Ortsaufgelöste experimentelle Analyse und Modellierung des Stoffübergangs an aufsteigenden Gasblasen mit und ohne überlagerter chemischer Reaktion

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In vielen Bereichen der Chemischen Industrie, Biotechnologie, Lebensmittel- und Umweltverfahrenstechnik müssen gasförmige Stoffe an eine flüssige Phase übertragen werden (z.B. Hydrierungen, Chlorierungen, Oxidationen oder Fermentationen). Diese Stofftransportprozesse finden häufig in Zweiphasenströmungen statt, wobei durch möglichst optimale Stofftransportbedingungen eine gute Ausnutzung der Gasphase bei kurzen Kontaktzeiten angestrebt wird. Die optimalen Bedingungen zur Erzielung maximaler Stoffaustauschraten können bisher nur durch integrale Modellansätze, empirisch gewonnene Gleichungen oder Erfahrungswerte abgeschätzt werden. Dies ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass den meist dominierend wirksamen lokalen Stofftransportprozessen im Bereich der Mikro- und Mesoskala, aufgrund der fehlenden messtechnischen Möglichkeiten, nicht die notwendige Aufmerksamkeit gewidmet werden konnte. Im hier zu verlängernden Vorhaben werden erstmals an einer frei aufsteigenden Sauerstoffblase Konzentrationsgrenzschichten sowie lokale Massenströme in der Wirbelschleppe vermessen und momentane, örtliche Stoffaustauschkoeffizienten berechnet. Durch enge Kooperation mit TP sollen die neuen Methoden im Weiteren auf reagierende Stoffsysteme mit Parallel- und Folgereaktionen angewendet werden. Durch die Kombination aus experimentell gewonnenen Daten und Erkenntnissen aus der numerischen Simulation ist ein wesentlicher Erkenntnisgewinn zu erwarten, der zu neuen, physikalisch begründeten Modellen führen wird und deutliche Effizienzsteigerungen für Gas/Flüssigreaktionen verspricht.