ISBN 978-3-8439-1467-3

978-3-8439-1467-3, Reihe Verfahrenstechnik

Dennis Kaufhold
Erzeugung von Sekundärströmungen in Hohlfasermembrankontaktoren und deren Anwendung für biokatalytische gas-flüssig Reaktionssysteme

173 Seiten, Dissertation Technische Universität Hamburg-Harburg (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Gas-Flüssig-Membrankontaktoren wurden bereits für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten getestet. Sowohl für die rein physikalische als auch die chemisch beschleunigte Absorption bieten Kontaktoren aufgrund ihres hohen Oberfläche/Volumen-Verhältnisses einige Prozessvorteile. Der Massentransport in konventionellen Membrankontaktoren mit parallel gepackten Hohlfasern ist jedoch limitiert. Bei gewöhnlichen Durchflussgeschwindigkeiten lassen sich durch die geringen Innendurchmesser der Fasern nur geringe Reynoldszahlen realisieren und es bildet sich ein laminares Strömungsprofil aus. Eine Möglichkeit, um insbesondere den grenzschichtnahen Stofftransport zu erhöhen, sind neuartige Hohlfasergeometrien, wie helikale oder mäanderförmige Hohlfasern. Durch diese lassen sich in den Hohlfasern gezielt Sekundärströmungen, wie Dean Wirbel, erzeugen.

In dieser Arbeit wurde die Erhöhung von Absorptionsraten in Membrankontaktoren durch die Erzeugung von Dean-Wirbeln eingehend untersucht. Hierfür wurden geometrisch modifizierte Hohlfasern konstruiert und systematisch beeinflussende Parameter, wie der Helixdurchmesser, die Faserlänge und die Reynoldszahl analysiert. Mit den modifizierten Fasern ließen sich die Absorptionsraten z.B. von Sauerstoff um bis zu 140 % steigern und mit Hilfe der Filmtheorie vorhersagen. Anschließend wurde das Potenzial der blasenfreien Begasung an der chemisch beschleunigten CO2-Absorption mittels Diethanolamin und an enzymatischen Zweiphasen-Reaktionssystemen untersucht.