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

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.