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Bibliographic Metadata

  • Title
    Modellierung des Strömungs- und Trennverhaltens viskoser Gemische in Packungskolonnen basierend auf tomographischen Untersuchungen / von Dipl.-Ing. Anna Große Daldrup ; Referent: Prof. Dr.-Ing. habil. Eugeny Kenig, Korreferent: Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Uwe Hampel
  • Author
    Große Daldrup, Anna
  • Participants
    Kenig, Eugeny ; Hampel, Uwe
  • Published
    Paderborn, 2020
  • Description
    1 Online-Ressoure (122 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
  • Institutional Note
    Universität Paderborn, Dissertation, 2019
  • Annotation
    Tag der Verteidigung: 29.08.2019
  • Defended on
    2019-08-29
  • Language
    German
  • Document Types
    Dissertation (PhD)
  • URN
    urn:nbn:de:hbz:466:2-36132 
  • DOI
    10.17619/UNIPB/1-855 
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Zusammenfassung
  • Strukturierte Packungen werden oft als Einbauten in Kolonnen zur Trennung von Gas-Flüssig-Gemischen eingesetzt. Die Kapazität und Trenneffizienz der eingesetzten Packung werden durch die Viskosität der flüssigen Phase beeinflusst. Modellierungsansätze zur Beschreibung von Fluiddynamik und Stofftransport müssen diesen Einfluss wiedergeben können, damit die Kolonnen optimal ausgelegt und betrieben werden können. Voraussetzung für die Entwicklung von prädiktiven Modellen ist das Verständnis der Strömungsphänomene in der Packung.Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei tomographische Methoden angewendet, um den Einfluss der Viskosität auf die Flüssigkeitsströmung zu untersuchen. Die klassische Röntgentomographie, mit hoher räumlichen Auflösung, wurde eingesetzt, um die Flüssigkeitsströmung zu klassifizieren und quantitativ auszuwerten. Die ultraschnelle Tomographie ermöglichte durch ihre hohe zeitliche Auflösung die Strömung innerhalb der Packung bis zum Flutpunkt zu beobachten und den Einfluss der Viskosität qualitativ zu bewerten. Basierend auf den Ergebnissen der Bildauswertung wurden hydrodynamische Analogien zwischen der realen Strömung und vereinfachten fluiddynamischen Elementen entwickelt, die die Flüssigkeitsströmung in Abhängigkeit der Viskosität abbilden. Damit wurde ein Modell zur Berechnung des Stofftransports in strukturierten Packungen erweitert. Trennleistungsmessungen mit dem System CO2-Glycerin-Wasser wurden durchgeführt und das Modell mit den Ergebnissen validiert.
Abstract
  • Structured packings are often used as column internals in gas-liquid separation processes. Liquid viscosity has an influence on the column performance in terms of capacity and separation efficiency. The optimal design and operation of columns needs modeling approaches for the estimation of the fluid dynamics and the mass transfer, which are capable to predict the influence of the viscosity. Understanding of liquid flow phenomena inside structured packing is essential for the model development.In this work, two X-ray computer tomography (XCT) methods are used to investigate the influence of viscosity on liquid flow inside structured packings. The classic high local resolution XCT method was used to identify dominating flow patterns and to obtain quantitative results on liquid flow morphology. The ultra fast XCT method was applied to investigate liquid flow inside the packing up to flooding conditions and to evaluate the influence of liquid viscosity qualitatively.Based on the results of image analysis of the XCT images, hydrodynamic analogies between the real complex flow and simplified flow patterns were developed. With those, a model for the estimation of mass transfer inside structured packings was extended for viscous systems. The new modeling approach was validated by comparison with separation efficiency data obtained from experiments with CO2 desorption from saturated water-glycerine mixtures into air.
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