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SPP1740 Jahrestreffen 2017 – 27.-28. September 2017 in Darmstadt

Reaktive BlasenströmungenDFG SPP 1740


AnnualMeeting2017

27.-28.09.2017

HolgerMarschall,DieterBotheMathematicalModelingandAnalysis

TUDarmstadt




AnnualMeeting201727.-28.09.2017

HolgerMarschall,DieterBotheMathematicalModelingandAnalysis

TUDarmstadt



Agenda Mittwoch, 27.09.2017:

13:00 Uhr Begrußung Jahreskolloquium (Prof. Dr. D. Bothe, Dr.-Ing. H. Marschall)

13:05 Uhr Zusammenfassung zum Status quo des Schwerpunktprogrammes Herausforderungen für die 2. Förderperiode (Michael Schlüter)

14:00 Uhr Vortragsprogramm DFG SPP 1740

Modellierung und Simulation

14:00-14:30 Projekt Prof. Dr. S. Turek „Numerische Simulationstechniken zur genauen und effizienten Behandlung von lokalen Strömungsprozessen mit chemischen Reaktionen“

14:30-15:00 Projekt Prof. Dr. D. Bothe „Direkte Numerische Simulation der Multiphysik des reaktiven Stoffübergangs an Einzelblasen und Blasengruppen“

15:00 Uhr Kaffeepause

15:30-16:00 Projekt Dr.-Ing. H. Marschall „Entwicklung und Anwendung einer Methode zur Direkten Numerischen Simulation reaktiver Transportprozesse in Blasensystemen“

16:00-16:30 Projekt Prof. Dr.-Ing. M. Sommerfeld „Modellierung des Einflusses der Blasendynamik auf Bewegung, Stoffaustausch und chemische Reaktion“

16:30 - 17:00 Projekt Prof. Dr.-Ing. U. Nieken „Exemplarische Ermittlung und Verifikation der Reaktionskinetik einer Gas-Flüssigsynthese“

17:00 Uhr Diskussion

17:30 Uhr Organisatorisches und Gruppenfoto

18:00 Uhr Ende des 1. Tages

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Agenda Donnerstag, 28.09.2017:

Ab 09:00 Uhr Vortragsprogramm DFG SPP 1740

Chemische Reaktionssysteme

09:00-09:30 Projekt Prof. Dr. S. Herres-Pawlis „Steuerung der Bildung und Reaktion von Kupfer-Sauerstoff/Stickoxid-Adduktkomplexen in Mehrphasenströmungen“

09:30-10:00 Projekt Prof. Dr. P. Klüfers „In mehrphasigen Reaktionsmedien in-situ charakterisierbare Nitrosyleisen-Komplexe mit steuerbarer Reaktivität“

10:00-10:30 Projekt Prof. Dr. S. Schindler „Bildung, Reaktivitätssteuerung und kinetische Untersuchungen von Eisen-"Sauerstoff"-Intermediatkomplexen und Derivaten in Mehrphasenströmungen“

10:30-11:00 Diskussion


Experimentelle Arbeiten

11:30-12:00 Projekt Prof. Dr.-Ing. M. Kraume „Stoffübergang von aufsteigenden Blasen in reagierenden Flüssigphasen“

12:00-12:30 Projekt Prof. Dr. U. Hampel „Experimentelle Untersuchung von Hydrodynamik, Stofftransport und Reaktion in Blasenschwärmen mittels ultra- schneller Röntgentomographie und lokaler Sonden“

12:30-13:00 Projekt Prof. Dr.-Ing. S. Simon, Dr. G. Rinke „Untersuchung des Einflusses der Transportprozesse auf chemische Reaktionen in Blasenströmungen mittels ortsaufgelöster In-situ-Analytik und simultaner Charakterisierung der Blasendynamik in Echtzeit“

13:00 Uhr Mittagspause (Ort: Mensa, TU Darmstadt)

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Agenda Donnerstag, 28.09.2017:

13:00 Uhr Mittagspause (Ort: Mensa, TU Darmstadt)

14:00-14:30 Projekt Prof. Dr. C. J. Kähler „Analyse der Vermischungs- und Stofftransportprozesse in Blasenschwärmen unter Berücksichtigung blaseninduzierter Turbulenz“

14:30-15:00 Projekt Prof. Dr.-Ing. J. Thöming „Ortsaufgelöste experimentelle Analyse und Modellierung des Stoffübergangs an aufsteigenden Gasblasen bei überlagerter chemischen Reaktion und Schwarmturbulenz“

15:00-15:30 Projekt Prof. Dr.-Ing. M. Schlüter „Experimentelle Untersuchung zum Einfluss der Grenzschichtdynamik in Blasenströmungen auf Stofftransport und chemische Reaktionen“


16:00-17:00 Beiträge assoziierter Partner

17:00 Diskussion und weiteres Vorgehen im DFG SPP 1740

Danach: Ende des Jahrestreffens 2017

Freitag, 29.9.2017: Summerschool

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Statusreport SPP1740

Summary and status quo

SPP 1740 „Reactive Bubbly Flows“

Hints and challenges for the 2nd funding period

Prof. Dr.-Ing. Michael Schlüter

Institute of Multiphase FlowsHamburg University of Technology

Eißendorfer Straße 3821073 Hamburg

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Activities2016/2017:

15.-16.12.2016 Meeting“ReactionNetworks”inAachen

31.01.2017 Begutachtungskolloquium inFrankfurt/Main

14.-15.3.2017 ProcessNet Jahrestreffen “Mehrphasenströmungen”inDresden

08.-11.05.2017 Int.SymposiumonMultiscaleMultiphaseProcessEngineeringinToyama,Japan

26.-29.06.2017 InternationalConferenceonNumericalMethodsinMultiphaseFlows,Tokyo,Japan

20.-23.08.2017 Int.ConferenceonGas–LiquidandGas–Liquid–SolidReactorEngineeringinBrussels,Belgium

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Upcomingevents&activities:

01.-05.10.2017 WorldCongressofChemicalEngineering2017,Session:„Multiphaseprocesses&Cristallization“,Barcelona,Spain.(Baldyga,Schluter)

20.-21.11.2017 ERCOFTACWorkshop„CFDforDispersedMulti-PhaseFlowsVIII“Univ.ofMagdeburg,Magdeburg,Germany.

06.-07.03.2018 ProcessNetJahrestreffenMehrphasenströmungen,Wärme-undStoffübertragungundComputationalFluidDynamics,Bremen,Germany.

19.-23.03.2018 GAMM2018AnnualMeeting,Session:“InterfacialFlows”,TUMunich,Germany(Bothe,Schlüter).

10.-13.09.2018 ProcessNet-Jahrestagung2018,Session:„MultiphaseFlows“,EurogressAachen,Germany(Grünewald,Schlüter)

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Statusreport SPP1740 - Publications

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8/2017www.cet-journal.com

August 2017 · Vol. 40 – No. 8CETEER 40 (8) 2017 · 1379 – 1528 · ISSN 0930-4125

Special Issue: Preparative Chromatography and Downstream Processing. Guest Editor: Frantisek SvecSpecial Issue: Reactive Bubbly FlowsGuest Editors: Michael Schlüter, Anne-Marie Billet, Sonja Herres-Pawlis

Copyright: Hamburg University of Technology

46. Weiner., A.; Bothe, D.: Advanced subgrid-scale modeling for convection-dominated species transport at fluid interfaces withapplication to mass transfer from rising bubbles, Journal of Computational Physics, 2017, 347, pp. 261-289 DOI.org/10.1016/j.jcp.2017.06.040.

45. Kováts, P.; Thévenin, D.; Zähringer, K.: Characterizing fluid dynamics in a bubble column aimed for the determination of reactivemass transfer. Heat and Mass Transfer, 2017, accepted.

44. Hlawitschka, M. W.; Kováts, P.; Zähringer, K.; Bart, H.-J.: Simulation and experimental validation of reactive bubble columsreactors, Chemical Engineering Science, 2017, 170, pp. 306-319, DOI.10.1016/j.ces.2016.12.053.

43. Schlüter, M.; Billet, A.-M.; Herres-Pawlis, S.: Reactive Bubbly Flows, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), p. 1384, DOI:10.1002/ceat.201770085.

42. Kastens, S.; Timmermann, J.; Strassl, F.; Rampmaier, R.F.; Hoffmann, A.; Herres-Pawlis, S.; Schlüter, M.: Test System for theInvestigation of Reactive Taylor Bubbles, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1494-1501, DOI:10.1002/ceat.201700047.

41. Miska, A.; Norbury, J.; Lerch, M.; Schindler, S.: Dioxygen activation: potential future technical applications in reactive bubbly flows, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1522-1526, DOI:10.1002/ceat.201600684.

40. Haase, K; Kück, U. D.; Thöming, J.; Kähler, C. J.: On the emulation of bubble induced turbulence by randomly moving particles in a grid structure, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1502-1511, DOI:10.1002/ceat.201600687.

39. Oppermann, A.; Laurini, L.; Etscheidt, F.; Hollmann, K.; Strassl, F.; Hoffmann, A.; Schurr, D.; Dittmeyer, R.; Rinke, G.; Herres-Pawlis, S.: Detection of Copper Bisguanidine NO Adducts at –80°C and 35°C by UV/Vis spectroscopy using an immersion probe and a SuperFocus mixer, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1475-1483, DOI:10.1002/ceat.201600691.

38. Mießner, U.; Kück, U. D.; Haase, K.; Kähler, C. J., Fritsching, U.; Thöming, J.: Experimental assessment of a new device to mimicbubble swarm turbulence, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1466-1474, DOI:10.1002/ceat.201600688.

37. Hlawitschka, M. W.; Oßberger, M.; Backes, C.; Klüfers, P., Bart, H.-J.: Reactive Mass Transfer of Single NO Bubbles and Bubble Bouncing in Aqueous Ferric Solutions – A Feasibility Study, Oil Gas Sci. Technol. – Rev. IFP Energies nouvelles, 2017, 72(2), 11 pages, DOI: 10.2516/ogst/2017006.

36. Kipping, R.; Kryk, H.; Schleicher, E.; Gustke, M.; Hampel, U.: Application of wire-mesh sensor for the study of chemical speciesconversion in a bubble column during chemical absorption of carbon dioxide in sodium hydroxide, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1425-1433, DOI:10.1002/ceat.201700045.

35. Gast, S.; Matthies, J.; Tuttlies, U.; Nieken, U.: A novel experimental setup for kinetic studies of toluene oxidation in homogeneousphase, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1445-1452, DOI:10.1002/ceat.201700005.

34. Kováts, P.; Thévenin, D.; Zähringer, K.: Investigation of mass transfer and hydrodynamics in a model bubble column, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1434-1444, DOI:10.1002/ceat.201600679.

33. Schurr, D.; Guhathakurta, J.; Simon, S.; Rinke, G.; Dittmeyer, R.: Characterization of a Raman spectroscopy and holographicsystem for gasliquid flows in microchannels, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1400-1407, DOI:10.1002/ceat.201600622.

32. Falcone, M.; Marschall, H.: Explicit Radial-Basis-Function-Based Finite-Difference Method for Interfacial Mass-Transfer Problems, Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1385-1390, DOI:10.1002/ceat.201600536.

31. Tastan, Ü.; Guba, F.; Ziegenbalg, D.: "Switchable" Reactions for the Investigation of Reactive Mass Transfer Processes. Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1418-1424, DOI:10.1002/ceat.201600586.

30. Merker, D.; Böhm, L.; Oßberger, M.; Klüfers, P.; Kraume, M.: Mass transfer in reactive bubbly flows – A single bubble study. Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1391-1399, DOI: 10.1002/ceat.201600715.

29. Mierka, O.; Munir, M.; Spille, C.; Timmermann, J.; Schlüter, M. Turek, S.: Reactive liquid flow simulation of micromixers based on grid deformation techniques. Chemical Engineering & Technology, 2017, 40(8), pp. 1408-1417, DOI: 10.1002/ceat.201600686.

28. Krauß, M.; Rzehak, R.: Reactive absorption of CO2 in NaOH: Detailed study of enhancement factor models, Chemical Engineering Science, 2017, 166, pp. 193-209, DOI: 10.1016/j.ces.2017.03.029.

27. Wolf, M.; Klüfers, P.: Structure and Bonding of High-Spin Nitrosyl–Iron(II) Compounds with Mixed N,O-Chelators and Aqua Ligands, Eur. J. Inorg. Chem., 2017(17), pp. 2303-2312, DOI: 10.1002/ejic.201601329.

26. Aas, B.; Klüfers, P.: The Structural Chemistry of Stable High-Spin Nitrosyl–Iron(II)Compounds with Aminecarboxylato Co-Ligands in Aqueous Solution, Eur. J. Inorg. Chem., 2017(17), pp. 2313–2320, DOI: 10.1002/ejic.201601330.

25. Rzehak, R.; Krauß, M.; Kováts, P.; Zähringer, K.: Fluid Dynamics in a Bubble Column: New Experiments and Simulations, Int. J. Multiphase Flow, 2017, 89, pp. 299-312, DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.09.024.

24. Weber, P. S.; Marschall, H.; Bothe, D.: Highly accurate two-phase species transfer based on ALE Interface Tracking. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, 104, pp. 759–773, DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.08.072.

23. Heithoff, S.; Kück, U. D.; Volkmer, P.; Räbiger, N.; Fritsching, U.: Modeling mass transfer in gas-liquid two phase flow in a Jetzone-Loopreactor, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 2017, 95(1), pp. 180-186, DOI: 10.1002/cjce.22660.



Hints for the 2nd funding period

HintsfromDr.Giernoth,DFG:

• Many greetings and much success!

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Hintsfromthecoordinator:

• During the 2nd funding period chemical systems have to be addressed!

• The collaboration with the colleagues from Chemistry is obligatory.

• Every project should use at least one of the designed chemical systems.

• The guiding measures „Superfocus-Mixer“ und „Taylor-Flow“ will be provided further on in the 2nd funding period. Another guiding measure „Bubble Column“ will be established.

• Every project should address the transfer of results and knowledge to bubbly flows.

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Hints for the 2nd funding period



Challenges for the 2nd funding period

Goal: Adjusting the selectivity of chemical reactions by mass transfer and mixing

Challenges:

Reacting system with selectivity:

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competitiveconsecutivereaction

A O2 B+

B O2 P+

Concentration of and has to be detected quantitatively with high spatial and temporal resolution:

- Laser Induced Fluorescence

- Magnetic Resonance Tomography

- Raman Spectroscopy

B P



Table of SPP1740 reactive systems with important properties

This table is provided on the SPP1740 webpage – please use and expand it

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Tools for the 2nd funding period

Chemistry

System liquid- phase gaseous phase ligand / reactant concentration of

complex/ gL-1temperature

T/°C pressure p/bar order of reaction

reaction constant k1 / s-1

parallel-consecutive

reaction constant k2 / s-1

ReusableDiffusion

coefficent D / m²s-1

Cu-O2 acetonitrile oxygen [Cu(btmgp)I] 100-1000 25 1 1 25 yes 1,5

Cu-O2 acetonitrile oxygen [Cu(TMG2tol)I] 100-1000 0 1 1 5 yes 0,6

Cu-O2 acetonitrile oxygen [Cu(TMG2tol)]2[OTf]2 100-1000 0 1 1 5 yes 0,7

Cu-O2 acetonitrile oxygen [Cu(TMG2tol)]2[PF6]2 100-1000 0 1 1 5 yes 0,7

Cu-O2 acetonitrile oxygen [Cu(btmgp)]2[OTf]2 100-1000 25 1 1 30 yes 2

Cu-O2 acetonitrile oxygen [Cu(btmgp)]2[PF6]2 100-1000 25 1 1 30 yes 2

Fe-O2 methanol oxygen or NO [Fe2(HPTB)Cl3]

0 - 5.5 (highest tested, could be

higher)25 1 Pseudo 1 1 or 6 yes 0.005 yes 0.95 · 10-9

Fe-NO water nitric oxide

Fe2+ / H2O and various aminecarboxylato ligands: HEDTRA, EDTA, MIDA,

NTA, EDDA, etc.

ca 3 - 30 25 1 2 ca 106 - 108 M-1 s-1, zB für EDTA: 1.7 x 108 YES

ca 1 - 1000 s-1, zB für EDTA: 91

photocatalytic Toluol Chlor - toluene ~ 860 20-100 1 0macroscopic reaction constant depends of

photon flux

possible with additional reactants

pressurized Toluol oxygen Toluol 100% 150-170 <100 bar 1 ? YES ?



experiments(H2O-O2)

Guiding measure Superfocus-Mixer

▶ Determination of reaction kinetics• Experiments (Superfocus-Mixer, IMS)• Analytics (Clamp on System, KIT)• Calculation of D, k (Feat Flow, TU Dortmund)

Transported scalar field𝜙FeatFlow

numericalsimulation

low concentration gradientsà mixing is nearly

finished

steep gradientsbetween the lamella

�� = 𝟏𝟓𝟎𝒎𝒍𝒉,𝟏

�� = 𝟑𝟎𝟎𝒎𝒍𝒉,𝟏




Observationcell

HSCamera

Receivertank

LEDPanel

Kastensetal.,Chem.Eng.Technol.40(8),pp.1494-1501,2017

Gasinjection


Guiding measure Taylor-Bubble

25fpsslowdown2.5

▶ To be provided by IMS (without Laser and Camera) financed by DFG coordination fond (ask Sven Kastens)



AGKlüfers


Guiding measure Bubble Column (?)

▶ Optional to be provided by IMS financed by DFG coordination fond (ask Sven Kastens)



Questions&Discussion

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Im SPP1740: Produktion einer großen Datenmenge

MASiForschungsdatenmanagement

• DFG-Richtlinien: 10 Jahre aufbewahren• ABER so, daß man sie wiederfindet und nachnutzen kann• Gerade im SPP: Austausch von Daten zwischen direkten Partnern

aber auch allen SPP-Mitgliedern

Lösung: Verwendung von Metadaten

Zum Beispiel:§ Art der Messung§ Name der Substanz§ Lösungsmittel§ Temperatur§ …..

MASi-GUI


Reaktive BlasenströmungenDFG SPP 1740MASi – Project Facts

• Metadata Management for Applied Sciences• Build-up metadata-driven research data repository

for highly diverse communities • Computer science partners:-ZIH at Technische Universität Dresden (lead)- IPE at Karlsruhe Institute of Technology

• Community partners-Geography - IÖR Dresden -Chemistry - RWTH Aachen University-Digital humanities - TU Darmstadt

- Academy of Sciences and Literature Mainz• DFG funding, 03/2015 – 02/2018


Reaktive BlasenströmungenDFG SPP 1740MASi – Generic Metadata API

• …

4. und 5. Dezember 2017

….wieder in Aachen

Weihnachtsworkshop zu

Reaktionsnetzwerken



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Weiteres Vorgehen

▶ Bitte Tabelle über Stoffsysteme weiter nutzen und vervollständigen

▶ Workshops im nächsten halben Jahr organisiert durch Gruppenleiter – bitte auch assoziierte Partner einladen!

▶ Anmeldungen zu Tagungen nicht vergessen!

▶ Weiterhin bitte Paper zusenden!

▶ Bitte Nachricht über erfolgreiche Promotionen im SPP1740

▶ Schöne repräsentative Bilder für Webseite

▶ Journal Cover für Webseite



VielenDankundweiterhinvielErfolg!!!

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