Das Projekt "Verknüpfung von CFD und Tropfenpopulationsbilanzen (TPBM) in der Extraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Der erste Teil des Forschungsvorhabens (Start April 2006) wurde erfolgreich abgeschlossen. Im folgenden werden die Erfolge des ersten Projektabschnitts und die Ziele und Ergebnisse des zweiten Projektabschnitts zusammengefasst. 1. Abschnitt: Zu Beginn des Projekts waren CFD-Simulationen von zweiphasigen flüssig-flüssig betriebenen Extraktionskolonnen in der Literatur quasi nicht vorhanden. Im ersten Teil wurden daher zunächst zweiphasige CFD.Simulationen mit konstanten Tropfendurchmessern ohne Berücksichtigung von Populationsbilanzen erfolgreich durchgeführt. In beiden CFD Tools konnten die ein- und zweiphasigen Strömungsbedingungen in einem Rotating Disc Contactor vorhergesagt werden (1,2). Ein- und zweiphasige Particle Image Velocimetry Messungen ermöglichten einen Vergleich und eine Validierung der Simulationen. Im nächsten Schritt wurden Methoden zur Lösung der Populationsbilanzen in die CFD codes integriert. Die Standardvorgehensweise ist, dass für jede Phase in CFD ein Fluid verwendet wird (Two-Fluid Model) und sich die disperse Tropfenphase mit dem Sauterdurchmesser (d32) bewegt, der mit Hilfe der Populationsbilanzen berechnet wird. Die klassischen Lösungsmethoden, Klassenmethode und Momentenmethode (Quadrature Method of Moments), wurden im Rahmen von Fluent untersucht (4). In diesem Zusammenhang wurden auch mehrere Literaturmodelle für Zerfall und Koaleszenz der Tropfen in Fluent integriert und verglichen. Es zeigte sich, dass eine Vorhersage der Tropfengröße in einer 5 Compartment Sektion eines RDC Extraktors, bei richtiger Wahl der Modelle, möglich ist. Bei der Kopplung zwischen CFD und PBM ist die Momentenmethode vorzuziehen, da hier der Rechenaufwand wesentlich geringer ist, bei besserer Genauigkeit des Sauterdurchmessers. Sowohl in Fluent als auch in FPM wurde die Sectional Quadrature Method of Moments (SQMOM) implementiert (5-7). Die SQMOM als eine adaptive Methode ist für die Verwendung in CFD sehr gut geeignet. Im Gegensatz zum Zwei-Fluid CFD-Modell können im Multi-Fluid Modell tropfengrößenspezifische Aufstiegsgeschwindigkeiten wiedergegben werden. 2. Abschnitt: Während die reine Verknüpfung und die Vorhersage der Zweiphasenströmung im ersten Forschungsabschnitt realisiert wurden, sollen im weiteren Forschungsvorhaben die Vorhersagemöglichkeiten weiterentwickelt werden. Ziele sind hierbei ein Turbulenzmodell für FPM zu realisieren und zu validieren, mit dessen Hilfe Zerfall und Koaleszenz der Tropfen modelliert werden. Am Lehrstuhl f. Thermische Verfahrenstechnik sind Untersuchungen zur Messung der Turbulenz und zum Zerfall der Tropfen geplant. Eine integrierte Betrachtung von experimentellen und simulierten Turbulenzgrößen zusammen mit Zerfall und Koaleszenz der Tropfen soll zu einer Verbesserung der Vorhersage führen. Die Berücksichtigung von Stofftransport mit Hilfe eines bivariaten Populationsbilanzmodells wird die Beschreibung des Stoffaustauschs ermöglichen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Simulation von fluessig-fluessig-Dispersionen auf der Basis einer Tropfen-Populations-Bilanz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Bestimmung der kinetischen Tropfenzerfallsrate, Tochtertropfenverteilung und Koaleszenzraten fuer die Koaleszenzratenestimierung. Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Koaleszenzneigung verschiedener Systeme; Apparatesimulation. Ziel: Vorhersage des Trennverhaltens der Extraktionskolonne durch die Verknuepfung der hydrodynamischen Simulation mit den Ergebnissen zur Untersuchung des Stoffueberganges.
Das Projekt "Charakterisierung und Scale-up der Transportvorgänge in miniaturisierten, gerührt-pulsierten Extraktionskolonnen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dortmund, Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen, Arbeitsgruppe ApparateDesign durchgeführt. Die Prozessentwicklung in der chemischen und biotechnologischen Industrie ist geprägt durch material- und energieintensive Entwicklungszeiten von Labor- und Miniplant-Versuchen zur Produktionsanlage. Um diese Entwicklungszeit zu verkürzen, können kontinuierliche Prozesse schon im Labor entwickelt und untersucht werden, wozu aber häufig geeignete Apparate fehlen, insbesondere bei kontinuierlichen Trennverfahren. Ein weit verbreitetes thermisches Trennverfahren ist die Flüssig-Flüssig Extraktion. Diese wird seit Jahren vermehrt in der Petrochemie, der Hydrometallurgie, der Abwassertechnik sowie in der Lebensmittelindustrie und der Pharmazie/Biotechnologie eingesetzt. Um für die Flüssig-Flüssig Extraktion während der Prozessentwicklung einen geeigneten Apparat im Labor/Miniplant-Maßstab bereitzustellen, wurde in der Arbeitsgruppe Apparatedesign eine miniaturisierte, gerührt-pulsierte Extraktionskolonne (15 mm Innendurchmesser) entwickelt, die in ersten experimentellen Untersuchungen sehr hohe Trennleistungen gezeigt hat. Ziel im ersten Teil dieses Forschungsprojektes ist es, die wesentlichen bestimmenden Parameter für die hohe Trennleistung systematisch zu untersuchen und zu verstehen. Mit diesen Erkenntnissen werden im zweiten Teil des Projektes gerührt-pulsierte Kolonnen mit größeren Durchmessern (32 mm und 50 mm Innendurchmesser) für höhere Durchsätze bei möglichst vergleichbarer Trennleistung entworfen, gebaut und charakterisiert.
Das Projekt "Aufarbeitung von buntmetallhaltigen Schlaemmen zu deponieunschaedlichen Rueckstaenden unter gleichzeitiger Rueckgewinnung der Buntmetallinhalte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Goldschmidt Industriechemikalien durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung aller erforderlichen Unterlagen zur Planung und Kostenerfassung fuer eine Grossanlage zur Aufarbeitung von buntmetallhaltigen Schlaemmen zu deponieunschaedlichen Rueckstaenden unter gleichzeitiger Rueckgewinnung der Buntmetallinhalte. Hierzu gehoeren die Erprobung von kontinuierlichen Laugungsreaktoren von Elektrolysezellen, Ionenaustauschanlagen, Extraktionskolonnen sowie Kristallisationsprozessen. Die Optimierung der erwarteten Ergebnisse soll Planung und Bau eines endgueltigen Gesamt-Aufarbeitungsverfahrens ermoeglichen.
Das Projekt "Optimierung einer zur Abwasserreinigung eingesetzten gepulsten Gegenstromextraktionskolonne durch Rechnersimulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Ziel: Optimale Betriebsweise einer zur Abwasserreinigung eingesetzten gepulsten Extraktionskolonne: Berechnung von Konzentrationsprofilen und fluiddynamischer Betriebsgrenzen.
Das Projekt "Untersuchungen zur Massstabsvergroesserung von gepulsten Siebbodenextraktoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Ausgangssituation: Unsicherheit in der Auslegung von Extraktionsapparaten, insbesondere bei technischen Massstaeben; anders geartete Apparatetypen sind weitgehend durch Patente abgedeckt; die PSE ueberdeckt grosse Einsatzgebiete. Forschungsziel: Ermittlung der Operationsgrenzen der PSE, der Rueckvermischung und des Volumenanteils der kontinuierlichen Phase im Apparat. Anwendung des Ergebnisses, Bedeutung des Ergebnisses: Apparatdimensionierung (Scaling-up) fuer einen haeufig verwendeten Extraktionsapparat (PSE); Grundlagen fuer eine vergleichende Apparatebewertung. Mittel und Wege, Verfahren: Toluol-Butylacetat-Wasser-Stroemung in 80er und 225er PSE-Kolonnen, Einsatz von Datenverarbeitungsanlagen des Instituts. Einschraenkende Faktoren: Beschraenkung auf: Extraktortyp (PSE), Anzahl der Saeulen (2), Anzahl der Gemische (2), hydrodynamische Untersuchungen.
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| Förderprogramm | 6 |
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| offen | 6 |
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| Keine | 6 |
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| Mensch & Umwelt | 6 |
| Wasser | 2 |
| Weitere | 6 |