Transient temperature and concentration fields in highly loaded packed bed adsorbers

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Der in Produktion wie Umwelttechnik gleichermaßen bedeutsame Prozeß der Adsorption in durchströmten Festbetten soll mit Hilfe einer neuartigen tomographischen Meßmethode und eines zweidimensionalen Festbettmodells analysiert werden. Dabei werden schwerpunktmäßig für die Praxis relevante, jedoch schwierige Betriebsbedingungen berücksichtigt, für die z.Zt. weder ausführliche Meßdaten noch eingehend validierte Simulationsmethoden vorhanden sind. Derartige Betriebsbedingungen sind durch ausgeprägte Randgängigkeit, eine starke Wärmetönung sowie große partikelseitige Transportwiderstände gekennzeichnet. Sie werden durch ein kleines Verhältnis zwischen Rohr- und Partikeldurchmesser, durch die Wahl des Stoffsystems - Zeolith, Wasser, Luft - und starke Belastungen, sowie durch den Einsatz relativ großer Partikel gezielt realisiert. Die zu entwickelnde Infrarot-Tomographie für Wasserdampf wird erstmalig die hochauflösende Erfassung des Durchbruchs des Adsorbates nicht nur nach der Zeit, sondern auch nach der radialen Ortskoordinate ermöglichen. Die Festbettmodellierung soll sich auf ein neulich entwickeltes, umfassend validiertes und bei der Berechnung von wandgekühlten Reaktoren bereits erfolgreich eingesetztes zweidimensionales Modell stützen, das alle Randgängigkeitseffekte explizit berücksichtigt. Bei der Adaption auf den Adsorptionsprozeß soll insbesondere die am Einzelkorn zu messende partikelseitige Kinetik berücksichtigt werden. Durch Reduktion des komplexen Modells können Gültigkeitsbereiche für einfache, aus der Literatur bekannte Ansätze zuverlässig abgeleitet und Empfehlungen für den praktischen Gebrauch formuliert werden.