English

Deodorization – the removal of foul-smelling compounds – gains of increasing importance. The theoretical description of processes by mathematical models makes planning and design of process equipment easier. According to this Computational Fluid Dynamics gets more in the focus of interest. This thesis deals with the experimental characterization and mathematical modeling of two reactors for deodorization of aqueous systems. The spray reactor represents a continuous counter-current process of deodorization. The characterization is based on both experiments and a developed mathematical model. The nonavailability of life time of the generated droplets makes an adaptation within the model necessary. The adapted values are supported by the theoretical results using CFD. The stirred semi-batch reactor is a semi-continuous method of deodorization. This type is used for removing ammonia out of aqueous systems, e.g. waste waters of dumps, industry and animal farms. Because of its batch operation the stirred semi-batch reactor is interesting especially for small and middle sized companies. It is important to consider the pH-depending equilibrium between ammonia and ammonium which has a big influence on the deodorization performance. These effects are also taken into account of the developed mathematical model.

Deutsch

Das stetig wachsende Gesundheits- und Umweltbewusstsein sowie zunehmende Ansprüche hinsichtlich der sicheren Erzeugung immer komplexerer Produkte von hoher Qualität stellt immer größere Anforderungen an die Verfahrenstechnik. Insbesondere die Desodorierung – die Entfernung übel riechender Verbindungen – gewinnt an Bedeutung, was u.a. durch fortwährend reduzierte Grenzwerte durch den Gesetzgeber zum Ausdruck kommt. Um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Entwicklungszeiten verkürzt und Kosten verringert werden. Die theoretische Beschreibung der Prozesse mittels mathematisch-mechanistischer Modelle erleichtert die Planung sowie das Design von verfahrenstechnischen Anlagen im Produktionsmaßstab. Diesbezüglich gewinnt gleichermaßen die numerische Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics) zunehmend an Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Reaktoren zur Desodorierung von wässrigen Systemen experimentell untersucht sowie mathematisch modelliert. Der Aerosol-Gegenstromreaktor repräsentiert einen modifizierten, in dieser Form neuartigen, kontinuierlichen Prozess zur Desodorierung. Die verfahrenstechnische Charakterisierung erfolgt sowohl auf der Grundlage von Experimenten wie auch anhand eines entwickelten mathematisch-mechanistischen Modells. Die experimentelle Unzugänglichkeit der Lebensdauer der erzeugten Flüssigkeitstropfen erfordert eine Anpassung im Modell. Untermauert werden die ermittelten Werte dieser Einflussgröße durch die theoretische Ermittlung unter Verwendung der numerischen Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics). Die experimentellen Desodorierungsresultate ergeben eine gute Übereinstimmung mit den Modellrechnungen. Der Semibatch-Rührreaktor stellt ein halbkontinuierliches Verfahren zur Desodorierung dar. Dieser Reaktortyp wird zur Entfernung von Ammoniak aus wässrigen Systemen – wie z.B. aus Abwässern von Deponien, der Industrie sowie aus der Tierhaltung – gewählt. Diese Entscheidung resultiert aus einem Vergleich des Desodorierungsverhaltens verschiedener Reaktoren. Aufgrund seines chargenweisen Betriebs ist der Semibatch-Rührreaktor insbesondere interessant für Klein- und mittelständische Betriebe. Hinsichtlich des Stoffsystems ist besonderes Augenmerk auf das pH-abhängige Protolysegleichgewicht zwischen Ammoniak und Ammonium zu richten, welches entscheidenden Einfluss auf das Desodorierungspotential hat. Diese Effekte werden auch im entwickelten mathematisch-mechanistischen Modell berücksichtigt. Das Modell wird anhand von experimentellen Daten verifiziert, auf dessen Basis großtechnische Produktionsprozesse ausgelegt werden können.