Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (TVT)

Energie- und Ressourceneinsparung durch innovative und CFD-basierte Auslegung von Flüssig/Flüssig-Schwerkraft-Abscheidern

Ansprechpartner

M.Eng. Jan Steinhoff

Kooperationspartner

Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen

Franken Filtertechnik Kommanditgesellschaft, Hürth

LANXESS Deutschland GmbH, Köln

Raschig GmbH, Ludwigshafen

TU Berlin, Fachgebiet Verfahrenstechnik, Berlin

Université de Liège, Department of Chemical Engineering, Liège

SOPAT GmbH, Berlin

INEOS Phenol GmbH, Gladbeck

Linde AG, Pullach

Covestro Deutschland AG, Leverkusen

Motivation

Die Trennung von Flüssig/Flüssig-Gemischen in Schwerkraft-Abscheidern ist eine weitverbreitete und zwingende Standardoperation in der Verfahrenstechnik.

Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn zweiphasige Gemische aus organischen und wässrigen Flüssigkeiten getrennt werden müssen, z.B.: Kohlenwasserstoffe/Wasser bei der Mineralölverarbeitung; Lösungsmittel/Wasser in der Produktion von Kunststoffen, Farben, Kautschuken, Pflanzenschutzmitteln, Vitaminen, Lebensmitteln und deren Vor- und Koppelprodukten; Methylester/Glyzerin bei der Biokraftstoffproduktion. Typischerweise kommen für die Abscheider Behälter mit einem Durchmesser von 0,5 - 5 m und einer Länge von 3 - 30 m zum Einsatz. Je nach Werkstoff und Druckstufe ist mit Behälterkosten von ca. 20.000 € bis zu 1.000.000 € zu rechnen.

Ziel des Vorhabens ist es, mittels Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, kurz CFD) einen praxisgerechten Standard zu entwickeln, um auf Basis verfügbarer Prozessdaten den Strömungsverlauf - und damit die partielle Verweilzeitverteilung - in beliebigen Abscheidern zu berechnen.

Durch die zusätzliche Implementierung des Tropfen-Verhaltens (Koaleszenz, Phasen-grenzen) soll auch die Berechnung des Abscheider-Wirkungsgrades ermöglicht werden.

Forschungsvorhaben

AP1: Aufbau Testanlage: kontinuierlicher Betrieb; Messtechnik: Erfassung der Tropfengrößen und –verteilung.

AP2: Charakterisierung von: Zulauf in den Abscheider, Stoffdaten, Tropfengrößenverteilung, Koaleszenzverhalten, etc.; Entwicklung Eichgerät, -verfahren zur Bestimmung des Trennverhaltens und der Auslegungsgrößen für die Abscheider-Berechnung/Simulation.

AP3: Entwicklung eines wissenschaftlich fundierten CFD-Modells zur Beschreibung der Strömung in einem Abscheider; Analyse unterschiedlicher Ein-/Austritts-Geometrien, Validierung der 1-/2-phasigen Strömung in Experimenten.

AP4: Erweiterung des Strömungsmodells mit einem Koaleszenzmodell, Validierung des vollständigen Strömungs-/Koaleszenzmodells im Experiment und in Betriebsanlagen.

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