Chemical Engineering and Technology

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  • Zur naheren Information derjenigen Leser der Chemie-Ingenieur- Technik, die unsere Zeitschrift Chemical Engineering and Tech- nology noch nicht beziehen, sind im folgenden Referate der dort erschienenen Arbeiten abgedruckt. Es handelt sich dabei um die Aufsatze in Heft 1/91 von Chemical Engineering and Techno- logy.

    EinfluB des Mischverhaltens auf den Stofftransport gasformig/flussig beim Ruhren hochviskoser, nicht-Newtonscher Flussigkeiten

    gleichmaBige Durchmischung vorherrscht, tritt das Problem nicht auf. Die Autoren betonen deshalb die Notwendigkeit der Beruck- sichtigung des untersuchten Effektes bei MaBstabsiibertragungen von Messungen mit hochviskosen Flussigkeiten im Labormaastab auf grolje Apparate (Chem. Eng. Technol. 14 (1991) Nr. 1, s. 1/10). R. Hartmann

    Tropfenkoaleszenz an geneigten Platten in Flussigkeiten

    Walter Meon und Eckhardt Blass Hans-Jurgen Henzler und Gerd Obernosterer

    Beim Ruhren hochviskoser, nicht-Newtonscher Flussigkeiten in kleinen Behaltern (LabormaBstab) vollzieht sich die Durchmi- schung oft sehr ungleichmaBig. Es treten Zonen laminarer Stro- mung und sogar undurchmischte Bereiche auf, wodurch der Gesamt-Stoffubergang im Behalter beeinfluljt wird. In einem 50-1-Reaktor wurden mit verschiedenen Ruhrern Versuche zur Durchmischung und zum Sauerstoff-Transport in Xanthan- und PAA-Losungen durchgefuhrt. Neben Mischzeitmessungen und kLa-Wert-Bestimmungen wurde ein spezielles MeBverfahren ent- wickelt: Die Flussigkeit wird zwischen einem ideal durchmischten und dem zu untersuchenden Behalter umgepumpt; die Zeitkon- stante eines erfolgendenTemperaturausgleiches Ialjt sich durch die Wahl der Umpump-Geschwindigkeit an diejenige des Stoffaustau- sches angleichen, so daB sie Aussagen uber die am Stofftransport beteiligten Voluinina ermoglicht. Die Ergebnisse zeigen, daR sich im Ubergangsgebiet zwischen laminarer und turbulenter Stromung drei relativ deutlich von einander abgetrennte Gebiete mit unterschiedlicher Mischintensi- tat befinden. Zwischen einem nahezu ideal durchmischten und einem unbewegtem Totgebiet befindet sich eine Zone geringer Bewegung. Die in der Literatur ubliche Festlegung von integralen oder volumenbezogenen verfahrenstechnischen Kennwerten er- scheint demnach nicht ausreichend. Im Beitrag wird eine Korrelation der bestimmten kLa-Werte unter Berucksichtigung der Volumina vorgeschlagen, in denen tatsach- lich eine entsprechende Durchmischung herrscht. Die Vorgehens- weise wird anhand von MeRergebnissen erlautert. In groBeren Apparaten, in denen turbulente Stromung und damit relativ

    .-)

    f

    Zur Trennung von FlussigFlussig-Dispersionen werden in Schwer- kraftabscheidern haufig geneigte Platten als mechanische Trenn- hilfe installiert. In Abb. 1 ist ein technischer Anwendungsfall der Tropfenkoaleszenz an geneigten Platten beschrieben. Eine Disper- sion stromt aus einem Rohr in eine Trennkammer. Die Tropfen steigen zwischen den Platten auf, benetzen sie und bilden schliel3- lich einen Rieselfilm. Die Autoren untersuchen in dieser Arbeit den Vorgang der Koaleszenz einzelner Tropfen in einen solchen Rieselfilm. Die Untersuchungen ergaben, daB unter gewissen Bedingungen nur hydrodynamische Parameter fur den Vorgang der Koaleszenz verantwortlich sind. Die Koaleszenzzeit charakterisiert den Koaleszenzvorgang. Kurze Zeiten von 1 his 3 s bedeuten gunstige Koaleszenzbedingungen, hingegen sind lange Zeiten ungunstig. Der Beitrag fuhrt ein Kriterium fur die Abgrenzung zwischen diesen Bereichen ein und nennt fur die Koaleszenz vorteilhafte Material- und Betriebsbedingungen: - geringer Durchsatz an disperser Phase + dunner Rieselfilm, - groBe Tropfen (Bond-Zahl > 1) und niedrige Grenzflachenspan-

    - groJ3e Dichtedifferenz + dunner Rieselfilm und tiefes Eintau-

    - Plattenneigung ca. 20" + schneller, dunner Rieselfilm und tiefes

    Fur ein Verhaltnis von Rieselfilmdicke zur Eintauchtiefe der Tropfen kleiner als 1 , l ist von einer kurzen Koaleszenzzeit auszugehen. Die charakteristischen Betriebsbereiche einer Platte werden in einem Arbeitsdiagramm zusammengefaBt (Chem. Eng. Technol. 14 (1991) Nr. 1, S. 11/19). Th. Gutwald

    nung + Tropfen tauchen tief in den Rieselfilm ein,

    chen der Tropfen,

    Eintauchen.

    A - A :

    plates

    Abb. 1. Schwerkraftabscheider mit Plattenpackungen zur Tren- nung von Flussig/Flussig-Disper-

    trickling f,lms

    - - / sionen.

    400 ~

    Chem.-1ng.-Tech. 63 (1991) Nr. 4, S. 400-404 0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1991 0009-286X/91/0404-0400 $ 03.50 + .25/0

  • Eine Erweiterung der Redlich-Kwong- Soave-Gleichung

    2 -

    1 -

    Anders Karlstrom

    .-. ..,- . ... . ....-- ..._. ....._ .-..

    . .-.,, .,--__ - .._____ ~ .... -..- ._._ --..-- .._.,._ -v

    Ziel dieses Beitrags ist, das DampfEiissigkeits-Gleichgewicht des Systems PropadPropylen abhangig von Druck und Temperatur zu berechnen. Das Modell basiert auf der zweiparametrigen Zustandsgleichung von Some. Wird diese Gleichung auf die Propan1Propylen-Trennung angewandt, die industriell bei Driik- ken zwischen 10 und 20 bar durchgefiihrt wird, wird das Fliissig- keitsvolumcn um iiber 20% falsch berechnet. Die hier vorgeschlagene Methode zur Berechnung der Mol- Anteile in Gas- und Fliissigphase benotigt die Kenntnis der molaren Volumina von Gasen und Flussigkeiten als Funktionen von Temperatur und Druck, Fugazitatskoeffizienten sowie Wech- sclwirkungsparameter. Die vorgeschlagene dreiparametrige Zu- standsgleichung

    U - R T (0 + c) - b (0 + c) ((0 + c) + b) P =

    enthalt neben den Parametern a und b den Korrekturterm c. Die Parameter a und b werden ahnlich dem Vorschlag von Some berechnet, so daB auch die Bedingungen am kritischen Punkt erfiillt werden:

    [s] = O und [ s l T C = 0 . Tc

    Um die Gleichung auf Mischungen zu erweitern, d.h. um Aus- drucke fur die gesuchten Molanteile x, und yi zu erhalten, werden die Mischungsregeln von Reid et al. fur kubische Zustandsglei- chungen iibernommen bzw. speziell fur die Mischung PropadPro- pylen bei ProzeRbedingungen von 10 bis 20 bar und 3 0 bis 330 K um eine dichteabhangige Mischungsregel enveitert. Die Berech- nung von c erfolgt mit

    wobei die Parameter ci die Reinstoffwerte sind. Das Modell, das als Input variable Drucke und Temperaturen benotigt, wurde an einer

    10

    9t - \Ie..ured con

  • Apparatur zur kont inuierlichen Messung der Kinetik der katalytischen Reduktion von Stickoxid mit Ammoniak an Eisenoxid

    Michael ClauBen, Hartmut Kainer, E Ulrich Kunz und Ulrich Hoffmann

    Die Reduzierung der Stickoxid-Emissionen aus kontinuierlichen Verbrennungsanlagen ist von internationalem Interesse, denn sie sind Hauptursache des sauren Regens. Eine vielversprechende Methode zur Kontrolle der Stickoxid-Emissionen ist die selektive katalytische Reduktion von NO mit Ammoniak. Die uberwiegen- de Zahl der Untersuchungen zur Reaktionskinetik zwischen NO

    nace cover

    und NH3 wurden in Rohrreaktoren durchgefuhrt. Ziel war der Vergleich der katalytischen Aktivitat verschiedener Katalysato- ren. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer, kontinuierlich betriebener Stromungsreaktor konstruiert, der hinsichtlich Tracer- Tests als kontinuierlicher Ruhrreaktor betrachtet werden kann. Vier verschiedene Typen von Eisenoxid-Katalysatoren wurden mit einem simulierten Rauchgas experimentell untersucht. Die Ver-

    double wal led t o p

    furnace cover

    f lowing downward

    pro tec t ion r ings

    graphi te ' wearing p a r t

    suchsapparatur ist in Abb. 4 dargestellt. Kuhlung des Elektrodenschaftes rnit erzwungener, kon- Es wurde ein Gaschromatograph zur Messung der Gaskomponen- vektiver Wasserkuhlung (links) und rnit Heat-Pipe-Technik ten NO. NzO, NOz, NH3, HzO, 02, C02 und N2 entwickelt. Die Konzentrationen von NO und NO2 wurden zusatzlich mit einem Tnfrarot-Analysator gemessen.

    Abb. 5.

    (rechts).

    Abb. 4. Experimenteller Aufbau zur Bestimmung kontinuierli- cher Reaktionsraten; I beheizte Membranpumpe, 2 Bypass- Ventil, 3 Vorheizer, 4 Reaktor, 5 Nadelventil, 6 Sechswege-Ventil, 7 GC-Probennahmeschleife, 8 Gas-Eindusung, 9 Rotameter, I0 Druckregelung, 11 Dreiwege-Ventil.

    20 bis 40%. Die relativ groBe Kuhlwassermenge kann jedoch bei InVorversuchen wurden der EinfluB vonTemperatur und Partikel- Bruch einer Elektrode zu Dampfexplosionen fuhren. Diese groBenverteilung des Katalysators auf die Reaktionsrate analy- Gefahr laRt sich durch den Einsatz von sog. Heat Pipes vermeiden. siert. Ein Maximum der Reaktionsrate bei einer bestimmten Es handelt sich hierbei im Prinzip um Zweiphasen-Warmeleiter, Temperatur kann nicht rnit Nebenreaktionen erklart werden. Die die eine nahezu konstante Arbeitstemperatur aufweisen. Eine Wasserkonzentration des Rauchgases scheint keinen, die Sauer- Flussigkeit verdampft am heiBen unteren Ende innerhalb eines stoff-Konzentrationen einen groBen Effekt auf die Reaktionsrate Rohres, der konvektive Dampfstrom steigt nach oben und wird am zu haben. Die Experimente zeigen, daB Ammoniak und Stickoxid kalten Ende wieder kondensiert. Der Rucktransport des Konden- auf dem Katalysator adsorbiert werden (Chem. Eng. Technol. 14 sates zum heiBen Ende erfolgt durch Kapillarwirkung und/oder (1991) Nr. 1, S. 39/44). Th. Gutwald durch Schwerkraft in einem dochtahnlich strukturierten oder

    langsgerillten Ringspalt an der Rohnvand, s. Abb. 5. Abhangig von der Arbeitstemperatur und der Warmetransportlei- stung treten verschiedene, den Einsatz limitierende Effekte auf, wie Filmsieden, Behinderung der Zirkulation durch den gegen- stromenden Dampf bzw. durch MitreiBen vonTropfchen oder auch Ausbildung einer Uberschallstromung innerhalb des Rohres. Dadurch kann es zur Verringerung der Kuhlleistung und evtl. zu lokalem Uberhitzen bis zum Durchbrennen der Behalterwand kommen.

    Kuhlung von Lichtbogenofen-Elektroden mit Hilfe von Heat Pipes

    Klaus-Gerd Bullerschen und Herbert Wilhelmi

    Durch den Einsatz von wassergekuhlten Schaften fur Graphit- Lichtbogen-Elektroden verringert sich der Graphitverbrauch urn

    402 Chem.-1ng.-Tech. 63 (1991) Nr. 4, S. 400-404

  • Im vorliegenden Beitrag wird die notwendige Warmetransportlei- stung zur Kiihlung der Elektroden berechnet und mit den Einsatz- bereichen verschiedener Kombinationen von Arbeitsstoffen und Behaltermaterialien verglichen. Aufgrund dieser Untersuchungen empfehlen die Verfasser fur den Einsatz bei geringeren Tempera- turen Heat Pipes aus Kupfer mit Wasser als Warmetragerfliissig- keit, fur den Hochtemperatur-Bereich werden als sichere und kostengiinstige Alternative Stahlrohre rnit dem Arbeitsstoff Natrium genannt (Chem. Eng. Technol. 24 (1991) Nr. 1, s. 45/53). R. Hartmann

    Auswirkungen schlagartiger Druckanderungen in der umgebenden Gasphase auf das FlieBverhalten von Schuttgutern

    Norbert Wiese und Jorg Schwedes

    Zum Eintrag disperser Feststoffe in Druckraume finden haufig Kammerschleusen Verwendung. In diesen wird das einzutragende Schuttgut durch schlagartige Einleitung eines Bespannungsgases auf den gewiinschten Druck gebracht und danach in den Reak- tionsraum ausgetragen. Um einen quasistationaren Eintrag in den Reaktionsraum zu gewahrleisten, erfolgt die Bespannung mog- lichst schnell. Die Folge einer solchen schlagartigen Bespannung ist eine dyna- mische Beanspruchung der Schiittung. Dabei wirken auf die Partikeln Beschleunigungs- und Tragheitskrafte, die eine irrever- sible Verformung der Schiittung zur Folge haben. Dadurch kann ein Austrag aus der Kammerschleuse erschwert oder gar verhin- dert werden . Ziel der durchgefuhrten Untersuchungen wares, den EinfluR der Parameter Gasdruck, Druckanderungsgeschwindigkeit, Partikel- groBe, Partikelform und Art des Schiittguts (kohasiv - kohasions- 10s) auf die Druckentwicklung in der Schuttung und die Anderung des FlieRverhaltens zu untersuchen. Die Untersuchungen wurden an 4 Kalkstein-Fraktionen und 2 Steinkohle-Fraktionen in einem Druckbereich von p 5 30 bar durchgefiihrt . Die Druckanderungsgeschwindigkeit konnte durch den Einbau verschiedener Blenden variiert werden. Als Bespan- nungsgas wurde Stickstoff eingesetzt. Die Untersuchungen wurden in einem zylindrischen Behalter durchgefiihrt, der mit iiber der Hohe verteilten Druckmeastellen versehen ist und eine am Boden integrierte Scherzelle enthalt. Mit dieser MeRanordnung konnen die Druckentwicklung an verschie- denen Orten der Schiittung und im freienvolumen dariiber und die FlieBeigenschaften des beanspruchten Schiittguts in der Nahe des Behalterbodens gemessen werden. Zur Erforschung der Ursachen fur die Verfestigung eines derart beanspruchten Schiittguts wurde eine zweite MeBapparatur gebaut, die einen speziellen Scherzel- lenturm enthalt, der es ermoglicht, die FlieReigenschaften einer beanspruchten Schiittung in verschiedenen Hohen nacheinander zu bestimmen. Zur Bestimmung der FlieBeigenschaften wurden die Proben nach Demontage der Scherzelle bzw. des Scherzellenturms in einem Jenike-Schergerat auf iibliche Weise beansprucht. In Abb. 6 ist ein Vergleich zwischen den erzielten Verfestigungen an verschiedenen Orten in der Schiittung bei der Beanspruchung mit Durchstromung (Symbol 0) und einer Beanspruchung ohne Durchstromung (Symbol 0) dargestellt. DasVersuchsmaterial war Kalkstein mit einer PartikelgroBe von x5,, = 124 pm, der Aufga- bedruck betrug 30 bar. Die Koordinate z = 0 mm stellt den Behalterboden dar, z = 220 mm die Schiittgut-Oberflache. Der EinfluR der Durchstromung ist deutlich erkennbar.

    limestone, 124 y. 39 bar, aprLv* 25 I _ _ - - -

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    Abb. 6. Druckfestigkeit von Kalkstein als Funktion des Ortes.

    Mit Hilfe der durchgefiihrten Untersuchungen ist es gelungen, die Einfliisse der Parameter Druck, Druckanderungsgeschwindigkeit, PartikelgroRe und -form auf die Druckentwicklung und die Verfestigung einer Schiittung experimentell zu erfassen. Mittels theoretischer Uberlegungen und gezielt durchgefiihrter Untersu- chungen im Scherzellenturm konnen den ermittelten Verfestigun- gen primare Ursachen zugeordnet werden (Chem. Eng. Technol. 14 (1991) Nr. 1, S. 53/59). W Sievers

    Ad- und Desorption halogenierter Kohlenwasserstoffe auf Aktivkohle

    Manfred Schafer, Hans-Jurgen Schroter und Gerhard Peschel

    Neue Anwendungsgebiete findet die Adsorption im Umwelt- schutz, z.B. in der Aufbereitung von Deponiegasen. Diese Gase enthalten zwischen 40 und 70 VoL-% Methan und werden zur Erzeugung thermischer und elektrischer Energie verbrannt. Die industrielle Nutzung wird durch verschiedene Verunreinigungen, insbesondere durch halogenierte Kohlenwasserstoffe, erschwert. Ziel dieses Beitrags ist, das Sorptionsverhalten halogenierter KW auf Aktivkohle sowie die folgende thermische Regenerierung des Adsorbens zu untersuchen. Der experimentelle Aufbau besteht aus einem Festbett (1 m Lange, 5 cm Durchmesser) rnit mehreren iiber die Hohe verteilten Gasentnahmestellen. Die Konzentratio- nen werden mit einem Gaschromatographen gemessen. Die Gleichgewichtsbeladung wird iiber die Durchbruchskurve, s. Abb. 7, bestimmt (Massenbilanz). Die kinetischen Parameter der Desorption werden aus einer thermogravimetr...

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