Adaptronik in der Gas-Partikel-Filtertechnik: Grundlagenuntersuchungen zur Partikelablösung von dehnbaren Filtern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Achim Dittler
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427981860

Tiefenfilter werden in Klima- und Prozesstechnik zur Entfernung von Partikeln aus feststoffbeladenen Gasströmen verwendet. Die Abscheidung der Partikeln findet dabei im Inneren der Faserstruktur statt, wo sich das Partikelmaterial mit zunehmender Filtrationszeit akkumuliert. Mit erhöhter Beladung steigt der Druckverlust und der Abscheidegrad am Filter. Insbesondere nach dem „Clogging Point“ tritt dieser Effekt auf. Eine angestrebte Möglichkeit zur Verringerung des Druckverlustes ist die Verwendung einer zeitlich veränderlichen Filterstruktur. Durch die Anpassung, hier in Form eines mechanischen Dehnens, kann die Porosität der Gesamtstruktur beeinflusst werden. Es sollen so bereits abgeschiedene Partikelmasse in tiefere Faserschichten befördert und neuer Raum in den oberen Filterschichten geschaffen werden. Das Ziel des Gesamtprojekts besteht in der Untersuchung der Umlagerungs- und Ablöseprozesse von eben jenem veränderlichen Kollektor. Hierzu wurden in der ersten Projektphase messtechnische Anlagen und ein Faserhalter für Untersuchungen an einer Einzelfaser (Mikroebene) konstruiert. In anschließenden Versuchen an einer Einzelfaser konnte Erkenntnisse zum Einfluss von Verlängerungsgeschwindigkeit der Faser und Anströmgeschwindigkeit auf die Partikelablösung gesammelt werden. Außerdem konnte der Einfluss von mehreren Dehnzyklen auf das Ablöseverhalten und die Größe von Partikelstrukturen ermittelt werden. Auf Basis der beobachteten Aufbruchsszenarien von Partikelstrukturen wurden grundlegende Ansätze einer theoretischen Abhängigkeit zwischen Beladungshöhe, Bruchstücklänge und Spannungszustand entwickelt und ein DEM-Modell erstellt. In der hier beantragten zweiten Projektphase liegt der Fokus auf der Übertragung der Untersuchungen zu Umlagerungs- und Ablöseprozesse der Partikelstrukturen von der Mikroebene (Einzelfaser) auf die Mesoebene (Faserarray). So startet das Arbeitsprogramm mit AFM-Messungen von Adhäsionskräften zwischen Partikeln unterschiedlicher Materialien und Faser(n). Daran anschließend erfolgt die Implementierung der gemessenen Größen in das vorhandene DEM-Modell. Um die Vorgänge am Faserkollektiv zu Beobachten und Quantifizieren, wird eine Erweiterung der messtechnischen Anlage zur multiperspektivischen Beobachtung der Entstehung von Leerstellen innerhalb der gecloggten Strukturen implementiert. Im Folgenden wird die Bestimmung des „Clogging Points“ und Strukturentwicklung am Faserarray bei unterschiedlichen Faseranordnungen/abstand angestrebt. Daran anschließend erfolgt am Faserarray eine Variation verfahrenstechnischer Prozessparameter wie Anströmgeschwindigkeit, Verlängerungsgeschwindigkeit der Fasern und Abstand der Fasern. Zum Ende erfolgt eine Zusammenfassung der Ergebnisse von Einzelfaser u. Faserkollektiv, sowie ein Transfer verfahrenstechnischer Leitwerte für einen zukünftigen adaptiven Gesamtfilter.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen