Prozesse, in denen zwei nicht ineinander lösliche Flüssigkeiten verwendet werden, spielen eine wichtige Rolle in der industriellen Anwendung. Eine besonders wichtige die Prozesseffizienz bestimmende Größe ist dabei die Tropfengrößenverteilung, die sich aus den beiden simultan ablaufenden und sich überlagernden Phänomenen Tropfenbruch und -koaleszenz ergibt. Vor allem die Tropfenkoaleszenz ist aufgrund der komplexen Interaktionen und der Vielzahl an Einflussparametern schon lange Gegenstand der Forschung, aber dennoch nicht vollständig verstanden. So ist z. B. der Einfluss von grenzflächenaktiven Substanzen wie Salzen bzw. Ionen bisher noch unzureichend experimentell untersucht worden. Innerhalb der vorliegenden Forschungsarbeit wurde im Rahmen eines Kooperationsprojektes systematisch der Einfluss von Ionen auf Koaleszenzvorgänge in Systemen von zwei nicht ineinander löslichen Flüssigkeiten untersucht. Die experimentellen Untersuchungen umfassten Versuche mit unterschiedlichem Detail- und/bzw. Komplexizitätsgrad mit drei Stoffsystemen und fünf Ionenarten. In Einzeltropfenuntersuchungen wurde die dynamische Interaktion zweier Tropfen bei Variation verschiedener Prozessparameter – mit dem Fokus auf Ionenstärke und -art – untersucht. Zunächst wurde die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse mittels Messungen von Einzeltropfenaufstiegsgeschwindigkeiten an beiden Projektstandorten evaluiert. Die Aufstiegsgeschwindigkeiten wurden ebenfalls bei der Zugabe von Ionen untersucht. In den anschließenden systematischen Experimenten mit Ionenzugabe wurde der Einfluss der Ionenstärke und -art auf die Koaleszenzeffizienz (Reihenuntersuchungen) und die Koaleszenzzeit (Detailuntersuchungen beim Projektpartner) bestimmt. In standardisierten Absetzversuchen wurde, ebenfalls an beiden Projektstandorten, die Beeinflussung des Phasenseparationsverhaltens durch Ionenzugabe vermessen. Damit waren eine qualitative und quantitative Bestimmung des Ioneneinflusses in einem polydispersen System möglich. Während beim Projektpartner für die Untersuchungen in einem turbulenten System eine DN150-Kühni-Kolonne verwendet wurde, erfolgte die Durchführung in dieser Arbeit in einem DN150-Rührkessel. Für die drei Stoffsysteme sowohl ohne als auch mit Ionenzugabe wurden die stationären Tropfengrößenverteilungen bzw. Sauterdurchmesser in Abhängigkeit vom Leistungseintrag und weiterführend das Koaleszenzverhalten anhand von Sprungversuchen bestimmt. Zum Abschluss wurden mögliche Korrelationen der Ergebnisse mit parallel gemessenen Stoffgrößen bzw. ionenspezifischen Eigenschaften überprüft, die Ergebnisse aus den drei Versuchsarten miteinander verglichen und sowohl Zusammenhänge als auch Unterschiede herausgestellt. Die in dieser systematischen Arbeit erhaltenen Ergebnisse und Zusammenhänge der drei Versuchskomplexe bilden eine gute Basis für weiterführende Untersuchungen sowie zur Modellierung der Koaleszenzeffizienz unter Berücksichtigung von Ionenstärke und -art in Flüssig/flüssig-Systemen.
Skip to content
Skip to footer