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Extraktion V2.10 Untersuchungen zur binären Tropfen-Tropfen-Koaleszenz in flüssig-flüssig-Systemen M.Sc. R. T. Eiswirth 1) (E-Mail: [email protected]), Prof. Dr. H.-J. Bart 1) 1) Thermische Verfahrenstechnik, TU Kaiserslautern, Postfach 3049, D-67653 Kaiserslautern, Germany, DOI: 10.1002/cite.200950262 Der Vorgang der Tropfen-Tropfen-Koa- leszenz spielt bei der Extraktion eine entscheidende Rolle. Aktuelle Modelle zur Berechnung der Koaleszenzrate verwenden trotz komplexer Zusammen- hänge zwischen verschiedenen Einflüs- sen meist einfache Anpassungsparame- ter, die dann nur für ein chemisches System oder eine Apparategeometrie gültig sind. Speziell die Einflüsse von pH-Wert, Salzen, Tensiden und Massen- transport werden vernachlässigt. Auch sind die Veränderungen der Topologie, die bei der binären Tropfenkoaleszenz aus dem Verschmelzen der frei bewegli- chen Tropfen resultieren, besonders im Hinblick auf die Evaluation von CFD-Si- mulationen, noch nicht ausreichend aufgeklärt. Die Grundlagenuntersuchungen zur binären Koaleszenz wurden mit dem Standard EFCE Testsystem Toluol/ Aceton/Wasser unter definierten Be- dingungen durchgeführt. Die Tropfen- kollisionen wurden mit einer Hoch- geschwindigkeitskamera aufgezeichnet und das Verhalten der Tropfen unter- sucht. Hierbei wurden verschiedene Einflüsse wie die Kontaktzeit, Tropfen- größe und Tropfengeschwindigkeiten auf die Koaleszenz untersucht. Durch die Änderung des pH-Wertes oder die Zugabe an Salzen, wurde ver- sucht, das Koaleszenzverhalten zu ver- ändern. Es wurde festgestellt, dass sich die Koaleszenzneigung mit steigendem pH-Wert verringert. Dieser verminder- ten Koaleszenzneigung konnte durch die Zugabe von Salzen entgegen gewirkt werden. Des Weiteren wurde mit Hilfe der hochauflösenden Hochgeschwindig- keitsaufnahmen bei Koaleszenzereignis- sen neben diesen integralen Größen, die Veränderung der Topologie unter- sucht. Im Fokus steht das Verhalten der Flüssigkeitsbrücke zwischen den Trop- fen. V2.11 Mesh-Moving-Methode zur Berechnung des instationären Impuls- und Stofftransports an deformierbaren Einzeltropfen K. Bäumler 1) (E-Mail: [email protected]), M. Wegener 2) , A. R. Paschedag 3) , E. Bänsch 1) 1) Lehrstuhl für Angewandte Mathematik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Haberstraße 2, D-91058 Erlangen, Germany 2) Fachgebiet Verfahrenstechnik, TU Berlin, Ackerstraße 71–76, D-13355 Berlin, Germany 3) Beuth Hochschule für Technik Berlin, Luxemburgerstraße 10, D-13353 Berlin, Germany DOI: 10.1002/cite.200950133 In dispersen Flüssig/Flüssig-Systemen spielen Deformations- und Oszillations- phänomene der Phasengrenze hinsicht- lich Fluiddynamik und Stofftransport eine wichtige Rolle. Zum einen beein- flussen sie die Aufstiegsgeschwindigkeit und damit das Verweilzeitspektrum, zum anderen wird die Durchmischung im Tropfeninneren intensiviert und der Stofftransport verstärkt. Numerische Simulationen sollen detaillierten Auf- schluss über den Einfluss der Trop- fendeformation auf Impuls- und Stoff- transport geben. Für die numerischen Untersuchungen wird das Finite-Ele- mente-Paket NAVIER [1] eingesetzt, das auf einer variationellen Formulierung der Krümmung basiert. Die semi-im- plizite Zeitdiskretisierung der Krüm- mungsterme liefert zudem eine effektive und konsistente Beschreibung der Span- nungsterme an der Phasengrenzfläche. Durch eine gekoppelte Berechnung der Zweiphasenströmung mittels entspre- chender Projektionen sind Spannungs, Druck- und Konzentrationssprünge leicht beherrschbar. Zur Validierung der Abbildung. Koaleszenzereignis Toluol/Wasser, 25°C, pH = 3. 1060 Chemie Ingenieur Technik 2009, 81, No. 8 2 Fluiddynamik und Trenntechnik www.cit-journal.de © 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Untersuchungen zur binären Tropfen-Tropfen-Koaleszenz in flüssig-flüssig-Systemen

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Extraktion

V2.10

Untersuchungen zur binären Tropfen-Tropfen-Koaleszenzin flüssig-flüssig-SystemenM.Sc. R. T. Eiswirth1) (E-Mail: [email protected]), Prof. Dr. H.-J. Bart1)

1)Thermische Verfahrenstechnik, TU Kaiserslautern, Postfach 3049, D-67653 Kaiserslautern, Germany,

DOI: 10.1002/cite.200950262

Der Vorgang der Tropfen-Tropfen-Koa-leszenz spielt bei der Extraktion eineentscheidende Rolle. Aktuelle Modellezur Berechnung der Koaleszenzrateverwenden trotz komplexer Zusammen-hänge zwischen verschiedenen Einflüs-sen meist einfache Anpassungsparame-ter, die dann nur für ein chemischesSystem oder eine Apparategeometriegültig sind. Speziell die Einflüsse vonpH-Wert, Salzen, Tensiden und Massen-transport werden vernachlässigt. Auchsind die Veränderungen der Topologie,die bei der binären Tropfenkoaleszenzaus dem Verschmelzen der frei bewegli-chen Tropfen resultieren, besonders imHinblick auf die Evaluation von CFD-Si-mulationen, noch nicht ausreichendaufgeklärt.

Die Grundlagenuntersuchungen zurbinären Koaleszenz wurden mit demStandard EFCE Testsystem Toluol/Aceton/Wasser unter definierten Be-dingungen durchgeführt. Die Tropfen-kollisionen wurden mit einer Hoch-

geschwindigkeitskamera aufgezeichnetund das Verhalten der Tropfen unter-sucht. Hierbei wurden verschiedeneEinflüsse wie die Kontaktzeit, Tropfen-größe und Tropfengeschwindigkeitenauf die Koaleszenz untersucht.

Durch die Änderung des pH-Wertesoder die Zugabe an Salzen, wurde ver-sucht, das Koaleszenzverhalten zu ver-ändern. Es wurde festgestellt, dass sichdie Koaleszenzneigung mit steigendem

pH-Wert verringert. Dieser verminder-ten Koaleszenzneigung konnte durchdie Zugabe von Salzen entgegen gewirktwerden. Des Weiteren wurde mit Hilfeder hochauflösenden Hochgeschwindig-keitsaufnahmen bei Koaleszenzereignis-sen neben diesen integralen Größen,die Veränderung der Topologie unter-sucht. Im Fokus steht das Verhalten derFlüssigkeitsbrücke zwischen den Trop-fen.

V2.11

Mesh-Moving-Methode zur Berechnung des instationärenImpuls- und Stofftransports an deformierbaren EinzeltropfenK. Bäumler1) (E-Mail: [email protected]), M. Wegener2), A. R. Paschedag3), E. Bänsch1)

1)Lehrstuhl für Angewandte Mathematik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Haberstraße 2, D-91058 Erlangen, Germany2)Fachgebiet Verfahrenstechnik, TU Berlin, Ackerstraße 71–76, D-13355 Berlin, Germany3)Beuth Hochschule für Technik Berlin, Luxemburgerstraße 10, D-13353 Berlin, Germany

DOI: 10.1002/cite.200950133

In dispersen Flüssig/Flüssig-Systemenspielen Deformations- und Oszillations-phänomene der Phasengrenze hinsicht-lich Fluiddynamik und Stofftransporteine wichtige Rolle. Zum einen beein-flussen sie die Aufstiegsgeschwindigkeitund damit das Verweilzeitspektrum,zum anderen wird die Durchmischungim Tropfeninneren intensiviert und der

Stofftransport verstärkt. NumerischeSimulationen sollen detaillierten Auf-schluss über den Einfluss der Trop-fendeformation auf Impuls- und Stoff-transport geben. Für die numerischenUntersuchungen wird das Finite-Ele-mente-Paket NAVIER [1] eingesetzt, dasauf einer variationellen Formulierungder Krümmung basiert. Die semi-im-

plizite Zeitdiskretisierung der Krüm-mungsterme liefert zudem eine effektiveund konsistente Beschreibung der Span-nungsterme an der Phasengrenzfläche.Durch eine gekoppelte Berechnung derZweiphasenströmung mittels entspre-chender Projektionen sind Spannungs,Druck- und Konzentrationssprüngeleicht beherrschbar. Zur Validierung der

Abbildung. Koaleszenzereignis Toluol/Wasser, 25 °C, pH = 3.

1060 Chemie Ingenieur Technik 2009, 81, No. 82 Fluiddynamik und Trenntechnik

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