Messen des Stoffübergangs durch die Phasengrenze zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten zum Berechnen des Strukturvektors
Final Report Abstract
2.1 Allgemeinverständliche Darstellung der wesentlichen Ergebnisse und der erzielten Fortschritte gegenüber dem Stand des Wissens Die Konzentrationsprofile und die Massenströme des Farbstoffs Rhodamin 6G werden an der gemeinsamen Phasengrenze der nicht mischbaren flüssigen Phasen Toluol und Wasser gemessen. Hierzu werden die Phasen in jeweils separaten Kanälen mit quadratischen Querschnitten von 0,5 x 0.5 mm durch eine hierfür entwickelte Messzelle gefordert. In dieser ist die Größe und Lage der Phasengrenze durch die geometrische Anordnung der sich kreuzenden Kanäle festgelegt. Der Stoffstrom des Rhodamin 6G wird in der Phasengrenze mit Hilfe der Fluoreszenz-Spektroskopie gemessen. Dazu können beliebige Konzentrationsdifferenzen beiderseits der Phasengrenze so eingestellt werden, dass die Konzentrationen in den zuströmenden Phasen jeweils zeitlich konstant sind und zwar sowohl im Gleichgewichtsfall als auch im thermodynamischen Ungleichgewicht. Die gemessenen Stoffströme steigen linear proportional zur Konzentrationsdifferenz des Rhodamin 6G in den Flüssigkeiten beiderseits der Phasengrenze. Zusätzlich werden die Konzentrationsprofile im Bereich der Phasengrenze mit Hilfe einer konfokalen Zwei-Photonen-Fluoreszenztechnik unter Einsatz eines Femtosekundenlasers gemessen. Der Laser wird auf jeweils eine Messposition, die räumliche Abmessungen unter einem Mikrometer hat, im Bereich der Phasengrenze fokussiert. Der Laser besitzt die Eigenschaft, nur in seinem Fokus mittels eines Zwei-Photonen-Prozesses Fluoreszenz anzuregen. Der Fokus des Laserstrahls wird senkrecht zur Phasengrenze verfahren. Auf die Weise lassen sich die Konzentrationsprofile in beiden Phasen mit hoher Ortsauflösung sowohl für den Fall des thermodynamischen Gleichgewichts als auch für den Fall des stationären Stofftransports bei einstellbarer Konzentrationsdifferenz mit Hilfe der Kreuzstrornmesszelle messen. Die Konzentration des Rhodamin 6G ändert sich stetig beim Übergang von einer Phase in die andere. Ein Konzentrationssprung wird nicht beobachtet. Dies gilt sowohl für das Gleichgewicht, als auch für den Fall des stationären Stofftransports. Das Volumen, in dem Konzentrationsprofile beiderseits der Phasengrenze beobachtet werden, besteht aus einer Schicht mit ca. 100 jam Ausdehnung in vertikaler Richtung zur Phasengrenze. 2.2 Ausblick In nachfolgenden Untersuchungen wäre es notwendig, den Verlauf der chemischen Potentiale aller am Stofftransport beteiligten Komponenten beiderseits der Phasengrenze zu ermitteln. Aus dem Vergleich der Profile für den Fall des thermodynamischen Gleichgewichts und dem mit variabel einstellbaren Konzentrationsdifferenzen beiderseits der Phasengrenze kann auf den von Hampe postulierten Stofftransport, der in Form des sog Strukturvektors im phasengrenzflächennahen Volumen darstellbar sein soll, geschlossen werden. Auf diese Weise gelänge der Nachweis einer Kopplung von Energie-, Stoff- und Impulstransport in den phasengrenzflächennahen Volumenbereichen.
Publications
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D. Wothe, D. Mewes: Mass transfer through the phase boundary of a two liquids nonmixable system; Achema, Microchemical Engineering 15-19. Mai 2006, Frankfurt a. M.
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D. Wothe, D. Mewes: Stofftransport durch die Phasengrenze nicht mischbarer flüssiger Gemische; DECHEMA/GVC-Gemeinschaftsausschuss "Extraktion", 07-08. März 2005, Frankfurt a. M.
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D. Wothe, D. Mewes: Stofftransport einer Komponente durch die Phasengrenze zweier nicht mischbarer flüssiger Gemische; DECHEMA/GVC-FA "Wärme- und Stoffubertragung", 06-08 März 2006, Frankfurt a. M.
