Druckfunktion

Betrachtung der Übertragbarkeit von Ausflusskoeffizienten von Röhrchenflüssigkeitsverteilern zwischen wässrigen und organischen Systemen

Art der Arbeit:

Masterthesis

Veröffentlichung:

11.10.2019

Studiengang:

Masterstudiengang Process Engineering and Energy Technology

Zusammenfassung der Arbeit:

In dieser Arbeit wurde ein Tool zum Design von Flüssigkeitsverteiler erarbeitet welches neben dem Stoffsystem Wasser auch hochviskose Stoffsysteme abbildet. Dies ist notwendig, da Flüssigkeitsverteiler in chemischen Anlagen für unterschiedlichste wässrige und organische Stoffsysteme eingesetzt werden, nach der Fertigung aber nur mit Wasser auf Ihre Funktion geprüft werden. Somit muss das Auslegungstool in der Lage sein, die Flüssigkeitsstauhöhe und den Durchfluss sowohl für den Betrieb mit hochviskosen Stoffsystemen als auch für den Betreib mit Wasser zu berechnen. Zunächst wurden Experimente mit Wasser durchgeführt und der Durchfluss sowohl aus Röhrchen mit unterschiedlichen Wandstärken sowie mit unterschiedlich großen Bohrungsdurchmessern in Abhängigkeit der Flüssigkeitsstauhöhe gemessen und der Ausflusskoeffizient berechnet. Beim Vergleich der Messergebnisse mit vorhandenen Literaturmodellen zeigten sich deutliche Abweichungen. Das hauseigene Modell von Montz wurde aufgrund der geringsten Abweichungen mit dem Einfluss der Wandstärke erweitert. Das erweiterte Modell ist mit dieser Anpassung in der Lage, den Ausflusskoeffizienten für Wasser hinreichend gut zu beschreiben, sodass ein Flüssigkeitsstand von 20 mm über der Bohrung ausreicht um die Funktionsweise zu garantieren. Als weiteren Schritt wurden Experimente mit einem Glycerin-Wasser Gemisch mit variierenden Bohrungsdurchmessern der Röhrchen sowie in drei Viskositätsbereichen durchgeführt. Die Messergebnisse wurden mit den vorhandenen Literaturmodellen verglichen, wobei das Modell nach Abd et al. (2019) deutlich besser in der Lage ist die Messergebnisse für den Ausflusskoeffinenten zu beschreiben. Um die Abweichungen des Modells nach Abd et al. von den Messergebnissen weiter zu minimieren, wurden die genutzten Parameter angepasst. Dabei entstand ein Modell zur Beschreibung des Ausflusskoeffizienten im Viskositätsbereich von 150 mPa*s und ein zweiter zur Beschreibung der höheren Viskositäten von 250 mPa*s und 450 mPa*s. Zusammenfassung Mit den erarbeiteten Auslegungsmodellen ist es jetzt erstmalig möglich, Flüssigkeitsverteiler sowohl mit Wasser als auch für hochviskose Stoffsysteme auszulegen. Ein Flüssigkeitsverteiler für Wasser wird mit dem erweiterten Modell von Montz ausgelegt und im Verteilertest bestätigt. Wird ein Verteiler für hochviskose Stoffsysteme ausgelegt, werden beide Auslegungstools verwende! damit der Flüssigkeitsverteiler mit Wasser getestet werden kann und gleichzeitig die Funktionsweise im Betriebszustand sichergestellt ist. Dazu werden die Ergebnisse aus diesem Test auf das Modell für hochviskose Stoffsysteme zurückgerechnet und überprüft. Durch die optimierte Auslegung ist die Stauhöhe im Flüssigkeitsverteiler genau bestimmbar. Die Kenntnis über die Flüssigkeitsstauhöhe verhindert im Betrieb des Verteilers, dass die Flüssigkeit in den Bohrungen steht und die Trennleistung durch die vergrößerte Fehlverteilung abfüllt.

Drucken