Flüssigkeitsaustauschbahn

Die Flüssigkeitsaustauschbahn ist ein Konzept aus der Strömungs- und Prozesstechnik, das eine räumlich abgegrenzte Bahn beschreibt, innerhalb derer Flüssigkeitseigenschaften zwischen zwei Flüssigkeiten oder Phasen ausgetauscht werden. Der Begriff wird in Mikrofluidik, Porenstrukturen und in Trenn- oder Reaktionsprozessen verwendet, um den räumlichen Verlauf des Austauschs zu charakterisieren und zu optimieren.

In der Praxis entsteht eine Flüssigkeitsaustauschbahn durch das Zusammenwirken von Strömung, Diffusion und Grenzflächenprozessen. Typischerweise ist die Strömung laminar, sodass die Austauschmechanismen entlang definierter Bahnen stattfinden. Interfacialität, Solutentransport und Adsorption an Oberflächen beeinflussen die Form und Länge der Bahn. Gegebenenfalls werden spezielle Kanalgeometrien oder Fließmoduswechsel eingesetzt, um die Bahn gezielt zu steuern.

Anwendungsgebiete umfassen Mikrofluidik, Flüssigkeits-zu-Flüssig-Extraktion, Probenaufbereitung, Reaktor- und Trennprozesse sowie Umwelt- und Bodenforschung. Durch die gezielte Gestaltung der Austauschbahn lassen sich Kontaktzeiten, Effizienz des Austauschs und Kontaminationen kontrollieren. Sie dient auch der Modellierung von Prozessen, bei denen der räumliche Verlauf des Liquid-Liquid-Transfers eine Rolle spielt.

Theoretische Modellierung und experimentelle Bestimmung der Flüssigkeitsaustauschbahn nutzen advektive und diffusive Transportgleichungen, Grenzflächeneffekte sowie gegebenenfalls Reaktionskinetik. Numerische Simulationen (zum Beispiel CFD) unterstützen die Optimierung von Kanalgeometrien und Betriebsparametern. Herausforderungen sind dispersion, Fouling und die Skalierbarkeit von Labormaßstäben auf industrielle Anwendungen.

Siehe auch Mikrofluidik, Zweiphasenströmung, Flüssigkeits-Extraktion.