Examinations of the mass transfer in multi-stage liquid-solid fluidized beds

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Mehrstufige Wirbelschichten ermöglichen einen kontinuierlichen Gegenstrom zwischen einem Feststoffstrom und einem Fluid. Ihr Einsatz hat insbesondere in biotechnologischen Prozessen den Vorteil, dass die bei Festbettadsorbern notwendige Feststoffabscheidung entfallen kann und dadurch erhebliche Produktverluste vermieden werden. Durch die Gegenstromführung lassen sich ebenfalls herkömmliche Adsorptionsverfahren (z.B. SMB-Prozesse) verbessern. In früheren Arbeiten wurden Feststofffraktionen mit einem Partikeldurchmesser von 1,5 mm eingesetzt. Dabei konnte eine Minderung der Adsorptionsleistung durch eine ausgeprägte Limitierung des Stofftransportes beobachtet werden. Simulationsstudien zum adsorptiven Stoffaustausch zeigen, dass feinkörnige Feststoffpartikel (dp < 0,6 mm) notwendig sind, um diese Stofftransportlimitierung zu verringern. Eigene experimentelle Untersuchungen zum fluiddynamischen Verhalten bestätigen, dass mehrstufige Rieselbogenwirbelschichten mit Partikeln mit kleinem Durchmesser stabil und kontinuierlich im Gegenstrom betrieben werden können.Zur Auslegung von mehrstufigen Rieselbodenwirbelschichten fehlen Grundlagenuntersuchungen zum Stoffaustausch sowie zum dynamischen Betriebsverhalten bei kontinuierlicher Adsorption bzw. Desorption.Das Forschungsvorhaben hat das Ziel, anhand des Ionenaustausches von L-Phenylalanin an stark sauren Kationenaustauschern die fehlenden Grundlagen zum Stofftransport in mehrstufigen Wirbelschichten bei Einsatz feiner Partikel zu erarbeiten. Hierzu sind experimentelle Untersuchungen der Stoffaustauschkinetik sowie die theoretische Modellierung und Simulation der Ad- und Desorption in mehrstufigen Wirbelschichten notwendig. Hierauf aufbauend sind Untersuchungen zum dynamischen Verhalten bei kontinuierlicher Adsorption und Prozessstudien zur gekoppelten Ad- und Desorpiton in mehrstufigen Wirbelschichten durchzuführen.