Betrieb verfahrenstechnischer Maschinen und Apparate (Praktikum)

Motivation
Das Mischen von Öl und Wasser wird in der Chemie-, Öl-, Pharma-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie häufig angewandt, um die für den Stoffaustausch verfügbare Grenzfläche zu vergrößern. Idealerweise werden vor allem die Tröpfchengrößenverteilung (DSD) und der repräsentative charakteristische Durchmesser (Mittlerer Sauter-Durchmesser, d₃₂) der Öl-in-Wasser- (o/w) oder Wasser-in-Öl- (w/o) Emulsion bei diesen Verfahren sorgfältig kontrolliert. Auf den Flüssig-Flüssig-Mischprozess folgt häufig ein Trennprozess, z. B. zur Materialrückgewinnung oder zur Reduzierung von Verunreinigungen. Eine bequeme, einfache und häufig angewandte Methode ist der Schwerkraftabscheider, der die Dichteunterschiede zwischen den Phasen ausnutzt. Die Abscheideleistung des Schwerkraftabscheiders wird weitgehend von den Zuführungsbedingungen bestimmt (z. B. Gesamtdurchflussmenge, Volumenverhältnis des zugeführten Öls, Tröpfchengröße und Einlasstemperatur usw.). Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss der Beschickungsbedingungen auf die Trennleistung eines kontinuierlichen Schwerkraftabscheiders zu untersuchen.

Experimentelle Arbeit
Diese Studie wird in einem kontinuierlichen Schwerkraftabscheider durchgeführt. Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung des Systems. Zur Erzeugung und Steuerung der Wasser-Öl-Dispersionen werden zwei verschiedene Methoden verwendet, darunter ein statischer Mischer (Blenden) und ein Rührbehälter.  Zur Analyse der Tröpfchengröße wird ein Endoskopsystem eingesetzt. Der Abscheideprozess wird durch einen transparenten Glasabscheider beobachtet und die Abscheideleistung wird mit Hilfe der Einführung eines Sekundärabscheiders mit Koaleszenzhilfen bestimmt. 

Numerische CFD-Arbeiten
Es wurden viele Anstrengungen unternommen, um die Abscheidungsprozesse in einem kontinuierlichen Schwerkraftabscheider numerisch zu untersuchen. Die Simulation der dicht gepackten Zone und der Koaleszenz im Schwerkraftabscheider bleibt jedoch eine Herausforderung. In dieser Arbeit wird versucht, diese beiden Phänomene in einem Schwerkraftabscheider mit Hilfe von Simcenter STAR-CCM+ zu beschreiben.