Forschungsbericht 2014
Energieeffiziente chemische MehrphasenprozesseWesentliche Forschungsthemen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung (2011) sind allem energieeffiziente chemische Prozesstechnik, Optimierung von Reaktortechnik und Prozess-Chemikalien sowie Prozesskettenverkürzung. In diesem Kontext wurde die Helmholtz-Energie-Allianz gegründet - als eine Bündelung von Forschungskompetenzen in den Bereichen chemische Reaktionstechnik, Mehrphasenströmungen, numerische Simulation und Apparateauslegungsmethoden, Prozess- und Mehrphasenmesstechnik sowie Katalyse und intensivierte Reaktortechnologien. Das Netzwerk vereint Industriepartner von den Unternehmen Evonik Industries AG, Bayer Technology Services GmbH und der BASF mit den beteiligten Universitäten Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Technische Universität Dresden, Ruhr-Universität Bochum sowie der TUHH. Als HGF-Einrichtungen sind das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und das Karlsruhe Institut für Technologie beteiligt. Das Institut für Mehrphasenströmung beschäftigt sich in diesem Projektverbund mit der experimentellen Aufklärung und der Charakterisierung von Strömungen in strukturierten Mehrphasenapparaten sowie deren Optimierung. Hierzu werden experimentell integrale Stofftransportuntersuchungen sowie hydrodynamische Untersuchungen im Technikumsmaßstab durchgeführt. Die Strukturelemente werden transparent gestaltet, um sie mittels Brechungsindexanpassung optischen Messtechniken wie der PIV (Particle Image Velocimetry) und der LIF (Laserinduzierte Fluoreszenz) zugängig zu machen. Sowohl Strömungs- und Konzentrationsfelder als auch lokale Massenströme werden ermittelt. Weiterhin werden Monolithe und Schaumstrukturen mit optischen Messtechniken wie Micro-PIV (3D-Strömungsfelder) sowie der konfokalen Laserscanning-Mikroskopie (3D -Konzentrationsfelder) hinsichtlich Stofftransportlimitierungen untersucht und hydrodynamisch charakterisiert. Es erfolgt eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit der Betrachteten Strukturen. Zudem wird am Institut für Mehrphasenströmung der TUHH aus experimentellen Daten zu Stofftransportprozessen auf verschiedenen Größenskalen eine umfangreiche Datenbank aufgebaut. Diese Datenbank soll im Rahmen des Projektes für Monolith- bzw. Schaumstrukturen erweitert werden. Das Forschungsthema Modellierung und Simulation befasst sich mit Möglichkeiten der numerischen Simulation von chemischen Mehrphasenprozessen. Dabei werden neueste Entwicklungen der numerischen Strömungssimulation mit CFD-Methoden sowie Short-Cut-und Kompartmentmodelle angewendet. Ein besonderer Schwerpunkt ist die Simulation der Mehrphasenströmung für neue Katalysatorstrukturen, wie Schäume und Monolithe. Die experimentell gewonnenen Daten sollen dazu dienen, die Modellierung zu unterstützen und die entwickelten Modelle hinsichtlich ihrer Robustheit bei der Übertragung auf verschiedene Größenmaßstäbe, Stoffsysteme und Betriebsbedingungen zu validieren. Publikationen
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