3D-Konzentrationsprofile in Fallfilmen auf ebenen und strukturierten Oberflächen

Von:

Marcel Nachtmann

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Technische Flüssigkeitsfilme bilden die Grundlage für Stoff- und Wärmeübergänge aller Art und sind die Auslegungsbasis vieler chemischer Apparate, wie (Rektifikations-) Kolonnen, Verdampfer, Kondensatoren, Rieselbettreaktoren und verschiedene andere Arten von Flüssigkeits-/Flüssigkeits- und Flüssigkeits-/Gas-Trenneinheiten. In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Aufklärung von Stofftransport- und Strömungsphänomenen an fallenden Filmen auf ebenen und strukturierten Oberflächen mittels Raman-Imaging entwickelt und vorgestellt. Raman-Imaging ermöglicht eine kontaktlose, markerfreie Detektion einzelner Moleküle in einfachen und komplexen Matrices. Hierbei ist keine Probenmarkierung nötig. In der ausgewählten Beispielapplikation wird die Entwicklung der Messmethode, beginnend mit dem Proof-of-Concept, aufgezeigt und eine Mischung von gelöstem Natriumsulfat mit Wasser auf verschiedenen Oberflächen verfolgt. Raman-Imaging eignet sich zur Bestimmung von lokalen Konzentrationen ebenso wie zur Bestimmung von Schichtdicken und der dreidimensionalen Abbildung von Flüssigkeitsströmen. Der Zugang zu diesen Informationen ermöglicht die Aufklärung von bisher nicht messtechnisch erfassbaren Strömungen, wie z. B. Wirbel oder Strömungsartefakte beim Überströmen von Einbauten. Dies ermöglicht ein erweitertes Verständnis nicht nur von Mischprozessen, sondern auch von Verdampfungs- und Kondensationsprozessen.