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  • Author: Robert Schalk x
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Abstract

Reactive simulations of gas-solid flows occurring in fluidized beds with horizontal membrane insertion were carried out using computational fluid dynamics based on the kinetic theory of granular flows. The effect of altering the membrane arrangement on the overall reactor performance (degree of conversion achieved) was investigated by means of fractional factorial designs. When membranes served only as hydrodynamic modifiers to the flow, it was found that significant improvements could be obtained by optimising the membrane arrangement. A slightly larger improvement could be attained by injecting some of the reacting gas through the membranes. When compared to the improvements that can be attained by simply scaling up the reactor height and especially the reactor width, however, these improvements were of less significance. The use of membranes solely for altering reactor hydrodynamics by serving as obstructions and gas injection points can therefore not be merited. Further optimisation studies into membrane arrangement are therefore only recommended for specific processes in which the membranes play a central role by extracting some of the process gasses.

Zusammenfassung

Trotz der bekannten Vorteile der Raman-Spektroskopie, wie bspw. eine höhere chemische Selektivität gegenüber Messmethoden im nahen Infrarot (NIR) oder die im Vergleich zum mittleren Infrarotbereich (MIR) niedrigen Matrixeinflüsse des Wassermoleküls, ist diese optische Messtechnik in der Online-Prozessanalysentechnik nicht weit verbreitet. Ein wesentliches Problem besteht in einem oftmals kostenintensiven Nachrüsten einer Messstelle durch den Einbau sogenannter Immersionssonden in eine produktführende Rohrleitung oder einen Behälter. Eine praktikable Alternative stellt das hier entwickelte neuartige Sondensystem dar, welches eine Strahlführung über Linsen mit relativ großen Durchmessern beinhaltet, da dieses an vorhandene Schauglasarmaturen angekoppelt werden kann. Mit diesem robusten Sondenaufbau sind Brennweiten weit über 25 mm möglich, welche Echtzeit-Messungen von außerhalb der produktführenden Leitungen durch optische Schaugläser gestatten. Die dadurch entstehenden Messoptionen werden exemplarisch am Nachweis von Ethanol durch Schaugläser unterschiedlicher Dicken sowie bei einer quantitativen Echtzeit-Verfolgung eines Propylencarbonat-Wasser-Gemisches durch eine Schauglasarmatur (Nenndruck PN 16, Nennweite DN 50) im Technikumsmaßstab untersucht. Die vorgestellte Raman-Sonde hat durch einfache Adaption an bereits vorhandene Armaturen industrieller Anlagen das Potential einer preiswerten und kontaktlosen Inline-Messlösung mit hoher Standzeit in der Prozessanalysentechnik (PAT).