simulation gekoppelter hydrodynamik und stofftransport mittels einer populationsbilanz
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Secondary Particle Method verglichen.Zur Validierung der Simulationen ste-
hen Particle Image Velocimetry-Messun-gen und LIF-Messungen zur Bestim-
mung des lokalen Phasenanteils zurVerfügung.
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Simulation der Gewinnung von Erdgas aus maritimenHydratlagerstätten und der CO2-SpeicherungDipl.-Ing. G. Janicki1) (E-Mail: [email protected]), Dr.-Ing. S. Schlüter1), Dipl.-Math. T. Hennig1), Dr.-Ing. G. Deerberg1)
1)Fraunhofer UMSICHT, Geschäftsfeld Prozesstechnik, Osterfelder Straße 3, D-46047 Oberhausen, Germany
DOI: 10.1002/cite.201050369
Natürliches Gashydrat, in dem CH4 beihohen Drücken und niedrigen Tempera-turen eingeschlossen ist, wird in großenMengen in Reservoirs im Permafrost-und Meeresboden vermutet. Vorsichti-gen Schätzungen zufolge ist dort mehrals doppelt so viel Kohlenstoff gebundenals in Kohle, Erdgas und Erdöl zusam-men. Das macht CH4-Hydrat als Ener-gieträger der Zukunft interessant. Dane-ben stellt CH4-Hydrat aber auch eineGefahr für das globale Klima dar. Durchden Temperaturanstieg in der Atmo-sphäre und somit auch in den Hydrat-
lagerstätten kommt es zur unkontrol-lierten Freisetzung von Methan, dasdas Klima weiter aufheizt. Andererseitskönnte Hydrat zum Speichern von an-thropogenem CO2 in immobiler Formeingesetzt werden und somit zur Redu-zierung der Klimaerwärmung beitragen.
Im Rahmen des BMWi-ProjektsSUGAR wird ein mehrdimensionalesund zeitabhängiges Modell entwickelt,mit dem es möglich ist, den Abbau vonmaritimem CH4-Hydrat und die CO2-Speicherung in Hydratform zu simulie-ren und zu evaluieren. Der Austausch
hat den Vorteil, dass CO2-Hydrat beiLagerstättenbedingungen thermodyna-misch stabiler ist als CH4-Hydrat. För-derszenarien werden unter geologischenRandbedingungen untersucht und aufihre Machbarkeit, Sicherheit und Wirt-schaftlichkeit überprüft. Die Bildungund Zersetzung von Hydrat sowie Wär-me- und Stofftransport werden durchphysikalische Modelle beschrieben. AlsSimulationswerkzeuge werden ein neuentwickelter Code und der kommer-zielle Reservoir-Simulator STARS ver-wendet.
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Simulation gekoppelter Hydrodynamik und Stofftransportmittels einer PopulationsbilanzM. Sc. Eng. M. Jaradat1,3), Dr. M. Attarakih2), Prof. H.-J. Bart1,3) (E-Mail: [email protected])1)TU Kaiserslautern, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Postfach 3049, D-67653 Kaiserslautern, Germany2)Al-Balqa Applied University, Faculty of Eng. Tech., Chem. Eng. Dept., P.O. Box 15008, JOR-11134 Amman, Jordan3)TU Kaiserslautern, Center of Mathematical and Computational Modelling, Gottlieb-Daimler-Straße, 67663 Kaiserslautern, Germany.
DOI: 10.1002/cite.201050084
Die Simulation von Flüssig-Extraktions-kolonnen unter Berücksichtigung einerPopulationsbilanz (PB) ist noch nichtetabliert. Aufgrund der mathematischenKomplexität des daraus resultierendenModells ist es nicht möglich, es für dy-namische und Online-Kontrollzwecke,bei denen angemessene Rechenzeitenwesentlich sind, zu verwenden. Zur Re-duzierung der Komplexität dieser Mo-delle, ohne die dynamischen Informa-tionen zu verlieren, wurde ein neuesmathematisches Modell auf Basis PBund des primären sekundären Teilchen-Konzepts für beliebige Arten von Extrak-tionskolonnen entwickelt, in dem Trop-
fenphänomene (Zerfall und Koaleszenz)und diffusiver und konvektiver Trans-port durch eine Reihe von integropar-tiellen und gewöhnlichen Differential-gleichungen gekoppelt werden.
Ein effizienter numerischer Rahmenfür die Lösung der PB basiert auf demselektiven Erhalt der Gesamtzahl undder Volumenkonzentration der Popula-tion. Die entscheidende Idee dabei ist,die Verteilung durch ein sekundäresTeilchen zu charakterisieren, das in derLage ist, zwei niedrigere Momente derVerteilung zu repräsentieren. Die mittle-re Position des Teilchens wird algebra-
isch auf das Gesamtvolumen und dieAnzahlkonzentration bezogen.
Das daraus resultierende diskrete Mo-dell für die PB besteht aus zwei Konti-nuitätsgleichungen für Gesamtzahl undVolumenkonzentrationen und zwei Bi-lanzgleichungen für die Stoffkonzentra-tion in beiden Phasen. Diese Gleichun-gen wurden genau so, wie bei derkontinuierlichen PB, für beliebige Zer-fall-, Aggregations- und Wachstums-Kerne abgeleitet. Die Genauigkeit derMethode kann bei Bedarf leicht durcheine Erhöhung der Anzahl der primärenTeilchen erhöht werden.
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www.cit-journal.de © 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Chemie Ingenieur Technik 2010, 82, No. 9