PARBUIN - Partikel-Blasen-Wechselwirkungen für grüne Prozesse
Sprache der Bezeichnung:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Blasensäulen sind in der chemischen, petrochemischen, biochemischen und metallurgischen Industrie weit verbreitet. Sie werden für die Oxidation, Chlorierung, Alkylierung, Polymerisation und Hydrierung verwendet. Dreiphasige Blasenströmungen stehen heutzutage im Mittelpunkt, da die Reaktoren ein wesentlicher Bestandteil zur Umwandlung von CO2 in wieder verwendbares Methan oder Methanol. Die Wechselwirkung von Gas/Feststoff (Katalysator)/Flüssigkeit bringt Unsicherheiten bei der Reaktorauslegung, -optimierung und -steuerung. Ein besseres Verständnis ermöglicht eine ressourceneffiziente Auslegung und Steuerung der Reaktoren.
Slurry-Bubble-Column-Reaktoren (SBC) bestehen aus Flüssigkeitssäulen von mehreren zehn Metern Höhe, in denen dispergierte Blasen und Feststoffpartikel (Größenordnung: Millimetern bzw. Mikrometern) interagieren, die ihrerseits die globalen Mehrphasenströmungseigenschaften bestimmen. Das große Spektrum der Längenskalen erfordert hochauflösende Techniken sowohl für messtechnische als auch für simulationsbasierte Studien. Aktuelle Literatur bezieht sich auf zweiphasigen Blasensäulen, um die globale Hydrodynamik auf einer groben Skala darzustellen. Einige der angewandten Modelle und Korrelationen enthalten ungelöste physikalische Zusammenhänge für dreiphasige Strömungen.
Wir entwickeln ein gekoppeltes Flüssigkeitsvolumen-getauchte Grenze-Verfahren, das die vollständig aufgelöste Simulation von Grenzflächenstrukturen (Tröpfchen und/oder Blasen) in Wechselwirkung mit sich bewegenden kleinen Partikeln ermöglicht, für genaue Informationen über die Physik der Flüssig-Gas-Feststoff-Strömung und neue Teilgittermodelle und physikalische Korrelationen für makroskopisch orientierte CFD-Simulationen vorschlagen. Ergänzend werden Partikelverfolgungs- und TomoPIV-Messungen in Gegenstromkolonnen in verschiedenen Maßstäben durchgeführt, um die Simulationen zu validieren und neue Erkenntnisse über die kleinräumigen hydrodynamischen Phänomene in SBCs zu gewinnen.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englische Bezeichnung:
PARBUIN - Particle-Bubble Interactions for Green Processes
Englische Kurzfassung:
Bubble columns are widely used in the chemical, petrochemical, biochemical and metallurgical industries. They are used for oxidation, chlorination, alkylation, polymerization and hydrogenation. Three-phase bubbling flows are the focus today, as the reactors are an essential component for converting CO2 into reusable methane or methanol. The gas/solid (catalyst)/fluid interaction brings uncertainties in reactor design, optimization and control. A better understanding will enable resource-efficient reactor design and control.
Slurry bubble column (SBC) reactors consist of liquid columns tens of meters high in which dispersed bubbles and solid particles (size scales: millimeters and micrometers, respectively) interact, which in turn determine the global multiphase flow properties. The wide range of length scales requires high-resolution techniques for both metrological and simulation-based studies. Current literature refers to two-phase bubble columns to represent global hydrodynamics on a coarse scale. Some of the applied models and correlations contain unresolved physical relationships for three-phase flows.
We develop a coupled liquid-volume immersed boundary method that enables fully resolved simulation of interfacial structures (droplets and/or bubbles) interacting with moving small particles, for accurate information on the physics of liquid-gas-solid flow, and propose new subgrid models and physical correlations for macroscopically oriented CFD simulations. Complementary particle tracking and TomoPIV measurements will be performed in countercurrent columns at various scales to validate the simulations and provide new insights into the small-scale hydrodynamic phenomena in SBCs.
Forschungs-