Alterung von Foulingbelägen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Scholl
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442905766

Fouling, d.h. die unerwünschte Belagbildung auf wärme- und/oder stoffübertragenden Flächen, ist ein örtlich und zeitlich veränderliches Phänomen. Dabei kommt es aufgrund thermischer und me-chanischer Beanspruchungen zu einer fortschreitenden stofflichen Veränderung (Alterung) der Beläge, welche sowohl deren thermische wie mechanische Eigenschaften beeinflusst. Mit dem Wissen über solche Vorgänge können der Wärmetransport und das Reinigungsverhalten detaillier-ter beschrieben werden. Das Forschungsvorhaben basiert auf der Hypothese, dass die Alterung eines Belages an dessen Wärmeleitfähigkeit und deren Kopplung an die zeitliche Veränderung der Festigkeit, der Struktur und Zusammensetzung der Ablagerung über einen temperaturabhängigen kinetischen Ansatz in einem Foulingmodell quantitativ beschrieben werden kann. Dazu werden mineralische und proteinhaltige Ablagerungen aus der Lebensmittelverarbeitung unter Variation von Prozessparametern, wie Bulk- und Wandtemperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Zusam-mensetzung, in einem laminar betriebenen Strömungskanal erzeugt. Zunächst erfolgen die ent-koppelte Betrachtung der Alterungsrate von der Ablagerungs- und Abtragrate sowie die Bestim-mung der Wärmeleitfähigkeit in diskreten Teilschichten innerhalb des Belages. Für Letzteres wurde ein experimentelles Vorgehen konzipiert, mit dessen Hilfe der thermische Foulingwiderstand und die Schichtdicke verknüpft werden können. Weiterhin werden zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften die Ko- und Adhäsion, die Scherfestigkeit, die Verschleißfestigkeit und die Eindringfestigkeit quantifiziert. Damit Alterungsmechanismen und Kinetiken gesondert und vereinfacht betrachtet werden können, wird die Bestimmung der genannten stofflichen Eigenschaften auch an homogenen Modellschichten durchgeführt.Neben der Übertragung bestehender Modelle der thermischen Alterung auf zwei neue Stoffsysteme wird basierend auf den Informationen zur Struktur und den mechanischen Eigenschaften eine neue Definition von Bindungskräften innerhalb von Belägen unternommen, die in ein klassisches Foulingmodell integriert werden. Das Fortschreiten des Alterungsvorgangs und die dadurch hervorgerufenen stofflichen Veränderungen können dann auf Basis des zuvor aufgeklärten Zusammenwirkens thermischer, mechanischer und struktureller Einflussgrößen vorausberechnet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen