Tomographie und Trenntechnik

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Gruppenleiter: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Arlt

Mitglieder der Arbeitsgruppe:

Computertomograph

Die Arbeitsgruppe nutzt Computertomographie (CT) als Messtechnik für die Erforschung trenntechnischer Apparate. Der große Vorteil dieser Messmethode ist das berührungslose Messprinzip, das genauso funktioniert, wie ein medizinischer CT-Scan und es damit ermöglicht lokal Messdaten in einem Trennapparat aufzunehmen. Mit Hilfe dieser Messdaten sollen trennwirksame Einbauten und / oder Trennverfahren verbessert werden, so dass die Effizienz gesteigert und der Energieverbrauch gesenkt werden kann.

Der Lehrstuhl verfügt seit 2012 über einen eigenen Computertomographen, der speziell für verfahrenstechnische Problemstellungen ausgelegt wurde und die Untersuchung von aufrecht stehenden Objekten ermöglicht, ohne dass diese bewegt werden müssen. Zum jetzigen Zeitpunkt ist diese CT-Gantry das weltweit schnellste (1 Bild pro Sekunde) System mit der höchsten Auflösung (80 µm) für Trennkolonnen bis DN100.

Untersuchung zweiphasig durchströmter Packungen

Die Untersuchung des Strömungsverhaltens einer Flüssigkeitin strukturierten Packungen und Füllkörpern ist für die Optimierung dieser Einbauten unabdingbar. Lange galt die Annahme, dass die herabströmende Flüssigkeit die Packungsbleche gleichmäßig und vollständig benetzt. Diese Annahme ist durch tomographische Messungen widerlegt worden. Ziel der aktuellen Forschung ist es, Packungen zu verbessen, so dass eine größere geometrische Packungsoberfläche von Flüssigkeit benetzt wird und somit eine größere Stoffaustauschfläche zwischen Flüssigkeit und Dampfphase zur Verfügung steht.

Aufklärung des Strömungsverhaltens dreiphasiger Systeme

Das Strömungsverhalten zweier wenig mischbarer Flüssigkeiten und einer Gasphase in Packungskolonnen, wie sie beispielsweise bei der Dreiphasenrektifikation vorliegt, ist sehr komplex, wenig verstanden und in der Literatur kaum beschrieben. Der hierbei häufig auftretende negative Einfluss der zusätzlichen Flüssigphase auf den Stoffübergang zwischen der ersten Flüssigphase und des Gases wird in der Regel nur empirisch verstanden. Ziel ist es deshalb, die Flüssigkeitsverteilung und die Phasengrenzflächen in einer Kolonne mit drei Phasen experimentell zu bestimmen und dadurch letztendlich das Strömungsverhalten und den Stoffaustausch vorhersagen und optimieren zu können.

Extraktion

Neben Gas-Flüssigkeitsströmungen werden mit dem Computertomographen auch dynamische flüssig-flüssig Strömungsformen untersucht. Diese Strömungsformen treten typischerweise bei der flüssig-flüssig Extraktion auf. Dabei wird eine Phase dispergiert, sodass es zu einer Tropfenströmung kommt. Wichtige Parameter dieser Strömungsform sind der Dispers-Phasen Holdup, die Tropfengrößenverteilung und die effektive Phasengrenzfläche. Diese Parameter können mit dem CT in gepackten Extraktionsapparaten untersucht und quantifiziert werden.

Chromatographie

Durch Zugabe eines Tracers können in chromatographischen Säulen Durchbruchskurven der mobilen Phase an beliebigen axialen Positionen entlang der Säule aufgenommen werden. Aus den Messdaten lassen sich Porositätsverteilung und HETP-Werte bestimmen. Alle tomographisch bestimmten lokalen Parameter werden in ein Simulationsmodell einbezogen und ermöglichen die Vorhersage einer stationären Phase zu einem spezifischen Trennproblem.