CO2-Absoption in Natronlauge bei der Taylor-Strömung in Millikanälen - Konzentrationsprofile im Slug

Die Versuche wurden in einer Borosilikatglaskapillare mit einem inneren Querschnitt von 2 mm × 2 mm durchgeführt. Die Taylor-Strömung wurde mit einer Injektionsnadel im co-flow erzeugt. Am Eintritt wurde das Verhältnis der Gas- und Flüssigvolumenströme, die Gesamtleerrohrgeschwindigkeit, sowie das Verhältnis von CO2 zu N2 in der Gasphase variiert. Es wurde mit 1 M und 2 M Natronlauge gearbeitet. Die Konzentrationsprofile wurden nur im Flüssigkeitspfropfen zwischen den Blasen aufgenommen.

Es handelt sich um zwei Datensätze: erstens die in-situ mit dem Raman-Analyse-System ermittelten Konzentrationsprofile des Karbonats und des Bicarbonats und ergänzend die offline ermittelte Blasengröße.

Konzentrationsprofile - RamanData.csv:
Die Ausdehnung des Detektionsvolumen der konfokalen Optik des Laser-Raman-Systems wurde experimentell zu 15 μm × 15 μm × 70 μm bestimmt. Die Messdauer wurde durch die Pulsdauer des Lasers von 10 μs definiert. Die Produkte Karbonat und Bikarbonat konnten mit einer Nachweisgrenze von 0,04 mol/L bzw. 0,05 mol/L detektiert werden. Mit dem Schattenverfahren betrug die Messunsicherheit 3 % für Sluglänge und Blasengeschwindigkeit bzw. 8 % für die Bestimmung der Position des Messpunktes relativ zur Blase. Die Genauigkeit konnte mit dem holographischen Verfahren um Faktor zwei verbessert werden. Bei der reproduzierbaren Taylor-Strömung ermöglicht die Analyse einer Vielzahl an Messpunkten die Rekonstruktion der Konzentrationsfelder im Slug um die Blase.

Der Datensatz enthält 22880 Messpunkte mit den folgenden Daten:
1: 'expNo' bezieht sich auf die in der Dissertationsschrift veröffentlichte Nummerierung der verschiedene Versuchsbedingungen
2: 'distancez(height)' Abstand zur Kontaktierung von Gas und Flüssigkeit / mm
3: 'distancey(lateral)' Versatz lateral zum Kanalzentrum in mm (siehe Abb. 7.14, S. 182 in der Dissertationsschrift)
4: 'distancex(frontal)' Versatz frontal zum Kanalzentrum in mm (siehe Abb. 7.14, S. 182 in der Dissertationsschrift)
5: 'Konz. CO3in mol/l' mit dem Raman-System ermittelte Karbonatkonzentration in mol/L
6: 'Konz. HCO3mol/L' mit dem Raman-System ermittelte Bikarbonatkonzentration in mol/L
7: 'distanceto cap' Abstand des Messpunkts zur Blasenkappe der nachfolgenden Blase in μm
8: 'distanceto tail' Abstand des Messpunkts zum Blasenende der vorangehenden Blase in μm
9: 'sluglengthin um' Sluglänge in μm
10: 'velocityin m/s' Geschwindigkeit der Blase in m/s
11: 'J_NaOHin ml/min' Volumenstrom der Natronlauge am Kanaleintritt in mL/min
12: 'NaOH_invalue in mol/l' Konzentration der Natronlauge am Kanaleintritt in mol/L
13: 'J_N2in ml/min' Volumenstrom des Stickstoffs am Kanaleintritt in mL/min
14: 'J*_CO2in ml/min' Volumenstrom des Kohlenstoffdioxids am Kanaleintritt in mL/min
15: 'Temp.inlet gas' Temperatur des Gasgemisches am Kanaleintritt in °C
16: 'Temp.inlet liquid' Temperatur der Natronlauge am Kanaleintritt in °C
17: 'Temp.outlet' Temperatur am Kanalaustritt in °C
18: 'Datum' Aufnahmedatum des Messpunkts

Blasenlänge - BubbleLength.csv:
Die Blasenlänge wurde im Anschluss an die Raman-Messungen mithilfe einer Spiegelreflexkamera (Canon EOS 400D Digital, 3888 × 2592 Pixel, Verschlusszeit 1/200 s, Blitzdauer 80 μs) untersucht. Für jedes Experiment wurde aus mehreren Bildern die Blasenlänge abhängig vom Abstand zur Kontaktierung ermittelt.

Der Dataframe enthält für jedes Experiment mit expNo X und den Eingangsbedingungen entsprechend des ersten Dataframes den Abstand des Blasenzentrums der betrachteten Blase zur Kontaktierung 'expX_y/mm' in mm und die Blasenlänge 'expX_lB/mm' in mm.

1: 'exp1_y/mm'
2: 'exp1_lB/mm'
3: 'exp2_y/mm'
4: 'exp2_lB/mm'
5: 'exp3_y/mm'
6: 'exp3_lB/mm'
7: 'exp4_y/mm'
8: 'exp4_lB/mm'
9: 'exp5_y/mm'
10: 'exp5_lB/mm'
11: 'exp6_y/mm',
12: 'exp6_lB/mm',
13: 'exp7_y/mm',
14: 'exp7_lB/mm'
15: 'exp8_y/mm'
16: 'exp8_lB/mm'
17: 'exp9_y/mm'
18: 'exp9_lB/mm'
19: 'exp10_y/mm'
20: 'exp10_lB/mm'
21: 'exp11_y/mm'
22: 'exp11_lB/mm'
23: 'exp12_y/mm'
24: 'exp12_lB/mm'
25: 'exp13_y/mm'
26: 'exp13_lB/mm'
27: 'exp14_y/mm'
28: 'exp14_lB/mm'
29: 'exp15_y/mm'
30: 'exp15_lB/mm'
31: 'exp16_y/mm'
32: 'exp16_lB/mm'
33: 'exp17_y/mm'
34: 'exp17_lB/mm'
35: 'exp18_y/mm'
36: 'exp18_lB/mm'
37: 'exp19_y/mm'
38: 'exp19_lB/mm'
39: 'exp20_y/mm'
40: 'exp20_lB/mm'
41: 'exp21_y/mm'
42: 'exp21_lB/mm'
43: 'exp22_y/mm'
44: 'exp22_lB/mm'
45: 'exp23_y/mm'
46: 'exp23_lB/mm'
47: 'exp24_y/mm'
48: 'exp24_lB/mm'
49: 'exp25_y/mm'
50: 'exp25_lB/mm'
51: 'exp26_y/mm'
52: 'exp26_lB/mm'

Details zum Versuchsaufbau, den Auswerteroutinen sowie den Messunsicherheiten sind der zugehörigen Dissertationsschrift und den Veröffentlichungen zu entnehmen.