Dispergieren von Gasen in hochviskosen Flüssigkeiten mit SMX-Mischern

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Das Dispergieren von Gasen ist eine entscheidende verfahrenstechnische Grundoperation, die durch die hohe Viskosität der Flüssigkeit erschwert wird. Die langsame molekulare Vermischung der gelösten Gase und die eingeschränkte Zerteilung der Gasblasen aufgrund des niedrigen Viskositätsverhältnisses zwischen der dispergierten und der kontinuierlichen Phase stellen Herausforderungen dar. SMX-Mischer werden oft als Alternative zu dynamischen Mischern eingesetzt, jedoch ist die Auslegungsbasis für deren Anwendung in hochviskosen Flüssigkeiten unklar und basiert teilweise auf Erkenntnissen aus der Zerteilung von Einzelblasen in stationären, homogenen Strömungsfeldern, die in technischen Mischapparaten nicht vorkommen. Diese Arbeit untersucht das Dispergieren von Gasen in hochviskosen Flüssigkeiten mit SMX-Mischern und betrachtet drei wesentliche Aspekte: Erstens wird das einphasige, laminare Strömungsfeld in SMX-Mischern analysiert, um eine universelle Druckverlustcharakteristik für strukturviskose Fluide zu ermitteln. Zweitens erfolgt eine experimentelle und numerische Untersuchung der Deformation und Zerteilung kugelförmiger Einzelblasen, wobei kritische Capillarzahlen ermittelt werden. Drittens wird das Gasdispergieren unter Berücksichtigung des Stoffübergangs zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase untersucht, wobei relevante Einflussgrößen identifiziert und mathematisch beschrieben werden. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen ei