Strömungsmorphologie flashender Feeds bei kritischen Stoffwerten

Eine gängige Methode zur Konditionierung von Zulaufströmen in Rektifikations-kolonnen ist die Entspannungsverdampfung (flash) des Feedstroms mit nachgeschalteter oder integrierter Separation der kontinuierlichen und dispersen Phasenanteile. Die Gestaltung der Einspeisung in die Kolonne sowie die Auswahl von Einleitorganen erfordert eine möglichst exakte Vorhersage der sich einstellenden Strömungsmorphologie in der Feedleitung. Verfügbare Strömungsdaten beschränken sich fast ausschließlich auf Wasser-Luft-Systeme bei geringen Rohrdurchmessern (< DN100) und großen Einlauflängen (> 40 D). Deren Übertragbarkeit auf organische oder kryogene Systeme mit z. B. deutlich geringeren Grenzflächenspannungen für praxisnahe Rohrdimensionen unterliegt dabei großen Unsicherheiten. Zur Untersuchung flashender Feeds wurde daher ein Kältemittel-Versuchsstand im Technikums¬maßstab entwickelt. Das Arbeitsfluid wird durch eine Armatur in eine horizontale Feedleitung (DN200, Länge 20 D) entspannt und tritt als Zweiphasenströmung in die nachgeschaltete Kolonne ein. Die Dampfanteile nach der Entspannungsverdampfung werden über die jeweiligen Betriebsdrücke und -temperaturen mittels Elektroerhitzer und Kreislaufpumpe eingestellt, während der Betriebsdruck in der Teststrecke über einen Kondensator im Kopfstrom der Kolonne geregelt wird. Als Betriebsmedium wird das Kältemittel 3M™ Novec™649 eingesetzt, dessen Grenzflächenspannung in einem Bereich von 2 bis 8 mN m-1 bei einer Dichtedifferenz zwischen Dampf und Flüssigkeit von 800-1500 kg m-3 bei Betriebstemperaturen bis 140 °C eingestellt werden kann. Die Charakterisierung der sich entwickelnden Strömungsmorphologie in der horizontalen Feedleitung erfolgt mittels zeitlich und räumlich hochauflösender Gittersensormesstechnik. Schwerpunkte der Untersuchungen sind dabei die axiale Entwicklung der Strömungsform zwischen Entspannungsarmatur und Kolonneneintritt sowie die Bestimmung der Phasenanteile und Strömungs¬druck¬ver-luste
Diese Arbeit findet im Rahmen des Projektes TERESA statt und wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) gefördert (FKZ 03ET1395D).