Process intensification in centrifugal contactor separator: hydrodynamics, mass transfer, and bio-based applications
De centrifugale contactor-separator (CCS) onder de loep
De centrifugale contactor-separator (CCS) is een proces geïntensiveerd apparaat waarin vloeistof-vloeistof menging, reactie en fasescheiding gelijktijdig plaatsvinden binnen één compacte eenheid. De CCS heeft toepassingen gevonden in de nucleaire industrie, afvalwaterbehandeling, extractie van waardevolle componenten en biodieselproductie. CCS bestaat uit een annulaire zone voor vloeistof-vloeistofmenging en een rotorzone voor fasescheiding. Door de complexe hydrodynamica in CCS is de vloeistof holdup in de annulaire zone vaak laag, waardoor de verblijftijd in deze zone een cruciale parameter is voor de menging, reactie en scheidingsprestaties.
In haar proefschrift onderzocht Savitha Sundaraiah eerst de hydrodynamica in de CCS aan de hand van experimentele verblijftijd verdelings studies (Residence Time Distribution, RTD). De resultaten toonden aan dat de rotorsnelheid een sterke invloed heeft op het vloeistofstromingsgedrag, de mengkarakteristieken en de interactie tussen de fasen in de reactor. Daarnaast bleek dat CCS zeer kleine druppels en grote grensvlakoppervlakken kan genereren, waardoor de massaoverdracht tussen vloeistoffasen wordt verbeterd. Sundaraiah ontwikkelde een eenvoudige experimentele methode om de druppelgrootteverdeling en het grensvlakoppervlak in de annulaire zone te bepalen. Hieruit bleek dat druppel opbreking en grensvlakoppervlak voornamelijk worden bepaald door de rotorsnelheid.
Daarnaast onderzocht Sundaraiah de synthese van biodiesel uit zonnebloemolie en methanol, met natriummethoxide als katalysator, in zowel batchreactoren als in de CCS. Ze evalueerde systematisch de invloed van procescondities, waaronder temperatuur, rotorsnelheid en katalysatorconcentratie. Kinetische modellen van verschillende reactie-ordes werden numeriek opgelost, waarbij een pseudo-eerste-ordemodel de biodiesel-synthese in CCS adequaat kon beschrijven. Over het algemeen liet de CCS bij korte procestijden een hoge biodieselopbrengst zien, wat het potentieel van de CCS als efficiënte, proces geïntensiveerde reactor benadrukt.
Savitha Sundaraiah voerde haar onderzoek uit bij het Engineering and Technology institute Groningen (ENTEG), afdeling Chemische Technologie.