Verfahrenstechnik

Scale-up-Methodik für die Batch-Phasentrennung gerührter Flüssig/flüssig-Systeme

Motivation

In vielen industriellen Anwendungen werden Prozesse diskontinuierlich betrieben. Beispiele dafür sind Zweiphasenreaktionen in Rührbehältern oder Flüssig-Flüssig-Extraktionen, bei denen es im Anschluss häufig erforderlich ist, die beiden Phasen vor der Weiterverarbeitung zu separieren. Für die Auslegung und Optimierung dieses Trennschritts existieren nur unzureichende Methoden, vor allem für die Skalierung vom Labor- in den technischen Maßstab. Speziell die Vorhersage der Tropfengrößenverteilung (TGV) im technischen Apparat und daraus abgeleitet der Phasengrenzfläche im dispergierten Zustand sowie des Phasentrennverhaltens ist bislang auf Grundlage von Laborversuchen nicht sicher möglich (siehe Abbildung 1). Dadurch ist eine optimale Apparatedimensionierung und Betriebsführung nicht gewährleistet.

Vorgehen

Im Projekt wird eine Scale-Up-Methodik speziell für gerührte Flüssig/flüssig-Systeme entwickelt. Dazu werden experimentelle Untersuchungen in drei unterschiedlichen Größenskalen (1 L, 30 L und 500 L) durchgeführt. Es werden industriell relevante Stoffsysteme (Toluol/Wasser, Butylacetat/Wasser und Paraffinöl/Wasser) verwendet, wichtige Betriebsparameter wie Dispersphasenanteil, Leistungseintrag, Mischdauer und Rührergeometrie variiert und die Dispergierung sowie das Phasentrennverhalten eingehend analysiert. Das auf Grundlage der Ergebnisse im 1L-Maßstab entwickelte Modell wird in den anderen beiden Skalen validiert und angepasst. So wird letztendlich eine standardisierte, skalenübergreifende Auslegungsmethodik entwickelt. Das grundlegende Schema des Projektes ist in Abbildung 2 dargestellt.

Publikationen

2019

Villwock, J.
Systematische Analyse des Koaleszenzverhaltens von zweiphasigen Flüssigsystemen bei Ionenzugabe
TU Berlin
2019

2017

Kamp, J.; Villwock, J.; Kraume, M.
Drop coalescence in technical liquid/liquid applications - A review on experimental techniques and modelling approaches
Reviews in Chemical Engineering, 33 (1) :1-47
2017
ISSN: 2191-02350

2016

Gebauer, F.; Villwock, J.; Kraume, M.; Bart, H.-J.
Detailed analysis of single drop coalescence - Influence of ions on film drainage and coalescence time
Chemical Engineering Research and Design, 115 (B) :282-291
2016
ISSN: 0263-8762
Gebauer, F.; Villwock, J.; Kraume, M.; Bart, H.-J.
Prädiktiver Ansatz zur Beschreibung von Koaleszenzereignissen
Chemie Ingenieur Technik, 88 (9) :1287
2016
ISSN: 1522-2640
Villwock, J.; Gebauer, F.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
Vom Einzeltropfen zum Tropfenschwarm - Systematische Analyse der Koaleszenz in Flüssig/Flüssig-Systemen bei Ionenzugabe
Chemie Ingenieur Technik, 88 (9) :1299-1300
2016
ISSN: 1522-2640

2015

Villwock, J.; Kamp, J.; Gebauer, F.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
Coalescence in liquid/liquid dispersions - Influence of ions and fluid dynamics
In European Federation of Chemical Engineering, Editor, Abstract Book of the 10th European Congress of Chemical Engineering, Seite 554
In European Federation of Chemical Engineering, Editor
2015
ISBN
978-2-910239-82-4
Gebauer, F.; Villwock, J.; Kraume, M.; Bart, H.-J.
Einfluss von Stoffsystem und Fluiddynamik auf lokale Koaleszenzphänomene in Flüssig/Flüssig-Systemen
Chemie Ingenieur Technik, 87 (8) :1055
2015
ISSN: 1522-2640
Villwock, J.; Kamp, J.; Gebauer, F.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
Influence of Ions and Fluid Dynamics on Coalescence in Liquid/Liquid Dispersions
Proceedings of the 2015 AIChE Annual Meeting
2015
ISBN
978-0-8169-1094-6
Villwock, J.; Kamp, J.; Gebauer, F.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
Koaleszenz in Flüssig/Flüssig-Systemen - Einfluss von Ionen und Fluiddynamik
Chemie Ingenieur Technik, 87 (8) :1055-1056
2015
ISSN: 1522-2640

2014

Villwock, J.; Gebauer, F.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
Systematische Untersuchung des Einflusses von Ionen auf die Koaleszenz von Einzeltropfen
Chemie Ingenieur Technik, 86 (9) :1460-1461
2014
ISSN: 1522-2640
Villwock, J.; Gebauer, F.; Kamp, J.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
Systematic analysis of single droplet coalescence
Chemical Engineering & Technology, 37 (7) :1103-1111
2014
Villwock, J.; Kamp, J.; Kraume, M.
Systematic Analysis of Coalescence in Liquid/Liquid Dispersions
In Kraume, M. and Wehinger, G., Editor, Conference Proceedings of the 20th International Conference of Process Engineering and Chemical Plant Design, Seite 119-126
In Kraume, M. and Wehinger, G., Editor
2014
ISBN
978-3-00-047364-7
Villwock, J.; Kamp, J.; Gebauer, F.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
From Single Drop Experiments to Stirred Tanks - Systematic Analysis of Coalescence in Liquid/Liquid Dispersions
Proceedings AIChE Annual Meeting 2014, Atlanta 16.-21.11.2014
2014
ISBN
978-0-8169-1086-1

2013

Gebauer, F.; Hlawitschka, M.-W.; Villwock, J.; Kamp, J.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
CFD-Simulation von binärer Tropfenkollision unter Berücksichtigung von Koaleszenz- und Repulsionsereignissen
Chemie Ingenieur Technik, 85 (9) :1382
2013
ISSN: 1522-2640
Villwock, J.; Kamp, J.; Kraume, M.; Gebauer, F.; Bart, H.-J.
Einzeltropfenuntersuchungen zur Koaleszenzeffizienz unter dem Einfluss von Ionen
Chemie Ingenieur Technik, 85 (9) :1398
2013
ISSN: 1522-2640
Gebauer, F.; Villwock, J.; Kamp, J.; Bart, H.-J.; Kraume, M.
Koaleszenzphänomene im Einzeltropfenexperiment: Einfluss von Ionenzugabe auf Filmriss und Koaleszenzzeit
Chemie Ingenieur Technik, 85 (9) :1400
2013
ISSN: 1522-2640

2009

Villwock, J.; Iversen, V.; Drews, A.; Lesjean, B.; Kraume, M.
Combination of flux enhancers for MBR
Final MBR-Network Workshop, Berlin, 31.0.-01.04.09, Seite 175-176
2009
ISBN
978-3-9811684-5-7
Iversen, V.; Villwock, J.; Torre Garcia, T.; Drews, A.; Kraume, M.
Impact of MBR flux enhancer on floc size distribution, dewaterability and shear stability
Desalination and Water Treatment, 6 :33-40
2009
Stumpf, D.; Villwock, J.; Heinzmann, B.; Kraume, M.
Induced MAP-precipitation in digested sludge for reuse as magnesium ammonium phosphate for fertilizer
Proceedings BALTIC 21 Conference "Phosphorus Recycling and Good Agricultural Management Practice", Berlin, 28.09.-30.09.2009
2009

2008

Iversen, V.; Villwock, J.; Koseoglu, H.; Yigit, N.O.; Kitis, M.; Drews, A.; Kraume, M.
Filtrierbarkeit und Scherstabilität von geflocktem Belebtschlamm
Chemie Ingenieur Technik, 80 :1313
2008
Iversen, V.; Villwock, J.; Torre, T. De; Drews, A.; Kraume, M.
Impact of flux enhancer for MBR on floc size distribution, dewaterability and shear stability
Seite 23 (Abstract)
2008

2005

Vocks, M.; Gnirss, R.; Lesjean, B.; Villwock, J.; Kraume, M.
Membrane bioreactors coupled with low-pressure sewer for decentralized wastewater treatment
1st Zero-M Conference on Sustainable Water Management, Instanbul/Turkey, 15.-16.03.2005, Seite 33-37
2005