Stoffübergang von aufsteigenden Blasen in reagierenden Flüssigphasen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Kraume
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256647858

Der Kern des beantragten Folgeprojekts liegt in der Untersuchung des Einflusses der Interaktionen von Blasen auf den Stofftransport in reagierenden Flüssigkeiten. Wie in der ersten Förderperiode sind die experimentellen Arbeiten fokussiert auf die Aufklärung der Interaktionen von Fluiddynamik, Stofftransport und Reaktion. Um die Interaktionen zu untersuchen, sollen ausgewählte Blasen in verschiedenartigen Blasenensembles untersucht werden. Die in der ersten Förderperiode entwickelte Messtechnik soll jedoch weiterhin auch für ergänzende Einzelblasenmessungen genutzt werden, da dies die Grundlage für den Vergleich mit dem Verhalten in Blasenensembles liefert. Die ergänzenden Einzelblasenuntersuchungen zur Bestimmung des Stoffübergangskoeffizienten auf Basis der Blasengrößenänderung sind auf die zwei im Rahmen der ersten Förderperiode weiterentwickelten Messapparaturen (Aufstiegsmesszelle, Gegenstrommesszelle) verteilt. Variiert werden hierbei: Das chemisches System, die Blasengrößen, die Kontaktzeit, der Druck, die Temperatur und die Eduktkonzentration in der flüssigen Phase. Die Ergebnisse werden mit angepassten oder ggf. neuen Sherwood-Korrelationen unter sinnvoller Einbeziehung aller Parameter modelliert. Diese Korrelationen dienen als Grundlage für den Vergleich mit Systemen, bei denen in Blasennähe komplexere Strömungs- und ggf. auch Konzentrationsfelder vorliegen. Diese Felder sollen unter definierten Bedingungen erzeugt werden. Dies geschieht mit nacheinander in einer Kette aufsteigenden Blasen, mit einer Anordnung von Blasen und mit einem vorauseilenden Blasenschwarm in dessen Nachlauf eine einzelne Blase aufsteigt und optisch vermessen wird. Zum Vergleich werden auch die Ergebnisse mit einem Turbulenzpromoter mit den vorher genannten Varianten getestet . Neben der Untersuchung der in der 1. Förderperiode entwickelten, chemischen Systeme, sollen auch die neu- bzw. weiterentwickelten chemischen Systeme mit parallelen und/oder konsekutiven Reaktionen untersucht werden. Dies bedarf zum Teil neuer Ansätze um differenzierte Aussagen über die Systeme treffen zu können. Hierzu sollen die in der ersten Förderperiode geschaffenen Möglichkeiten der voll automatisierten Versuchsführung dahingehend ausgenutzt werden, dass die optische Messtechnik um weitere sowohl feststehende als auch mitbewegte spektrale Messtechniken erweitert wird. Da chemische Systeme geplant sind, deren konkurrierende Reaktionen in unterschiedlichen Verfärbungen resultieren, bietet dieser Ansatz großes Potential. Der hier gewählte Ansatz der optischen Verfolgung der Blase liefert durch den Blasenpfad, die Blasenform und das Schrumpfungsverhalten unter diversen in höchstem Maße kontrollierten Bedingungen viele Ansatzpunkte für die Validierung von Simulationen der numerischen Gruppen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1740: Einfluss lokaler Transportprozesse auf chemische Reaktionen in Blasenströmungen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Lutz Böhm