachtet und basiert auf einer Energie-und Massenbilanz des dreiphasigen Systems sowie Kontinuitatsbetrachtungen. Aus einer Energiebilanz wird die Fliissigkeitsgeschwindigkeit erhalten. Die Massenbilanzen liefern unter Beriicksichtigung der Partikelsink-und Blasenaufstiegsgeschwindigkeiten die Verteilung und die Geschwindigkeit der Phasen in den einzelnen Reaktorbereichen. Als SchlieBbedingung geht eine empirische Korrelation des integralen Gasgehaltes ein. Die Hydrodynamik kann mit dem vorliegenden Modell gut wiedergegeben werden. Die Ergebnisse werden mit experimentell ermittelten Gasgehalten und Flussigkeitsgeschwindigkeiten im Downcomer bei verschiedenen Leitrohrgeometrien iiberpriift. Der Stoffiibergang wird ebenfalls mit Hilfe einer empirischen Korrelation fiir das vorliegende System beriicksichtigt. Fur den biologischen Abbau wird der Substratabbau durch die suspendierten und immobilisierten Mikroorganismen einbezogen. Die einzelnen Bereiche des Reaktors werden in Zellen aufgeteilt. Massenbilanzen jeder Zelle liefern die ortlichen Konzentrationsverlau-fe der Biomasse und des Schadstoffes. Das Verhalten des Systems wird durch die komplexen Wechselwirkungen der beteiligten Phasen determiniert. Eine ijberpriifung der Ergebnisse findet anhand eines Vergleiches zu experimentell erhaltenen Abbauergebnissen statt. Die Variation der geometrischen Parameter des Leitrohres geht in die Korrelation des integralen Gasgehaltes ...