Messen der lokalen Phasenanteile in dreiphasig betriebenen Blasensäulen mit Hilfe der Dual-Energie Röntgentomographie (PDF)

In chemischen und biotechnologischen Prozessen werden Blasensäulen für
unterschiedliche Aufgaben eingesetzt. Es handelt sich um mit Flüssigkeit
befüllte zylindrische Apparate, die häufig mit Hilfe eines im Sumpfquerschnitt
befindlichen Verteilerbodens begast sind. Der in ihnen aufsteigende Blasenschwarm
besitzt eine große Phasengrenzfläche, so dass derartige Apparate für
den Stoffaustausch zwischen den Phasen oder als chemische Reaktoren
Verwendung finden. Zusätzlich zur zweiphasigen Durchströmung mit Gasen und
Flüssigkeiten können in letzterer als dritte Phase partikelförmige Feststoffe
suspendiert sein. In biotechnologischen Prozessen dient der Feststoff als
Biomasse. In chemischen Reaktoren nehmen feste Partikeln häufig an der
Reaktion als Reaktanden teil oder dienen als Katalysatoren. Der erzielbare
Stoffumsatz hängt u.a. von der zur Verfügung stehenden Phasengrenzfläche und
der lokalen Phasenverteilung ab. In dreiphasigen Systemen verursachen die
suspendierten festen Partikeln eine gegenüber zweiphasigen Systemen veränderte
Blasenwechselwirkung bei Koaleszenz und Zerfall. Diese Vorgänge sind für
dreiphasige Systeme bisher nur unzureichend experimentell untersucht. Es
fehlen daher wichtige Informationen, wenn es darum geht, Berechnungsverfahren
zum Dimensionieren dreiphasig betriebener Blasensäulen zu entwickeln. Im
Rahmen der vorliegenden experimentellen Arbeit werden mit Hilfe einer
dreiphasig betriebenen Blasensäule die lokalen Phasenanteile von Gas, Flüssigkeit
und Feststoff gemessen. Dazu wird ein Röntgentomograph der dritten
Generation verwendet. Dieser durchstrahlt die Blasensäule aus unterschiedlichen
Richtungen mit Hilfe eines fächerförmigen Röntgenstrahls. Die Abschwächung
der einzelnen Strahlen wird gemessen. Aus diesen Ergebnissen werden die
lokalen Phasenanteile in der jeweiligen Messebene rekonstruiert. Die Messungen
erfolgen mit Hilfe der Dual-Energie-Röntgentomographie. Dabei wird Röntgenstrahlung
mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt. Im Gegensatz zur
monochromatischen Röntgenstrahltomographie ermöglicht es diese Technik, drei
Phasen zu unterscheiden und ihre querschnittsbezogenen Profile zu rekonstruieren.