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Dispersion and phase separation in liquid multiphase systems, 2019

Dissertation (link)

— Authors: Hohl, L..—

Mikroemulsionssysteme bestehend aus Wasser, 1-Dodecen und nicht-ionischen Tensiden bilden je nach Zusammensetzung und Prozessbedingungen bis zu drei füssige Phasen aus. Da diese Systeme vielversprechende Reaktionsmedien für die Hydroformylierung langkettiger Olefne und vergleichbare Prozesse sind, wurde der Einfuss der dritten Phase auf Dispersion und Phasentrennung untersucht. Beide Phänomene sind entscheidend für den Gesamtprozess, da sie sowohl die Reaktionsraten als auch die Efzienz des Katalysatorrecyclings und die Reinheit des Reaktionsproduktes beeinfussen. Mittels einer in-situ Endoskopmesstechnik und Bildanalyse wurde in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, um die füssigen Phasen in gerührten Systemen zu identifzieren. Durch eine Kombination dieser Methodik mit einer Analyse des Phasenverhaltens und der physikalischen Eigenschaften wurden des Weiteren relevante Einfussgrößen auf Tropfenbruch und Koaleszenz unter zwei- und insbesondere dreiphasigen Bedingungen bestimmt. Die Vorhersage von Tropfengrößen mittels Populationsbilanzen verläuft erfolgreich in zweiphasigen Mikroemulsionssystemen, jedoch ist die Vorhersagekraft unter dreiphasigen Bedingungen nur in eingeschränkten Prozessparametern sowie in vergleichbar einfachen Systemen ausreichend. 

Um eine weitere Optimierung der Vorhersage zu ermöglichen wurden unter anderem Bedingungen für die Bildung multipler Emulsionen sowieso zu erwartende Trends der Tropfengrößen als Funktion der Prozessbedingungen dargestellt. Darüber hinaus konnte der Einfuss der dreiphasigen Dispersionen auf die Phasentrennung aufgeklärt und quantifziert werden. Dazu wurde ein bestehendes Modell zur Phasentrennung auf den dreiphasigen Zustand erweitert. Ein Vergleich der Experimente und Simulationen zeigt ein hohes Potenzial dieses Modells für die Beschreibung dreiphasiger füssig/füssig Systeme.