ISBN 9783843947602

978-3-8439-4760-2, Reihe Apparatedesign

Sebastian Soboll
Hydrodynamik und Stofftransport in gerührten Extraktionskolonnen mit simultaner Pulsation

199 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2020), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Für die praktische Umsetzung der mehrstufigen flüssig-flüssig-Gegenstromextraktion sind Extraktionskolonnen häufig das Mittel der Wahl. Gerührte Kolonnen bieten hierbei gute Trennleistungen bei einer vergleichsweise hohen Belastbarkeit. Obwohl dieser Apparatetyp in den letzten Jahrzehnten eingehend charakterisiert worden ist, konnten auch in der jüngeren Vergangenheit noch Optimierungspotentiale aufgedeckt werden.

In dieser Arbeit wird die Intensivierung des Extraktionsvorgangs in gerührten Kolonnen durch den Einsatz einer zusätzlichen Pulsationsbewegung untersucht. Während das Rühren für eine intensive Dispergierung sorgt, wird mit der Pulsation die axiale Bewegung der Tropfen durch die Kolonne unterstützt. Im Rahmen der Arbeit wurden Kolonnen mit Innendurchmessern von 15, 32 und 50 mm experimentell untersucht. Das Dispersionsmodell wurde für die Modellierung der Trennleistung und das Schichtenmodell für die Beschreibung der Hydrodynamik eingesetzt. Das Ziel ist die detaillierte Charakterisierung aller drei Kolonnen, um die fundamentalen hydrodynamischen Mechanismen der Zweiphasenströmung unter dem Einfluss des Rührens und der simultanen Pulsation aufzuklären. Hieraus sollen ein grundlegendes Verständnis und konkrete Regeln für ein sinnvolles Betriebsfenster und das Verhalten bei der Maßstabsvergrößerung abgeleitet werden.

Aus der experimentellen Charakterisierung ergeben sich für alle drei Kolonnendurchmesser im Vergleich zu konventionellen gerührten Kolonnen signifikant höhere Trennleistungen bei vergleichbaren maximalen Durchsätzen. Mit steigendem Kolonnendurchmesser ist eine Abnahme der Trennleistung und Zunahme der maximalen Belastung zu verzeichnen. Durch eine intensivere Pulsation kann im Allgemeinen die maximale Belastung erhöht werden, wobei gleichzeitig die axiale Rückvermischung steigt. Dennoch nimmt die Trennleistung nicht zwangsweise durch eine stärkere Pulsation ab, da verschiedene hydrodynamische Parameter positiv beeinflusst werden.