CFD‐Anwendungen für Rührkesselreaktoren in der Bioverfahrenstechnik

Die Simulation dreidimensionaler Gas/flüssig-Strömungen in quadratischen Blasensäulen unter Verwendung des Euler-Euler-Verfahrens und des k-e-Mixture-Turbulenzmodells wird untersucht. Die Populationsbilanz basiert auf dem homogenen MUSIG-Modell und der Zerfall bzw. die Koaleszenz wird nach Luo beschrieben. Das Hauptaugenmerk der Arbeit galt der Modellierung des Gaseinlasses und deren Einfluss auf die Blasengrößenverteilung. Radiale und vertikale Profile des Sauter-Durchmessers wurden berechnet und mit experimentellen Werten aus der Literatur verglichen. Three-dimensional simulation of gas-liquid flows in square bubble columns using the Euler-Euler approach and k-e mixture turbulence model are presented. The population balance equation is solved by the homogeneous MUSIG model and breakup and coalescence are specified by a model according to Luo. Especially the effect of different boundary conditions at the inlet and the resulting impact on bubble size distribution was studied. Radial and vertical profiles of Sauter mean diameter are compared with those experimental values reported in literature. Abbildung 1. Links: Schematische Darstellung der Blasensäule nach Deen et al. [5]. Abstand des Einlasses zur Wand beträgt 0,06 m in x-und y-Richtung und A Inlet = 0,0375 × 0,0375 m 2 . Rechts: Grundfläche der diskreten Darstellung der 49 Einzeldüsen. Abbildung 5. Vergleich der Gasphasenanteile a unterschiedlicher Simulationen. Links: z = 0,25 m und x = 0,075 m, D = 0,15 m. Rechts: Mittellinien für unterschiedliche Höhen z der Gesamthöhe H = 0,45 m. Gemittelte Werte des Zeitschritts 4,0 bis 4,5 s bzw. für den Deen-Einlass von 170 bis 200 s. Abbildung 6. Vergleich der Dissipationsrate e für unterschiedliche Simulationen. Links: z = 0,25 m und x = 0,075 m, D = 0,15 m. Rechts: Mittellinien für unterschiedliche Höhen z der Gesamthöhe H = 0,45 m. Gemittelte Werte des Zeitschritts 4,0 bis 4,5 s bzw. für den Deen-Einlass von 170 bis 200 s. Abbildung 7. Zusammenspiel der Terme von Koaleszenz und Zerfall für unterschiedliche Dissipationsraten und Phasenanteile, mit s = 0,07 N m -1 , q c = 1000 kg m -3 , q d = 1 kg m -3 , N i = N i , d 1 = d 2 = 4 mm, l l = 0,001 Pa s, c f = 0,5, b = 2. Abbildung 8. Vertikale Profile des Sauter-Durchmessers für x = 0,075 m im Vergleich zu den Ergebnissen nach Hansen [6]. Abbildung 9. Horizontale Profile des Sauter-Durchmessers für z = 0,25 m, D = 0,15 m und x = 0,075 m im Vergleich zu den Ergebnissen nach Hansen [6]. Abbildung 10. Vergleich der Anteile an der Gesamtpartikelzahl (links) sowie des Dispersphasenanteils (rechts) für unterschiedliche Klassen mit den Ergebnissen nach Hansen [6] für z = 0,25 m, x = 0,075 m.

Section: Introductionunclassified

Simulation of Bubble Size Distribution in a Square Cross‐Sectioned Bubble Column: A Study of Modeling the Inlet Condition

Ryll

Nold

2013

Numerical Methods for Dimensioning of Stirring Systems

Rohn¹,

Stadtaus²,

Himmelsbach³

2012

Numerische Methoden nehmen einen festen Platz in der Auslegung von Rührsystemen ein. CFD beschreibt Strömungszustände im Rührbehälter und liefert Aussagen zum Prozessergebnis. Dynamische Belastungen von Bauteilen aufgrund der Rührerströmung lassen sich damit zuverlässig vorhersagen. Diese dienen als Eingangsgröße für die Berechnung von Spannungen oder Verformungen mittels FEM. Insbesondere turbulente Strömungen stellen dynamische Beanspruchungen dar, die Einbauten anregen und zur Resonanz bringen können. Solche Zustände lassen sich mit der Modalanalyse vorhersagen. Die beschriebenen Werkzeuge leisten damit einen wichtigen Beitrag zur betriebssicheren Auslegung und Effizienz der Produktionsanlagen.

90 Years CIT – 90 Years Development in Biotechnology and Bioprocess Engineering

Akermann

Bold

Mehring

et al. 2018

90 Jahre Chemie Ingenieur Technik (CIT) spiegeln wesentliche Meilensteine der Entwicklung der Biotechnologie und Bioprozesstechnik wider. In diesem Artikel werden einige der wichtigsten Entwicklungen vorgestellt und die Ausbildung von Trends in der Bioverfahrenstechnik nachgezeichnet. Beim Lesen der älteren Artikel lässt sich feststellen, dass einige der aktuellen Forschungsgebiete durchaus nicht ganz so neu sind, sondern vielversprechende Ansätze auch früher schon bearbeitet wurden.