Theoretische und experimentelle Untersuchung zur Hydrodynamik und zum Wärme- und Stofftransport bei Gravidestillation unter Anwendung maßgeschneiderter Kapillarstrukturen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Tatiana Gambaryan-Roisman; Professor Dr.-Ing. Eugeny Kenig
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249205677

Gravidestillation (oder zero gravity distillation) ist ein Trennverfahren, das die Idee der Prozessmodularisierung realisiert und die Umsetzung von Destillationsprozessen in Mikromaßstab ermöglicht. Dabei wird die Flüssigkeitsströmung durch die Kapillarkräfte hervorgerufen, wodurch sich mehrere Vorteile ergeben. So lassen die Voruntersuchungen darauf schließen, dass die Gravidestillationsapparate die gleiche Trennleistung aufweisen wie mehrmals längere konventionelle Kolonnen. Jedoch werden die Technologiefortschritte im Bereich Gravidestillation weitgehend durch fehlende Auslegungsgrundlagen behindert, was grundsätzlich darauf zurückzuführen ist, dass bisher die grundlegenden Phänomene und Teilprozesse der Gravidestillation nur unzureichend erfasst sind.Das beantragte Projekt zielt auf die Erforschung der grundlegenden Phänomene an den Strukturelementen der Gravidestillationsapparate sowie die Entwicklung von Geometrie-basierten Auslegungs- und Optimierungsmethoden. Zur Erreichung dieser Ziele wird eine mehrskalige Modellierung und hochauflösende experimentelle Untersuchung von Hydrodynamik, Wärme- und Stofftransportvorgängen eingesetzt. Als Modellkapillarstrukturen werden Rillen- und kapillarporöse Strukturen mit definierter Geometrie gewählt. Im theoretisch-numerischen Teil werden die Beschreibungsmethoden der für die Gravidestillation relevanten Phänomene und Teilprozesse auf der Einzelrillen- und Einzelporenskala entwickelt. Die entwickelten Modelle werden danach in einem Gesamtmodell zur Beschreibung des Gravidestillationsprozesses integriert, welches für die Vorhersage des Einflusses verschiedener Kapillarstrukturen auf die Trennleistung verwendet wird. Im experimentellen Teil werden die Transportvorgänge in einer Anlage mit verschiedenen Kapillarstrukturen in Labormaßstab untersucht. Der Temperaturverlauf in Verdampfer, Kondensator und in der Trennzone wird mittels Thermoelementen gemessen. Die Zusammensetzung der Dampfphase sowie des Sumpf- und Kopfproduktes werden mit der FTIR-Methode ermittelt. Für die Kapillarstrukturen mit großen Abmessungen der Poren/Rillen wird die Flüssigkeitsverteilung in der Struktur visualisiert.Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Optimierung der Kapillarstrukturgeometrie und der Prozessbedingungen angewendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen