Fluidverfahrenstechnik Projekte

• Packungsmodellierung mittels QSAR
• Eurostars Projekt HiPaSEED
• Standardisierung von Hydraulik- und Stoffaustauschmessungen in der Absorption

Packungsmodellierung mittels QSAR

In verfahrenstechnischen Anwendungen, wie Destillation und Absorption, werden strukturierte Packungen und Füllkörper als Kolonneneinbauten verwendet, um die Stoffaustauschfläche solcher Prozesse zu vergrößern.  Zurzeit werden Packungen hinsichtlich Hydraulik und Trennleistung mit zwei makroskopischen Eigenschaften charakterisiert bzw. modelliert, die spezifische Oberfläche und der Lückengrad. Jedoch sind diese zwei Eigenschaften nicht ausreichend, um eine vollständige Modellierung zu erzielen. Daher fließen in allen Literaturmodellen empirische, packungsspezifische Konstanten ein, um die Wirkungsweise genauer vorhersagen zu können.

Ziel des Projektes ist es, den grundsätzlichen Ansatz der „Quantitative Structure Activity Relationship“ Methode (QSAR) aus der pharmazeutischen Branche auf Packungscharakterisierung bzw. –Modellierung zu übertragen. Mittels QSAR sollte eine Druckverlustmodellierung ohne empirische Konstanten erzielt und demnächst eine damit optimierte Strukturpackung entwickelt werden.

Um die QSAR Methode anwenden zu können, wird ein Datensatz für 36 strukturierte Packungen erstellt. Die Packungen werden in der Pilotanlage DN450 des Lehrstuhls für Verfahrenstechnik hydraulisch vermessen. Danach werden die Messdaten in Zusammenarbeit mit der Pharmacoinformatics Research Group der Universität Wien verarbeitet.

Übertragung der QSAR-Methode auf strukturierte Packungen

Eurostars Projekt HiPaSEED

Die schrittweise Verringerung der Schwefeldioxid-Emissionsgrenzwerte für die Hochseeschifffahrt macht eine Nachbehandlung der in Schiffsmotoren entstehenden Abgase notwendig. Üblicherweise werden dazu Absorptionskolonnen mit Meerwasser als Waschflüssigkeit verwendet.

Für das Einsatzgebiet der Meerwasserentschwefelung werden allerdings Packungen benötigt, welche hohe Flüssigkeitsbelastungen bewältigen können und dabei einen geringen Druckverlust aufweisen und platzsparend sind.

Stand der Technik ist es Kolonnenpackungen empirisch unabhängig von ihrem Einsatzgebiet zu entwickeln. Dabei werden Erfahrungswerte von bereits vorhandenen Produkten und das Wissen über potentielle Verbesserungsmöglichkeiten einbezogen.

Im eurostars-Projekt HiPaSEED soll nun erstmalig eine Packung ganz speziell für das Anwendungsgebiet der Meerwasserentschwefelung entwickelt werden, was einen komplett innovativen Ansatz darstellt. Die Basis für die Entwicklung ist hierbei das genaue Verständnis des Absorptionssystems gekoppelt mit den ganz speziellen Anforderungen, die auf den Schiffen vorliegen. Hierfür werden basierend auf Versuchen unterstützt von Modellierungen und Simulationen neue Packungsstrukturen entwickelt.

Das eurostars-Projekt HiPaSEED bietet die einmalige Gelegenheit einerseits tief in die Grundlagen einzutauchen und andererseits die Entwicklung einer Packung bis hin zur Marktreife zu begleiten.

Stoffsystem Meerwasser-Schiffsabgas

Standardisierung von Hydraulik- und Stoffaustauschmessungen in der Absorption

In der VDI-Richtlinie 2761-2 wurden von einem großen Konsortium aus Industrie und Universität aus den Ländern Deutschland, Schweiz und Österreich bereits die bevorzugte Art und Weise von Hydraulik und Stoffaustauschmessungen für die Charakterisierung von Packungen in Absorptionskolonnen beschrieben.

In diesem Projekt sollen nun anhand der Vorgaben dieser VDI-Richtlinie die Vergleichbarkeit der Packungscharakterisierung anhand von den Versuchsanlagen an der Montanuniversität Leoben, der UCT Prag und dem Separation Research Programm an der UT Austin gezeigt werden. Darüber hinaus soll dieses Projekt dazu dienen zu untersuchen ob die VDI-Richtlinie bereits alle Einflussfaktoren ausreichen beschreibt bzw. ob eventuell weitere Einflussparameter berücksichtigt werden müssen.

In einem weiteren Schritt sollen die unterschiedlichen Probenahmeverfahren für Stoffaustauschmessungen (integral oder lokal) genau untersucht werden und ein Auswerteverfahren für die lokale Stoffaustauschmessung entwickelt werden um darauf aufbauend ein rigoroses Modell für Stoffaustauschvorgänge in Packungskolonnen zu entwickeln.

Lokale Gasprobenahme direkt unter- und oberhalb der Packung im Zweiphasengebiet