Measurement techniques for drop size distributions in stirred liquid-liquid systems

• Autorzy: Maass S. , Grunig J. , Kraume M.

Warianty tytułu

PL

Techniki pomiarowe rozkładu wielkości kropel w mieszanej cieczy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The design of stirred tank reactors for liquid.liquid dispersions usually requires expensive experimental investigations. Complete models for the drop size distribution as a function of power input, material and process parameters are rare and relatively inaccurate. Therefore, it is necessary to analyze drop size distributions for accurate modelling. Furthermore, industrial applications, like e.g., suspension polymerization processes, require a distinct average drop diameter and a small standard deviation of the distribution. For the controlling of such systems fast acquisition of information is needed but difficult to obtain. While many users are confronted with both requirements an adequate measurement technique for all applications is needed but has not yet been developed. The aim of this publication was to give an overview for already existing measurement techniques and compare the most important properties and the resulting data to simplify the decision process for the selection of the .right. measurement technique according to the used system. The measurement applications are divided into three main groups: sound, laser and photo based techniques. The Lasentec FBRM, the 2D-ORM from Messtechnik Schwartz GmbH and the FBR-sensor which all give online and in-situ information and furthermore an in-house developed endoscope technique are discussed in detail. They have been tested for various applications in a stirred tank and the results are compared. It is clearly shown that laser based methods give only qualitatively good but fast results for the tested system toluene.water. Quantitatively accurate experimental results of the endoscope technique gave a good base for testing and developing numerical models for even transient behaviour of drop size distributions.

PL

Zaprojektowanie reaktora zbiornikowego z mieszadłem do dyspersji cieczy wymaga zazwyczaj kosztownych badań doświadczalnych. Kompletne modele przeznaczone do symulacji rozkładu wielkości kropel w zależności od poboru mocy, materiału i parametrów procesowych są rzadkie i stosunkowo niedokładne. Do uzyskania dokładnego modelu konieczne są analizy rozdzielcze kropel. Zastosowania przemysłowe, jak np. proces polimeryzacji suspensyjnej, wymagają znajomości dokładnej średniej średnicy kropli, oraz rozkładu średnic obliczonego z niewielkimi odchyleniami. Szybkie zdobycie informacji jest niezbędne do sterowania takim układem, jednak jest ono trudne do uzyskania. Odpowiednie techniki pomiarowe stają się niezbędne, jednak nie zostały one jeszcze rozwinięte. Celem tego artykułu jest przegląd istniejących technik pomiarowych i porównanie najważniejszych ich właściwości z wynikami badań, aby ułatwić proces decyzyjny o wyborze .prawidłowej. techniki pomiarowej, odpowiedniej dla danego systemu. Dzielą się one na trzy podstawowe grupy: techniki dźwiękowe, laserowe i fotograficzne. Lasentec FBRM, 2D-ORM z Messtechnik Schwartz GmbH i FBR-sensor dostarczają infomacji online i insitu. Szczegółowo omówiono technikę endoskopową. Przetestowano techniki w różnych zastosowaniach i porównano wyniki. Stwierdzono, że metoda laserowa jest szybka, ale dostarcza wyników wyłącznie jakościowych. Ilościowo dokładne wyniki eksperymentalne techniki endoskopowej tworzą bardzo dobrą podstawę do przeprowadzenia testów i rozwinięcia modeli numerycznych, nawet dla przejściowych rozkładów wielkosci kropel.

Słowa kluczowe

EN

liquid; measurement technique; mixing

PL

ciecz; mieszanie; technika pomiarowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Chemicznej i Procesowej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Chemical and Process Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, z. 4
• Strony: 635--651
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz.,Rys., tab.,

Twórcy

autor

Maass S.

autor

Grunig J.

autor

Kraume M.

• Institut fur Prozess- und Verfahrenstechnik, Technische Universitat Berlin

Bibliografia

• [1] AAKRE H., SOLBAKKEN T., SCHÜLLER R.B., Flow Meas. Instrum., 2005, 16, 289.
• [2] ALBAN F.B., SAJJADI S., YIANNESKIS M., Chem. Eng. Res. Des., 2004, 82, 1054.
• [3] ALEXOPOULOS A.H., KIPARISSIDES C., Chem. Eng. Sci., 2007, 62, 3970.
• [4] BAE J.H., TAVLARIDES L.L., AIChE J., 1989, 35, 1073.
• [5] BALDYGA J., BOURNE J.R., PACEK A.W., AMANULLAH A., NIENOW A.W., Chem. Eng. Sci., 2001, 56, 3377.
• [6] CENTS A.H.G., BRILMAN D.W.F., VERSTEEG G.F., WIJNSTRA P.J., REGTIEN P.P.L., AIChE J., 2004, 50, 2750.
• [7] CHYLEK P., KIEHL J.T., KO M.K.W., Appl. Opt., 1978, 17, 3019.
• [8] CIESZKOWSKI J., DYLAG M., Int. Chem. Eng., 1994, 34, 511.
• [9] DANIELS R., In situ-Partikelgrößenanalyse in konzentrierten Dispersionen, Skin Care Forum, 2004, 36, http,//www.scf-online.com/german/36_d/daniels36_d.htm, accessed on, 19.12.2008.
• [10] DENKOVA P.S., TCHOLAKOVA S., DENKOV N.D., DANOV K.D., CAMPBELL B., SHAWL C., KIM D., Langmuir, 2004, 20, 114023.
• [11] DESNOYER C., MASBERNAT O., GOURDON C., Chem. Eng. Sci., 2003, 58, 1353.
• [12] DUKHIN A., GOETZ P., Colloids Surf., A 2005, 253, 51.
• [13] DUKHIN A.S., GOETZ P.J., Adv. Colloid Interface Sci., 2001, 92, 73.
• [14] GÄBLER A., WEGENER M., PASCHEDAG A.R., KRAUME M., Chem. Eng. Sci., 2006, 61, 3018.
• [15] GALINDO E., LARRALDE-CORONA C.P., BRITO T., CORDOVA-AGUILAR M.S., TABOADA B., VEGAALVARADO L., CORKIDI G., J. Biotechnol., 2005, 116, 261.
• [16] HEFFELS C., POLKE R., RADLE M., SACHWEH B., SCHÄFER M., SCHOLZ N., Part. Part. Syst. Char., 1998, 15, 211.
• [17] HOLLINGSWORTH K.G., SEDERMAN A.J., BUCKLEY C., GLADDEN L.F., JOHNS M.L., J. Colloid Interface Sci., 2004, 274, 244.
• [18] HU B., ANGELI P., MATAR O.K., LAWRENCE C.J., HEWITT G.F., AIChE J., 2006, 52, 931.
• [19] HUKKANEN E.J., BRAATZ R.D., Sens. Actuators B, 2003, 96, 451.
• [20] LOVICK J., MOUZA A.A., PARAS S.V., LYE G.J., ANGELI P., J. Chem. Tech. Biotech., 2005, 80, 545.
• [21] O’ROURKE A.M., MACLOUGHLIN P.F., Chem. Eng. Proc.., 2005, 44, 885.
• [22] PACEK A.W., MOORE I.P.T., NIENOW A.W., CALABRESE R.V., AIChE J., 1994, 40, 1940.
• [23] PACEK A.W., NIENOW A.W., Chem. Eng. Res. Des., 1995, 73, 512.
• [24] PANKEWITZ A., BEHRENS C., In-line Crystal size analysis with a highly adaptable and industrially approved sensor based ultrasonic extinction, [In:] Proc. 15th International Symposium on Industrial Crystallization, Sorrento, Italy, 2002, 7.
• [25] PETRAK D., Part. Part. Sys. Char., 2002, 19, 391.
• [26] QUADROS P.A., BAPTISTA C.M.S.G., Chem. Eng. Sci., 2003, 58, 3935.
• [27] RIEBEL U., LÖFFLER F., Part. Part. Sys. Char., 1989, 6, 135.
• [28] RITTER J., KRAUME M., Chem. Eng. Tech., 2000, 23, 579.
• [29] RUF A., WORLITSCHEK J., MAZZOTTI M., Part. Part. Sys. Char., 2000, 17, 167.
• [30] SACHWEH B., HEFFELS C., POLKE R., RÄDLE M., Light scattering sensor for in-line measurements of mean particle sizes in suspensions, [In:] Proc. 7th European Symposium on Particle Characterization, Nuremberg, 2000, 635.
• [31] SIMMONS M.J.H., LANGSTON P.A., BURBIDGE A.S., Powder Technol., 1999, 102, 75.
• [32] SIMMONS M.J.H., ZAIDI S.H., AZZOPARDI B.J., Opt. Eng., 2000, 39, 505.
• [33] Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology, J. Sjöblom (Ed.), Marcel Dekker Inc., New York, 2001, 760.
• [34] TABOADA B., VEGA-ALVARADO L., CORDOVA-AGUILAR M.S., GALINDO E., CORKIDI G., Exp. Fluids, 2006, 41, 383.
• [35] WEGENER M., Experimentelle Untersuchungen und Modellierung von transienten Tropfengrößenverteilungen in gerührten Flüssig-flüssig-Systemen, Technische Universität, Berlin, 2006, 140.
• [36] WILLE M., LANGER G., WERNER U., Chem. Eng. Tech., 2001, 24, 475.
• [37] WORLITSCHEK J., HOCKER T., MAZZOTTI M., Part. Part. Sys. Char., 2005, 22, 81.
• [38] ZHOU G., KRESTA S.M., Chem. Eng. Sci., 1998, 53, 2099.