Entwicklung und Aufbau eines akustischen Levitators zur Untersuchung von Stofftransport- und Partikelbildungsmechanismen von Proben unter hohen Drücken
Seiten
2013
|
1., Aufl.
Shaker (Verlag)
978-3-8440-2373-2 (ISBN)
Shaker (Verlag)
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Einzeltropfenmesszellen werden aufgrund ihrer kompakten Größe und der geringen Menge an Probenmaterial bevorzugt in der chemischen, pharmazeutischen und lebensmitteltechnischen Industrie eingesetzt. Zeit- und kostenintensive Versuche im Technikumsmaßstab werden somit bereits in der frühen Phase der Prozessentwicklung vermieden.
Die bisherigen Einzeltropfenmesszellen besitzen jedoch den Nachteil, dass stets eine Kontaktfläche zwischen untersuchter Probe und einer Wand beispielsweise einer Kapillare (Pendant Drop Methode) existiert. Diese Kontaktfläche könnte Auswirkungen verschiedenster Art besitzen. Zum Beispiel findet ein unerwünschter Wärme- und Stoffaustausch zwischen Probe und Kontaktfläche statt. Des Weiteren könnte die Wand als Katalysator wirken und eine schnellere Reaktion der eingesetzten Substanzen hervorrufen. Besonders bei Phasenwechselprozessen ist die Kontaktfläche ein Störfaktor, da sich beispielsweise während der Trocknung von Lösungen die kristallinen Feststoffe bevorzugt an der Wandkontaktfläche ausbreiten.
Um die oben genannten Einflüsse der bisherigen eingesetzten Einzeltropfenmesszellen zu verringern beziehungsweise gänzlich zu vermeiden, ist in dieser Arbeit eine Apparatur entwickelt worden, die es erlaubt Flüssigkeiten kontaktfrei zu untersuchen. Hierfür wurde ein akustischer Levitator zunächst für den Einsatz unter Umgebungsbedingungen gefertigt und optimiert.
Die akustische Levitation ist eine Methode, die ein starkes, stehendes Ultraschallfeld nutzt, um Proben in den Schalldruckknoten berührungslos zu positionieren. Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme des akustischen Levitators für den Einsatz unter Umgebungsbedingungen folgte schließlich die Integration des akustischen Levitators in eine Hochdrucksichtzelle. Mit Hilfe dieser Modifikation ist es erstmals möglich Flüssigkeiten und Schmelzen bis zu einem Druck von 200 bar bei einer maximalen Temperatur von 180°C kontaktfrei zu untersuchen. Im Zuge von Inbetriebnahme-Versuchen wurde beispielsweise der Stoffübergangskoeffizient von Wassertropfen in eine kontinuierliche CO2-Phase bei Drücken zwischen 10 und 50 bar vermessen. Des Weiteren konnte die Bildung von CO2-Hydraten an levitierten Wassertropfen untersucht werden.
Es ist somit die Möglichkeit gegeben Wärme- und Stofftransportprozesse sowie Partikelbildungsmechanismen anhand einer berührungslosen Probe unter erhöhten Drücken (200 bar, 180°C) zu untersuchen.
Die bisherigen Einzeltropfenmesszellen besitzen jedoch den Nachteil, dass stets eine Kontaktfläche zwischen untersuchter Probe und einer Wand beispielsweise einer Kapillare (Pendant Drop Methode) existiert. Diese Kontaktfläche könnte Auswirkungen verschiedenster Art besitzen. Zum Beispiel findet ein unerwünschter Wärme- und Stoffaustausch zwischen Probe und Kontaktfläche statt. Des Weiteren könnte die Wand als Katalysator wirken und eine schnellere Reaktion der eingesetzten Substanzen hervorrufen. Besonders bei Phasenwechselprozessen ist die Kontaktfläche ein Störfaktor, da sich beispielsweise während der Trocknung von Lösungen die kristallinen Feststoffe bevorzugt an der Wandkontaktfläche ausbreiten.
Um die oben genannten Einflüsse der bisherigen eingesetzten Einzeltropfenmesszellen zu verringern beziehungsweise gänzlich zu vermeiden, ist in dieser Arbeit eine Apparatur entwickelt worden, die es erlaubt Flüssigkeiten kontaktfrei zu untersuchen. Hierfür wurde ein akustischer Levitator zunächst für den Einsatz unter Umgebungsbedingungen gefertigt und optimiert.
Die akustische Levitation ist eine Methode, die ein starkes, stehendes Ultraschallfeld nutzt, um Proben in den Schalldruckknoten berührungslos zu positionieren. Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme des akustischen Levitators für den Einsatz unter Umgebungsbedingungen folgte schließlich die Integration des akustischen Levitators in eine Hochdrucksichtzelle. Mit Hilfe dieser Modifikation ist es erstmals möglich Flüssigkeiten und Schmelzen bis zu einem Druck von 200 bar bei einer maximalen Temperatur von 180°C kontaktfrei zu untersuchen. Im Zuge von Inbetriebnahme-Versuchen wurde beispielsweise der Stoffübergangskoeffizient von Wassertropfen in eine kontinuierliche CO2-Phase bei Drücken zwischen 10 und 50 bar vermessen. Des Weiteren konnte die Bildung von CO2-Hydraten an levitierten Wassertropfen untersucht werden.
Es ist somit die Möglichkeit gegeben Wärme- und Stofftransportprozesse sowie Partikelbildungsmechanismen anhand einer berührungslosen Probe unter erhöhten Drücken (200 bar, 180°C) zu untersuchen.
| Erscheint lt. Verlag | 15.11.2013 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Berichte aus der Verfahrenstechnik |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 284 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Naturwissenschaften ► Chemie ► Technische Chemie |
| Technik ► Maschinenbau | |
| Schlagworte | Akustische Levitation • Hochdrucktechnik • Hydrate • Stofftransport |
| ISBN-10 | 3-8440-2373-9 / 3844023739 |
| ISBN-13 | 978-3-8440-2373-2 / 9783844023732 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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