Fluiddispergierung in porösen Strukturen

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Membran-Emulgierverfahren sind entscheidend in der Verfahrenstechnik zur Erzeugung von Produktemulsionen mit engverteilten Tropfengrößen. Die innere Membranstruktur beeinflusst signifikant das Emulgierergebnis, insbesondere die mittlere Tropfengröße und die Tropfengrößenverteilung, wenn Premix-Emulsionen als disperse Phase verwendet werden. Diese Arbeit untersucht die Mechanismen der Tropfendispergierung in porösen Medien, indem verschiedene Membranstrukturen mit unterschiedlichen Porengrößen, -formen, Porositäten und Tortuositäten unter variierenden Prozessparametern analysiert werden. Ein empirischer Fluiddispersionskoeffizient wird abgeleitet, um die Beziehung zwischen Produkteigenschaften der Emulsion und Struktureigenschaften der Membranen zu verdeutlichen und die wesentlichen Einflussgrößen der Membranstruktur auf die Tropfendispergierung aufzuzeigen. Zur Validierung des Struktureinflusses werden mittels Schmelzemulgierung im direkten Membran-Emulgierverfahren Feststoffpartikel hergestellt. Diese Methode reduziert Koaleszenzvorgänge am Membranaustritt durch schnelle Stabilisierung der Phasengrenzfläche. Die Untersuchung umfasst die Struktureigenschaften und Prozessparameter der Emulgierung in Bezug auf Partikelgröße, -verteilung und Sphärizität. Zudem werden ein- und mehrphasige Strömungssimulationen (CFD) durchgeführt, um die inneren Porenströmungen und Tropfendispergiervorgänge detailliert zu analysieren, wobei Geometr