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2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Visualization and Quantitative Analysis of Consecutive Reactions in Taylor Bubble Flows

verfasst von : Michael Schlüter, Felix Kexel, Alexandra von Kameke, Marko Hoffmann, Sonja Herres-Pawlis, Peter Klüfers, Martin Oßberger, Stefan Turek, Otto Mierka, Norbert Kockmann, Waldemar Krieger

Erschienen in: Reactive Bubbly Flows

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Taylor bubbles are bubbles that are filling a capillary fixed or rising in a liquid flow. Due to their well-defined size, shape and velocity the flow field around Taylor bubbles is well controllable. Furthermore, only a small amount of gas and liquid is required for experiments, making the study of Taylor bubbles simple and safe. In this chapter, Taylor bubbles are used to study mass transfer with chemical reaction in dependency of various fluid dynamic conditions. Experimental setups are presented to study chemical reactions at Taylor bubbles and in Taylor flows. Furthermore, a Taylor bubble benchmark experiment is presented and used for the validation of numerical simulations that are performed with a front tracking technique in a FEM framework to enable a high resolution of interfaces and boundary layers. It is shown that the interplay of mass transfer, hydrodynamics and chemical reactions can be successfully determined using experimental and numerical methods presented. It is shown further how the selectivity of competitive-consecutive reactions can be influenced by the local fluid dynamics, especially in the wake of a Taylor bubble or within the liquid slug in a Taylor flow. 

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Literatur
3.
Zurück zum Zitat Compart C (2017) Design of an experimental setup for the analysis of mass transfer on reactive Taylor-Bubbles, Masterthesis, Hamburg University of Technology Compart C (2017) Design of an experimental setup for the analysis of mass transfer on reactive Taylor-Bubbles, Masterthesis, Hamburg University of Technology
5.
Zurück zum Zitat Hayashi K, Hosoda S, Tryggvason, G, Tomiyama A (2014) Effect of shape oscillation on mass transfer from a Taylor bubble. Int J Multiph Flow 58:236–245 Hayashi K, Hosoda S, Tryggvason, G, Tomiyama A (2014) Effect of shape oscillation on mass transfer from a Taylor bubble. Int J Multiph Flow 58:236–245
8.
Zurück zum Zitat Krieger W, Bayraktar E, Mierka O, Kaiser L, Dinter R, Hennekes J, Turek S, Kockmann N (2020) Arduino-based slider setup for gas–liquid mass transfer investigations: experiments and CFD simulations. AIChE J 66:e16953. https://doi.org/10.1002/aic.16953 Krieger W, Bayraktar E, Mierka O, Kaiser L, Dinter R, Hennekes J, Turek S, Kockmann N (2020) Arduino-based slider setup for gas–liquid mass transfer investigations: experiments and CFD simulations. AIChE J 66:e16953. https://​doi.​org/​10.​1002/​aic.​16953
10.
Zurück zum Zitat Timmermann J (2018) Experimental analysis of fast reactions in gas-liquid flows. Ph.D. thesis, TU Hamburg, Cuvillier Verlag Göttingen Timmermann J (2018) Experimental analysis of fast reactions in gas-liquid flows. Ph.D. thesis, TU Hamburg, Cuvillier Verlag Göttingen
11.
Zurück zum Zitat Strassl F, Timmermann J, Schlüter M, Herres-Pawlis S (2016) Kinetik der Sauerstoffaktivierung. GIT Labor Fachz 9:39–41 Strassl F, Timmermann J, Schlüter M, Herres-Pawlis S (2016) Kinetik der Sauerstoffaktivierung. GIT Labor Fachz 9:39–41
13.
Zurück zum Zitat Kexel F, von Kameke A, Oßberger M, Hoffmann M, Klüfers P, Schlüter M (2021) Bildgebende UV-VIS Spektroskopie zur Untersuchung des Einflusses der Fluiddynamik auf die Selektivität und Ausbeute von schnellen konkurrierenden konsekutiven gas-flüssig Reaktionen. Chem Ing Tech 93(1–2):1–10 Kexel F, von Kameke A, Oßberger M, Hoffmann M, Klüfers P, Schlüter M (2021) Bildgebende UV-VIS Spektroskopie zur Untersuchung des Einflusses der Fluiddynamik auf die Selektivität und Ausbeute von schnellen konkurrierenden konsekutiven gas-flüssig Reaktionen. Chem Ing Tech 93(1–2):1–10
15.
Zurück zum Zitat Sousa MM, Miguel C, Rodrigues I, Parola AJ, Pina F, Seixas de Melo JS, Melo MJ (2008) A photochemical study on the blue dye indigo: from solution to ancient Andean textiles. Photochem Photobiol Sci 7:1353. https://doi.org/10.1039/b809578g Sousa MM, Miguel C, Rodrigues I, Parola AJ, Pina F, Seixas de Melo JS, Melo MJ (2008) A photochemical study on the blue dye indigo: from solution to ancient Andean textiles. Photochem Photobiol Sci 7:1353. https://​doi.​org/​10.​1039/​b809578g
19.
Zurück zum Zitat Adelsberger J, Esser P, Griebel M, Groß S, Klitz M, Rüttgers A (2014) 3D incompressible two-phase flow benchmark computations for rising droplets, Proceedings of the 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI), Barcelona Adelsberger J, Esser P, Griebel M, Groß S, Klitz M, Rüttgers A (2014) 3D incompressible two-phase flow benchmark computations for rising droplets, Proceedings of the 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI), Barcelona
20.
21.
Zurück zum Zitat Turek S, Mierka O, Bäumler K (2019) Numerical benchmarking for 3D multiphase flow: new results for a rising bubble. In: Numerical Mathematics and Advanced Applications ENUMATH 2017. Lecture notes in computational science and engineering, vol 126. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96415-7_54 Turek S, Mierka O, Bäumler K (2019) Numerical benchmarking for 3D multiphase flow: new results for a rising bubble. In: Numerical Mathematics and Advanced Applications ENUMATH 2017. Lecture notes in computational science and engineering, vol 126. Springer. https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-319-96415-7_​54
23.
Zurück zum Zitat Hysing S (2007) Numerical simulation of immiscible fluids with FEM level set techniques. Ph.D. thesis, University of Dortmund, Dortmund Hysing S (2007) Numerical simulation of immiscible fluids with FEM level set techniques. Ph.D. thesis, University of Dortmund, Dortmund
25.
Zurück zum Zitat Shampine LF, Gordon MK (1975) Computer solution of ordinary differential equation. In: The initial value problem, Freeman, San Francisco Shampine LF, Gordon MK (1975) Computer solution of ordinary differential equation. In: The initial value problem, Freeman, San Francisco
Metadaten
Titel
Visualization and Quantitative Analysis of Consecutive Reactions in Taylor Bubble Flows
verfasst von
Michael Schlüter
Felix Kexel
Alexandra von Kameke
Marko Hoffmann
Sonja Herres-Pawlis
Peter Klüfers
Martin Oßberger
Stefan Turek
Otto Mierka
Norbert Kockmann
Waldemar Krieger
Copyright-Jahr
2021
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-72361-3_21

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.