Projekt WakeMix: Blasennachlauf – Die Strömungen hinter Blasen besser verstehen
In industriellen Prozessen werde Gase mittels Blasen durch eine Flüssigkeit geleitet, um so die verschiedensten Chemikalien herzustellen. Die kleinen Gasmoleküle gehen dabei von der Blase in die Flüssigkeit über und stehen dann für eine chemische Reaktion zur Verfügung. Die Effekte und Strömungen, die sich hinter diesen aufsteigenden Blasen zeigen, werden als Blasennachläufe bezeichnet. Im Blasennachlauf (Englisch „wake“) wird häufig angenommen, dass sich das gelöste Gas sofort gleichmäßig im ganzen Fluid verteilt – meist ein schlechte Näherung. Vielmehr deuten Vorarbeiten zu dem Projekt „WakeMix“ auf eine sehr heterogen verteilte Konzentration hin, wie das Bild oben zeigt.
Das führt auch zu falschen Abschätzungen, wie schnell sich das gelöste Gas in Gas-flüssig Reaktionen verteilt. Eigentlich aber ist diese Verteilung entscheidend für die Synthese von chemischen, alltäglichen Grundchemikalien: für Hydrierungen, Oxidationen oder auch Chlorierungen. Zusätzlich können hohe Gaskonzentrationen im Blasennachlauf potenziell schädlich für Mikroorganismen und Enzyme in begasten Reaktoren sein und die Bildung von anvisierten Produkten hemmen oder sie verändern.
Das Hauptziel dieses Projekts ist es daher zu untersuchen, wie sich die Strömungen hinter aufsteigenden Blasen bei chemischen Reaktionen auf die Verteilung des gelösten Gases im Blasennachlauf auswirken. Diese Erkenntnisse werden dann als Modelle zur Stoffübertragung in die Verfahrenstechnik integriert. So kann der Einfluss der Blasennachläufe auf die Reaktionsdynamik besser abgeschätzt werden.
Um präzise vorherzusagen, wie viel Gas von einer Blase in die umgebende Flüssigkeit übertragen wird, muss der Massenübertragungskoeffizient (oder die dimensionslose Sherwood-Zahl) bestimmt werden. Zu diesem Zweck werden experimentelle Studien durchgeführt, bei denen das Mischverhalten und die Strömungsfelder hinter den Blasen mit modernen Messtechniken (4D-PTV und TRS-LIF) analysiert werden. Dabei wird besonders der Einfluss der Blasengröße auf die Struktur des Nachlaufs und das Vermischen des gelösten Gases in der Flüssigkeit untersucht.
Gefördert von der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517064495
