Quantification of heat- and masstransfer mechanisms at drops and bubbles in supercritical fluids

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Andreas Bräuer
• Subject Area: Technical Thermodynamics
• Term: from 2010 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 182018169

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Im Rahmen dieses Fortsetzungsprojekts wurde eine Hochdrucksichtzelle so umgebaut, dass Stofftransportuntersuchungen zwischen organischem Lösemittel und CO2 sowohl oberhalb als auch knapp unterhalb des kritischen Mischungsdrucks des binären Systems möglich sind. Um die Stofftransportmechanismen beschreiben zu können, wurden mittels der eindimensional auflösenden Ramanspektroskopie örtlich und zeitlich aufgelöste Zusammensetzungsprofile im Vermischungsbereich von Lösemittel und CO2 quantifiziert. Die Zusammensetzung wurden mittels Zustandsgleichung in Konzentrationsprofile umgerechnet, aus denen dann über Stofftransportmodelle (erstes und zweites Fick’sches Gesetz) Diffusionskoeffizienten berechnet wurden. Es wurden verschiedene experimentelle Methoden und verschiedene Auswertemethoden kombiniert, wobei keine Methode identifiziert werden konnte, die für die Systeme Lösemittel/CO2 korrekt erscheinende Diffusionskoeffizienten hervorbrachte. Für ähnliche Systeme, bestehend aus Polymer und CO2, bei denen die Konvektion deutlich weniger ausgeprägt ist, konnten sinnvolle und reproduzierbare Diffusionskoeffizienten mit den entwickelten Werkzeugen ermittelt werden.

Publications

• Investigation of CO2 sorption in molten polymers at high pressures using Raman line imaging. Polymer 54, 812-818 (2013)
  O.S. Knauer, M.G. Pastore Carbone, A. Braeuer, E. Di Maio, A. Leipertz
  
• Microfluidic investigation into mass transfer in compressible multi-phase systems composed of oil, water and carbon dioxide at elevated pressure. The Journal of Supercritical Fluids 84, 121-131 (2013)
  S.K. Luther, J.J. Schuster, A. Leipertz, A. Braeuer
  
• Quantification of the mass transport in a two phase binary system at elevated pressures applying Raman spectroscopy: pendant liquid solvent drop in a supercritical carbon dioxide environment. International Journal of Heat and Mass Transfer 62, 729-740 (2013)
  A. Braeuer, O.S. Knauer, J. Quino, A. Leipertz
  
• Phase-specific Raman spectroscopy in fast segmented microfluidic flows. Lab on a Chip 14, 2910-2913 (2014)
  S. K. Luther, S. Will, A. Braeuer
  
• On the unexpected non-monotonic profile of specific volume observed in PCL/CO2 solutions. Polymer 56, 252-255 (2015)
  M.G. Pastore Carbone, E. Di Maio, P. Musto, A. Braeuer, G. Mensitieri