Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur homogenen und heterogenen Nukleation bei der Säureabsorption in Gas-Flüssigkeitskontaktapparaten:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2008
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschrittberichte VDI
Reihe 3, Verfahrenstechnik ; 894 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis VII
1 Einleitung 1
1.1 Skizzierung der Problemstellung 1
1.2 Stand des Wissens: Aerosolbildung bei der Säureabsorption 4
1.3 Zielsetzung und Umfang 9
2 Nukleation: Theoretische Grundlagen 10
2.1 Die klassische Keimbildungstheorie 10
2.1.1 Thermodynamik der Keimbildung 11
2.1.1.1 Homogene Keimbildung 11
2.1.1.2 Heterogene Keimbildung 16
2.1.2 Kinetik der Keimbildung 18
2.1.2.1 Homogene Nukleation 18
2.1.2.2 Heterogene Nukleation 25
2.1.3 Kritik an der klassischen Keimbildungstheorie 26
2.1.4 Experimentelle Validierung der klassischen Keimbildungstheorie 26
2.2 Alternative Keimbildungstheorien 28
2.3 Homogene Keimbildung im System Schwefelsäure-Wasser 30
2.3.1 Theoretische Betrachtungen 30
2.3.2 Experimentelle Untersuchungen 33
2.3.3 Anwendung 34
3 Berechnung simultaner Wärme- und Stoffaustauschvorgänge mit Aerosolbildung in
Gas-Flüssigkeitskontaktapparaten 37
3.1 Modellbildung 37
3.2 Die allgemeinen Erhaltungsgleichungen für Masse und Energie 44
3.3 Gesamtstoffmengenbilanz 46
3.3.1 Gasphase 46
3.3.2 Flüssigphase 49
3.3.3 Tropfenklasse j 49
3.3.4 Gas-Flüssig-Phasengrenze 53
3.4 Komponentenbilanz 53
3.4.1 Gasphase 53
3.4.2 Flüssigphase 54
3.4.3 Tropfenklasse j 55
3.4.4 Phasengrenze 56
3.5 Energiebilanz 57
3.5.1 Gasphase 57
3.5.2 Flüssigphase 59
3.5.3 Kühlmittelphase 61
3.5.4 Tropfenklasse j 61
3.5.5 Phasengrenze 62
3.6 Transformation der Laufkoordinate 63
4 Experimentelles •*
4.1 Versuchsanlage im Technikumsmaßstab 66
4.2 Messtechnik 72
4.2.1 Drei-Wellenlängen-Extinktionsmesstechnik 72
4.2.2 Weißlichtaerosolspektrometer 75
5 Ergebnisse und Diskussion 78
5.1 Heterogene Nukleation °
5.1.1 HBr Simulation des Quenchprozesses ohne Aerosolbildung 80
5.1.2 HC1: Simulation des Quenchprozesses ohne Aerosolbildung 82
5.1.3 HNO3: Simulation des Quenchprozesses ohne Aerosolbildung 83
5.1.4 Vergleich der Simulationsrechnungen ohne Aerosolbildung 84
5.1.5 Simulation des Quenchprozesses für HBr, HC1 und HNO3 mit Aerosolbildung 85
5.1.6 Experimentelle Validierung *
5.1.6.1 Tropfenabscheidung in der Versuchsanlage
5.1.6.2 HC1: Vergleich von Experiment und Simulation 99
5.1.6.3 HBr: Vergleich von Experiment und Simulation 10^
5.1.7 Simulationsrechnungen zur Vermeidung der Aerosolbildung ™
5.1.7.1 Reduktion der Partialdrücke der kondensierbaren Komponenten 1W
5.1.7.2 Erhöhung des Taupunktsdrucks 14
5.2 Homogene Nukleation
5.2.1 H2SO4: Simulation des Quenchprozesses ohne Aerosolbildung
119
5.2.2 H2SO4: Simulation des Quenchprozesses mit Aerosolbildung
5.2.3 Einfluss des Nukleationsmodells
127
5.2.4 Einfluss der H2SO4-Rohgaskonzentration
5.2.5 H2SO4: Experimentelle Validierung 13°
6 Zusammenfassung
Anhang 138
A Transportprozesse zwischen Gas- und Flüssigphase
A.l Stoffiransport 138
A.2 Wärmetransport
B Transportprozesse zwischen Gasphase und Aerosol
B.l Stofftransport 148
B.2 Wärmetransport
C Axiale Dispersion
D Koagulation
E Numerische Lösung des Gleichungssystems
F Stoffdaten
Literaturverzeichnis
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