Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8124
Main Title: Dispersion and phase separation in liquid multiphase systems
Subtitle: influence of three phase conditions on drop size distributions
Translated Title: Dispersion und Phasentrennung in flüssigen Mehrphasensystemen
Translated Subtitle: Einfluss dreiphasiger Dispersionen auf Tropfengrößenverteilungen
Author(s): Hohl, Lena Katharina
Advisor(s): Kraume, Matthias
Referee(s): Kraume, Matthias
Brucato, Alberto
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Microemulsion systems consisting of water, 1-dodecene and different non-ionic surfactants can develop up to three liquid phases as a function of composition and process conditions. These innovative solvent systems are promising reaction media for processes such as the hydroformylation of long-chained olefins. In this work, the influence of the third phase on the drop size distributions and the phase separation behavior was investigated since these are crucial parameters to achieve high reaction rates and an efficient catalyst recycling. A methodology to identify the phases in agitated systems was developed using an in-situ endoscope technique. By analyzing phase behavior and physical properties of the systems in combination with drop size analysis, the influencing factors on the drop size distributions under two and especially three phase conditions were quantified. The prediction of the droplet sizes in three phase systems with population balance equations is a challenging task that mainly works for simple dispersion conditions and in a narrow process condition range. Although the predictive power is not yet satisfactory, this work provides an overview on how a change in process conditions affects all parameters relevant for drop breakage and coalescence. Furthermore, the impact of the dispersion conditions on the phase separation was investigated for two phase systems, simple three phase systems and also for the case of multiple emulsions. Experimental and simulation results indicate, that the phase separation process can be modelled under two phase and three phase conditions.
Mikroemulsionssysteme bestehend aus Wasser, 1-Dodecen und nicht-ionischen Tensiden bilden je nach Zusammensetzung und Prozessbedingungen bis zu drei flüssige Phasen aus. Da diese Systeme vielversprechende Reaktionsmedien für die Hydroformylierung langkettiger Olefine und vergleichbare Prozesse sind, wurde der Einfluss der dritten Phase auf Dispersion und Phasentrennung untersucht. Beide Phänomene sind entscheidend für den Gesamtprozess, da sie sowohl die Reaktionsraten als auch die Effizienz des Katalysatorrecyclings und die Reinheit des Reaktionsproduktes beeinflussen. Mittels einer in-situ Endoskopmesstechnik und Bildanalyse wurde in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, um die flüssigen Phasen in geführten Systemen zu identifizieren. Durch eine Kombination dieser Methodik mit einer Analyse des Phasenverhaltens und der physikalischen Eigenschaften wurden des Weiteren relevante Einflussgrößen auf Tropfenbruch und Koaleszenz unter zwei- und insbesondere dreiphasigen Bedingungen bestimmt. Die Vorhersage von Tropfengrößen mittels Populationsbilanzen verläuft erfolgreich in zweiphasigen Mikroemulsionssystemen, jedoch ist die Vorhersagekraft unter dreiphasigen Bedingungen nur in eingeschränkten Prozessparametern sowie in vergleichbar einfachen Systemen ausreichend. Um eine weitere Optimierung der Vorhersage zu ermöglichen wurden unter anderem Bedingungen für die Bildung multipler Emulsionen sowieso zu erwartende Trends der Tropfengrößen als Funktion der Prozessbedingungen dargestellt. Darüber hinaus konnte der Einfluss der dreiphasigen Dispersionen auf die Phasentrennung aufgeklärt und quantifiziert werden. Dazu wurde ein bestehendes Modell zur Phasentrennung auf den dreiphasigen Zustand erweitert. Ein Vergleich der Experimente und Simulationen zeigt ein hohes Potenzial dieses Modells für die Beschreibung dreiphasiger flüssig/flüssig-Systeme.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/9008
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8124
Exam Date: 25-May-2018
Issue Date: 2019
Date Available: 12-Feb-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): drop size distribution
multiphase
liquid/liquid systems
phase separation
endoscope technique
Tropfengrößenverteilung
mehrphasig
Flüssig/flüssig-Systeme
Phasentrennung
Endoskopmesstechnik
Sponsor/Funder: DFG, TRR 63, Integrierte chemische Prozesse in flüssigen Mehrphasensystemen
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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