Bibliographic Metadata

Title
Investigation of the gas-liquid mass transfer in trickle bed reactors / von Maximilian Reindl
Additional Titles
Untersuchung des Gas-Flüssig-Stoffübergangs in berieselten Partikelschüttungen
AuthorReindl, Maximilian
Thesis advisorHarasek, Michael
PublishedWien, 2018
Description109 Seiten
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2018
Annotation
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprueft
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Absorption / Packung / Benetzung / Hold-up / Experiment
Keywords (EN)Absorption / Packing / Wetting / Hold-up / Experiment
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-118572 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
Investigation of the gas-liquid mass transfer in trickle bed reactors [45.3 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Unter Absorption versteht man die Aufnahme einer Komponente aus der Gasphase in einer Flüssigphase. Absorptionsprozesse sind keine neue Erfindung der Menschheit, in der Natur finden Absorptionsprozesse schon seit Anbeginn der Zeit statt. Der Mensch hat sich dieses Phänomen zu Nutzen gemacht um neue Produkte zu erstellen , die Wirtschaftlichkeit von Produktionsverfahren zu verbessern und den im Zuge der Produktion verursachten Schaden an der Natur wieder zu reduzieren. So entstanden über die Zeit viele verschiedene Arten von Absorbern, welche von diversen Vorund Nachteilen begleitet werden. In dieser Arbeit wird auf Rieselbettreaktoren eingegangen. Hierbei strömen ein oder mehrere Fluide durch eine feste Packung. Da der Stoffaustausch zwischen den verschiedenen Phasen vor allem von den Strömungsbedingungen in der Kolonne abhängt muss auf diese besonderes Augenmerk gerichtet werden. Aus diesem Grund wurde auf die Erforschung des hydrodynamische Verhalten der Prozesse schon viel Wert gelegt. Aufgabenstellung dieser Arbeit war, Daten zur Validierung eines Strömungssimulationsprogrammes zur Berechnung der Vorgänge während eines Absorptionsprozesses experimentell zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurde eine bestehende Labor-Blasensäule revitalisiert, umgebaut und als Rieselbettreaktor in Betrieb genommen. Der Korpus wurde mit inerten, kugelförmigem nicht porösem Bettmaterial gefüllt. Um das Verhalten der flüssigen Phase und den Stoffübergang analysieren zu können wurde die Kolonne mit verschiedenen Flüssigkeitsberieselungsdichten und unterschiedlichen Gas-flussraten betrieben, die im Gegenstrom aufgegeben wurden. Als Medien für diese Versuche dienten Leitungswasser und Luft. Als wesentliche Untersuchungsparameter wurde der Hold-Up des Wassers in der Packung und der Sauerstoffübergang zwischen beiden Phasen bei den diversen Betriebsbedingungen definiert. Zur Bestimmung der Flüssigkeitsverweilzeit un der axialen Rückvermischung des Reaktores zu ermitteln, wurde ein Tracerverfahren verwendet. Mittels eienr konzentrierten Salzlösung wurde ein Puls am Kolonnenkopf aufgegeben, die Pulsantwort wurde am Boden der Kolonne mittels Leitfähigkeitssonden gemessen. Zur Ermittlung des Sauerstoff-Phasenüberganges wurden zur Erstellung einer Stoffmengenbilanz je zwei Sauerstoffsensoren für die Flüssigund zwei für die Gasphase zur Datenerfassung herangezogen. Die analysierten Werte wurden mit bestehenden Korrelationen verglichen. Um die axiale Dispersion für die flüssige Phase zu bestimmen wurde die Verteilungsfunktion von Levenspiel ausgewählt. Diese wurde benutzt um charakteristische Parameter wie die mittlere Verweilzeit und den Dispersionskoeffizienten zu errechnen. Die Bodensteinund die Pecletzahl wurden als Kennzahlen herangezogen um die Ergebnisse mit den bestehenden Korrelationen vergleichen zu können. Die gefundenen Näherungen ergeben für bestimmte Bereiche gute Vorhersagen. Durch die Entwicklung von leistungsfähigerer Hardware und den damit steigenden Rechenkapazität erhählt die Berechnung von fluiddynamischen Problemen, mittels Computer, immer mehr Aufmerksamkeit. Diese Arbeit hat sich neben der durchgeführten Experimente auch mit der CFD (Computational Fuild Dynamics)-Simulation beschäftigt. Die Kugelpackung wurde mit Hilfe der diskreten Elemente Methode (DEM) erstellt. Die Simulation wurde mit OpenFOAM durchgeführt. Die Ergebnisse dieser numerischen Berechnung stellt die Grundlage für weitere Arbeiten dar.

Abstract (English)

Absorption is the ability of a component in the gas phase to dissolve into the liquid phase. Since begin of the time absorption is a natural phenomenon. This process is used by the humanity to build new products, increase the productivity and decrease the environmental pollution. Over the time different kind of absorber have been invented. Each type of these absorbers have different advantages and disadvantages. In this thesis the behavior of a trickle bed reactor is investigated. In this kind of absorber one or more fluid phases flow threw a fixed packed bed. The mass transfer in these reactors is dependent on the flow conditions of the fluid phases. The important hydrodynamic conditions of the trickle bed are investigated in this thesis. The task of this work was to evaluate data of the absorption process to validate the simulations of a computational simulation. For these investigations an existing laboratory bubble column is revitalized and rebuild to a trickle bed reactor. For the fixed bed spherical particles are used. These particles have a non porous and a non inert character. To investigate the behavior of the liquid phase in the trickle bed the experiments are done with different liquid and gas flow rates. For the experiments regular tab water and ambient air have been used. The hold-up of the liquid phase and the oxygen mass transfer in the trickle bed have been investigated for different flow conditions of the phases. For the hold-up experiments a tracer method was used. A salt solution was injected at the top of the column and the response was detected at the bottom of the trickle bed by a conductivity sensor. The mass transfer experiments were recorded with two oxygen sensors for the liquid and two oxygen sensors for the gas phase. The results of the recorded data are compared with existing correlations. To determine the axial dispersion of the liquid phase the approach of Levenspiel is used. This distribution function is used to evaluate the average residence time and the axial dispersion coefficient. To compare the results of the used setup with other cases the Bodenstein and Peclet number are used. These correlations deliver good approximations for certain flow conditions. The development of more powerful hardware and the increasing computing capacity, more attention on the calculation of fluid dynamic problems by computer can be paid. Next to the evaluation of the experimental data this thesis uses computational fluid dynamics (CFD) to simulate this task. The sphere packing for the simulation is created by a discrete element method (DEM). For the numerical calculation the software OpenFOAM is used. This simulation is the base for further investigations.

Stats
The PDF-Document has been downloaded 9 times.