ISBN 9783843956420

978-3-8439-5642-0, Reihe Verfahrenstechnik

Marc Fan Xia
Fluiddynamik und Stofftransport der Mehrphasenströmung in strukturierten Packungen – Untersuchungen mit numerischer Strömungsmechanik

152 Seiten, Dissertation Technische Universität München (2025), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Dissertation werden die Fluiddynamik und der Stofftransport von Mehrphasenströmungen in strukturierten Packungen mittels numerischer Strömungsmechanik, engl.: Computational Fluid Dynamics (CFD), für die Rektifikation untersucht. Die Simulationen wurden mit der Software OpenFOAM durchgeführt und umfassen Packungen vom Typ 750Y und erstmalig auch vom Typ 500Y mit und ohne Oberflächenstruktur. Untersucht wurden die Gemische Stickstoff/Sauerstoff in der 750Y Packung und Cyclohexan/n-Heptan sowie Chlorbenzol/Ethylbenzol in der 500Y Packung. Ziel war es, das Strömungsverhalten sowie die Stofftransportmechanismen in Abhängigkeit von Stoffdaten, der Packungsgeometrie und dem Betriebspunkt besser zu verstehen und die Auslegung von Kolonnen mit strukturierten Packungen zu verbessern. Hierfür wurden Einzelparametervariationen durchgeführt, das Simulationssetup weiterentwickelt und Trennleistungen mittels CFD-Simulationen bei unendlichem Rücklauf vorhergesagt.

Ein systematischer Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten zeigt deutliche Unterschiede zwischen den Packungen mit und ohne Oberflächenstruktur. Simulationen ohne Oberflächenstruktur reproduzieren die gemessenen Trennleistungen quantitativ gut, zeigen jedoch einen versetzten Verlauf der Trennleistung über der Gasbelastung, was auf ein abweichendes Strömungsbild zurückzuführen ist. Dieses entsteht durch die Abwesenheit von Oberflächenstrukturen. Simulationen mit Berücksichtigung der Oberflächenstruktur erfassen den Verlauf der Trennleistung besser, überschätzen diesen jedoch. Dies wird auf eine Überschätzung der Benetzung zurückgeführt, welche die effektive Stoffaustauschfläche zwischen Flüssigkeit und Gas beeinflusst.