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Keywords:

  • Absorption;
  • Dean Wirbel;
  • Hohlfasermembran;
  • Kohlendioxid;
  • Membranreaktoren;
  • Sekundärströmung
  • Absorption;
  • Carbon dioxide;
  • Dean vortices;
  • Hollow fiber membrane;
  • Membrane reactors;
  • Secondary flows

Abstract

Hohlfasermembrankontaktoren wurden bereits häufig für die physikalische und chemisch beschleunigte Absorption von CO2 getestet. Dabei bieten Kontaktoren aufgrund des hohen Oberfläche/Volumen-Verhältnisses einige Prozessvorteile. Dennoch ist der Massentransport in kommerziell erhältlichen Hohlfasermodulen limitiert. Durch die geringen Innendurchmesser der Fasern und die niedrigen Durchflussgeschwindigkeiten ergibt sich ein laminares Strömungsprofil. Um insbesondere den grenzschichtnahen Stofftransport zu erhöhen, wurden in dieser Arbeit durch neuartige Hohlfasergeometrien gezielt Sekundärströmungen (Dean-Wirbel) erzeugt. Zudem wurde der Einfluss des Helixdurchmessers untersucht. Mithilfe der Filmtheorie und der dimensionslosen Dean-Zahl gelang die Vorhersage der Absorptionsraten sowohl für gerade als auch helikal geformte Hohlfasern.

Hollow fiber membrane contactors have been already tested for the physical and chemical absorption of CO2. Due to their large surface to volume ratio contactors are a promising alternative to conventional equipment. Nevertheless, the overall mass transport in commercially available modules is limited. Due to the small inner diameters of the fibers and the respective low cross flow velocities only low Reynolds numbers can be realized, which leads to a laminar flow regime. In this study Dean vortices have been generated to enhance the mass transport in the boundary layer. Also the influence of the helical curvature diameters on the absorption performance has been studied. By means of the film theory and the dimensionless Dean number absorption rates for both straight and helically shaped hollow fibers have been successfully predicted.