CFD in der Biotechnologie

Blasensäule

Blasensäulen werden aufgrund ihres einfachen Bauprinzips bei einer Vielzahl chemischer und biotechnologischer Prozesse eingesetzt.

Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine asymmetrische Begasung einer sich in einem rechteckigen Behälter befindlichen Flüssigkeit.

Die obere Reihe zeigt die transienten Ergebnisse einer Begasungsrate von 1,6 l/s, dargestellt wird die Verteilung der Gaskonzentration. Die untere Reihe zeigt die vergleichbaren Messdaten [1]. Die gute Übereinstimmung beweist die Zuverlässigkeit der CFD-Berechnungen.

[1] Chem.-Ing. Tech. 66 (1994) Nr. 4 S. 505-510

Einen weiteren Vergleich zeigt das Diagramm des Integralen Gasgehalts, aufgetragen über die Gasleerrohrgeschwindigkeit.

Die CFD-Ergebnisse zeigen eine sehr gute quantitative Übereinstimmung bis ca. 20%. Bei höheren Gasmengen tendieren die numerischen Ergebnisse dazu, den Gasgehalt zu überschätzen. Die Ergebnisse können aber als qualitativ sehr gut betrachtet werden.

[2] Fortschrittberichte VDI, Reihe 3: Verfahrenstechnik, Nr. 198, 1990.

Rührer

Mehrphasige Strömungen treten oft auf. CFD bietet die Möglichkeit, die Phasenverteilung, die Veränderung des thermodynamischen Zustands und den Wärmeaustausch zwischen den Phasen zu berechnen.

Dieses Beispiel zeigt die Gaskonzentration auf einem Schnitt durch einen Rührer. Das Gas wird durch einen Begasungsring unterhalb der Rührerblätter eingespeist. Durch die Blätter wird das Gas zunächst nach außen geschleudert. Danach erfolgt eine Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit.

Der Einfluss der turbulenten Strömung auf die Gasverteilung ist oberhalb und unterhalb der Rührerebene sichtbar.

Schüttelkolben