ERNA – Effiziente Tropfenabscheidung in Flüssig-flüssig-Systemen an Gestricken

IGF-Nr. 19743 N

Das Vorhaben „Effiziente Tropfenabscheidung in Flüssig-flüssig-Systemen an Gestricken“ (kurz: ERNA) beschäftigte sich mit dem Einsatz von Gestricken und deren Auslegung in flüssig-flüssig Abscheidern. In der Auslegung solcher Gestricke herrschte große Unsicherheit, bedingt durch ein fehlendes Verständnis der lokalen Phänomene am und im Gestrick. Die Abscheideeffizienz der Gestricke hängt von einer Vielzahl an Einflussgrößen ab, darunter die Einlasstropfengröße, die Abscheiderlänge, die Wicklung, der Fadendurchmesser, die Kombination unterschiedlicher Materialien, die Benetzungseigenschaften, der Druckverlust, etc.

In einem ersten Schritt wurden die Phänomene analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Stauhöhe der Dispersion vor dem Gestrick unabhängig von der Gestricklänge ist, diese jedoch entscheidend für den Druckabbau der Stauschicht und die Abscheidung von Feinsttropfen ist.

Zur Auslegungsunterstützung wurden zwei Apparate entwickelt: ein DN 100 Abscheider, sowie ein Einzeltropfenprüfstand. Mit diesen konnte eine wesentliche Charakterisierung und Auslegungsheuristik erarbeitet werden.

Zur Auslegungsunterstützung wurden Literaturmodelle sowie eine eigene Modellerweiterung des bewährten Henschke Modells analysiert Das ACS Modell ermöglicht auf Basis einzelner Experimente eine Abschätzung der Gestricklänge sowie der Feinsttropfenabscheidung. Der Druckverlust kann in einem ersten Schritt über die Druckverlustgleichung für Fließbette abschätzt werden. Die Frage nach der maximalen Belastung der Abscheider und somit kritischen Geschwindigkeit kann über ein Kräftegleichgewicht am Einzelfaden erfolgen. Die Modellerweiterung des Henschke Modells liefert eine detaillierte Aussage über die Stauhöhe und ermöglichte erste Scale-up Untersuchungen.

Weitere Detailuntersuchungen am Einzelfaden gaben zudem Aufschluss über das Benetzungsverhalten bei variierenden Stoffeigenschaften und können für weitere Untersuchungen zur Wicklung herangezogen werden.

Basierend auf den dargestellten Untersuchungen konnte zudem eine Auslegungs­heuristik erarbeitet werden. Die chemische und verfahrenstechnische Industrie als Anwender profitiert zusammenfassend durch das bessere Prozessverständnis, wodurch Fehler bei der Auswahl, Inbetriebnahme sowie im Betrieb vermieden werden.

 

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 10/2017 bis 06/2020 an der Technischen Universität Kaiserslautern, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (Gottlieb-Daimler-Straße, 67663 Kaiserslautern, Tel. 0631 205-2414) unter der Leitung von Dipl.-Ing. Mark Hlawitschka (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr. Hans-Jörg Bart).

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