Tropfenpopulationsbilanzgestütztes Auslegungsverfahren zur Skalierung einer gerührten Miniplant-Extraktionskolonne:
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 3, Verfahrenstechnik ; 885 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis V
Inhaltsverzeichnis
Abstract XI
Kurzfassung XU
1. Einleitung und Zielsetzung 1
1.1. Motivation 2
1.2. Zielsetzung und Vorgehensweise 4
2. Stand des Wissens und Grundlagen 8
2.1. Kolonnenauslegung 9
2.1.1.Auslegungsstrategien 9
2.1.2.Experimentell basierte Auslegung 11
2.1.3.Modeüierungsgesrützte Auslegung 11
2.1.4.Numerisch basierte Auslegung 12
2.2. Berechnung einer gerührten Extraktionskolonne 16
2.2.1.Stoffeigenschaften 17
2.2.2.Tropfengroße 18
2.2.3.Energieeintrag 21
2.2.4.Tropfenbewegung 23
2.2.5.Kolonnendurchmesser 29
2.2.6.Axiale Dispersion 31
2.2.7.Stoffübergang 34
2.2.8.Kolonnenhöhe 38
2.3. Kolonnenskaliemng 40
3. Populationsdynamische Modellierung 44
3.1. TropfenpopulationsbilanzmodeU 44
3.2. Bilanzierung der dispersen Phase 45
3.2.1.Wertstoffmassenbilanz 46
3.3. Quellen- und Senkenterme 47
3.4. Tropfenbewegung 48
3.4.1. Verzögerungsfaktor 48
3.4.2.Tropfenaufsn eg 50
3.4.3.Axiale Dispersion 51
3.5. Tropfenzerfall 52
VI
3.6. Tropfenkoaleszenz
4. Experimentelle Untersuchungen
61
4.1. Stoffsysteme
61
4.2. Versuchsanlagen
62
4.2.1.Einzeltropfen/Tropfenschwarmapparatui
4.2.2.Instrumentiening der Einzeltropfenapparatur M
4.3. Miniplantextraktor Ktthni DN 32 und Instrumentierung 65
4.4. Einzeltropfenbasierte Versuche
67
4.4.1.Tropfenbewegung
67
4.4.2Tropfeninteraktionen
68
4.5. Kolonnenbasierte Auslegungsversuche
5. Populaüonsdynamische Untersuchungen
5.1. Einzeltropfenuntersuchungen
5.1.1.Tropfenbewegung
5.1.2.Axiale Dispersion
82
5.1.3.Tropfenzerfall
85
52. Tropfenschwamnintersuchungen
5.2.1 .Eintrittsverteilung
95
5.2.2.Tropfenkoaleszenz
98
53. Kolonnensinmlationen
100
5.3.1.SimuIaüon des stationären Betriebsverhalte», 102
5.3.2.Simulaüondesinsöü„närenBeWebSverhal,e„, ~ 105
6- Strömungsuntersuchuneen
108
61. Einleitung und Motivation
, 108
0-2- Theoretische Grundlagen
6, _ 109
«. ExpenmenteUe Untersuchung der Ko.onnenstron.ung m
°-3.1.Uteratunimschau
112
«.2.ExperimenteUe Untersuchungen m
6A Ström» 8sgeschwindigkeiten
6-5- Energiedissipation
6-5.1.Messergebnisse
6-5.2.KOrreUeru„g fcrEnergiedissipat.on ^
«¦».Kon^nzenfürdieDrehzahlauslegung ZZIIIZZIZZZIZ.m
Inhallsverzeichnb VH
6.5.4.Anwendung auf die populationsdynamische Modellierung 126
7. Kolonnenskalierung und Auslegung 129
7.1. Hydraulische Auslegung einer Pilotkolonne für einen Industrieprozess 129
7.1.1.Datengrundlage 130
7.1.2.Auslegungdes Kolonnendurchmessers 132
7.1.3.Drehzahl und Mischturbine 135
7.lAHydrodynamische Auslegung durch Simulationsrechnung 137
7.1.5. Auslegung der Trennleistung durch Simulationsrechnung 140
7.1.6.Simulationsgestutzte Skalierung auf ProduktionsgröBe 141
7.2. Skalierungsbeispiel der Miniplantkolonne 143
7.2.1. Vorgehensweise 143
7.2.2.Anforderung 144
7.2.3.Kolonnenuntersuchungen 145
7.2.4.Skalierung der Hydrodynamik 148
7.2.5.Skalierung der Koaleszenzkonstanten 150
7.2.6.Skalierung des Energieeintrages 151
7.2.7.Skalierung der Trennleistung 153
7.2.8.Ergebnis der Skalierung 154
8. Zusammenfassung und Ausblick 159
A Anhang 163
A.l Auswertung der Turbulenzgrößen 163
A.2 Fehlerabschätzung der Messung 166
A.3 Herleitung der Zerfallsgleichung 167
A.4 Messgeräte, Stoffsysteme und Kolonnen 169
A.5 Tabellarische Darstellung der Messergebnisse 170
A.6 Betreute Studien- und Diplomarbeiten 181
A.7 Veröffentlichungen und Tagungsbeitrage 182
Literaturverzeichnis 183
|
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Inhaltsverzeichnis V
Inhaltsverzeichnis
Abstract XI
Kurzfassung XU
1. Einleitung und Zielsetzung 1
1.1. Motivation 2
1.2. Zielsetzung und Vorgehensweise 4
2. Stand des Wissens und Grundlagen 8
2.1. Kolonnenauslegung 9
2.1.1.Auslegungsstrategien 9
2.1.2.Experimentell basierte Auslegung 11
2.1.3.Modeüierungsgesrützte Auslegung 11
2.1.4.Numerisch basierte Auslegung 12
2.2. Berechnung einer gerührten Extraktionskolonne 16
2.2.1.Stoffeigenschaften 17
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3.3. Quellen- und Senkenterme 47
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3.4.1. Verzögerungsfaktor 48
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3.4.3.Axiale Dispersion 51
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VI
3.6. Tropfenkoaleszenz
4. Experimentelle Untersuchungen
61
4.1. Stoffsysteme
61
4.2. Versuchsanlagen
62
4.2.1.Einzeltropfen/Tropfenschwarmapparatui
4.2.2.Instrumentiening der Einzeltropfenapparatur M
4.3. Miniplantextraktor Ktthni DN 32 und Instrumentierung 65
4.4. Einzeltropfenbasierte Versuche
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4.5. Kolonnenbasierte Auslegungsversuche
5. Populaüonsdynamische Untersuchungen
5.1. Einzeltropfenuntersuchungen
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5.3.2.Simulaüondesinsöü„närenBeWebSverhal,e„, ~ 105
6- Strömungsuntersuchuneen
108
61. Einleitung und Motivation
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0-2- Theoretische Grundlagen
6, _ 109
«. ExpenmenteUe Untersuchung der Ko.onnenstron.ung m
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112
«.2.ExperimenteUe Untersuchungen m
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7. Kolonnenskalierung und Auslegung 129
7.1. Hydraulische Auslegung einer Pilotkolonne für einen Industrieprozess 129
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7.2.8.Ergebnis der Skalierung 154
8. Zusammenfassung und Ausblick 159
A Anhang 163
A.l Auswertung der Turbulenzgrößen 163
A.2 Fehlerabschätzung der Messung 166
A.3 Herleitung der Zerfallsgleichung 167
A.4 Messgeräte, Stoffsysteme und Kolonnen 169
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A.6 Betreute Studien- und Diplomarbeiten 181
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