Binary coalescence of free rising droplets

Kurzfassung Koaleszenzvorgänge spielen bei der Flüssig-flüssig-Extraktion eine entscheidende Rolle. Aktuelle Modelle, welche die Tropfen-Tropfen-Koaleszenz beschreiben sollen, verwenden jedoch meist semi-empirische Anpassungsparameter, welche wiederum die Wirkung der einzelnen Phänomene auf die Koaleszenz pauschal berücksichtigen. Diese Anpassungsparameter gelten meist nur für ein Stoffsystem und einen Apparatetyp. Hierdurch sind die Modelle nicht ohne weiteres zu übertragen. Der Prozess der Tropfen-Tropfen-Koaleszenz ist sehr empfindlich auf Veränderungen in der umgebenden Phase. Um das Stoffsystem ausreichend zu charakterisieren, sind Stoffdaten wie Dichte, Viskosität und Grenzflächenspannung nicht ausreichend. Speziell die durch adsorptive Kräfte sich an der Phasengrenze befindlichen Ionen induzierten elektrostatischen Wechselwirkungen wirken auf den Koaleszenzvorgang maßgeblich ein. Die Stärke dieser Wechselwirkungen ist weiterhin anhängig von Art und Konzentration der Ionen. Der Einfluss des sich hierdurch ausbildenden Grenzflächenpotentials auf das Koaleszenzverhalten von Tropfen in Flüssig-flüssig-Systemen wird nur unzureichend berücksichtigt. So sind in wässrigen Systemen oftmals Elektrolyte unterschiedlicher Art und Konzentration vorhanden. Zusätzlich beeinflussen gelöste Gase wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid in ihrer Wirkung als Elektrolyt die Flüssig-flüssig-Systeme nachhaltig. (vgl. Tobin and Ramkrishna (1992)). Die Sensitivität der Flüssig-flüssig-Systeme ist speziell bei geringen Ionenstärken ausgeprägt. Durch die meist nicht mögliche definierte Charakterisierung der entsprechenden Systeme ergibt sich die Schwierigkeit von reproduzierbaren und vergleichbaren Experimenten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich im Detail mit der binären Tropfenkoaleszenz von frei aufsteigenden Tropfen in Flüssig-flüssig-Systemen. Mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsmess-techniken und weiteren Messmethoden war es möglich den Prozess an sich, wie auch den Effekt des chemischen Systems auf diesen, für das EFCE (European Federation of Chemical Engineers) Standard-Testsystem Toluol/Aceton/Wasser im Detail zu untersuchen. Als Effekt des chemischen Systems auf den Koalezenzvorgang wurden der Einfluss des pH-Werts, die Anwesenheit verschiedener Salze, deren Konzentration, wie auch der Einfluss des Stofftransports untersucht. Als Basis wurden Experimente mit einzelnen, frei aufsteigenden Tropfen durchgeführt, welche speziell dazu dienten das experimentelle Vorgehen und die Versuchseinrichtungen zu validieren.