Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (TVT)

Dynamische Modellierung eines Rotating Disc Contactors (RDC) bzw. einer Kühni Kolonne durch OPOSPM (one-primary-one-secondary particle method)

Die Flüssig/Flüssig-Extraktion im Gegenstrom ist eine in der chemischen, biochemischen, Mineral-und Atomindustrie häufig eingesetzte Methode zur Stoffabtrennung. Dennoch ist die Vorausberechnung der Trenneigenschaften der eingesetzten Apparate nach wie vor unbefriedigend. Die Diskrepanz zwischen der theoretischen und der tatsächlichen Leistung entstammt der komplexen Natur der dispergierten Phase, die aufgrund Tropfenkoaleszenz und -zerfall als Folge der Interaktion mit der turbulenten kontinuierlichen Phase sich ständig ändert. Die Hydrodynamik und der Stofftransport in Flüssig-Flüssig-Extraktionskolonnen werden durch das Verhalten der Tropfenschwärme, die die dispergierte Phase bilden, bestimmt. Das Verhalten der Tropfen und ihre Größenverteilung können mittels DPB beschrieben werden, indem eine differenzielle Tropfenpopulationsbilanz für Tropfen von unterschiedlicher Größen durchgeführt wird.

Die Anforderung für die on-line-Regelung über Sensortechnik liegt in der Entwicklung leistungsfähiger Regelinformationen. Ein moderner Lösungsansatz hin zur Tropfengrößenverteilungskontrollierten Auslegung, wie beispielsweise OPOSPM, muss entwickelt und experimentell in am Lehrstuhl vorhandenen RDC-Kolonnen bzw. Kühni-Kolonne verifiziert werden. Dazu muss ein reduziertes mathematisches Modell (basierend auf dem Sekundär- und Primärpartikelkonzept, secondary and primary particle concept) entwickelt werden, womit die dynamische Trennleistung einer Gegenstrom Extraktionskolonne beschrieben werden kann.

Das Modell konzipiert eine Hierarchie der Kolonnendynamik, beginnend vom einfachsten „One primary- one-secondary (OPOS)“-Partikelmodell bis zum detaillierten „Multiprimary-one-secondary (MPOS)“-Model. Das reduzierte Modell entspricht dem "Base-Case" im Prozessdesign, während das detaillierte ein adaptives Modell unter Berücksichtigung der sekundären Partikel-Wechselwirkungen (Bruch und Koaleszenz) ist.

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