Reinigbarkeit von gealterten Foulingbelägen

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

Die Verschmutzung von Wärmeübertragungsflächen hat erhebliche wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen. Die Schwere der Auswirkungen der Verschmutzung wird durch die Alterung der anhaftenden Ablagerungen beeinflusst. Die Alterung ist ein Teilprozess des Foulings und kann als Veränderung der mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften einer Ablagerung definiert werden. In Phase 1 des DFG-Projekts „Alterung von Foulingbelägen“ werden die Alterungseigenschaften (d.h. Wärmeleitfähigkeit und mechanische Verfestigung) eines Molkenprotein-Foulingbelags als Funktion der Belagdicke und der Temperatur bei der Foulingbildung definiert. Bei den Untersuchungen in Phase 1 wurde ein speziell angefertigter laminarer Strömungskanal (LFC) zur Überwachung der kontinuierlichen Veränderungen des thermischen Foulingwiderstands während der Alterung eingesetzt. Die Ergebnisse der Phase 1 zeigten eine Zunahme der Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Belagdicke sowie eine Zunahme der mechanischen Verfestigung mit zunehmender Temperatur bei der Belagbildung. Die Endzustand einer gealterten Belagschicht, wie sie in Phase 1 charakterisiert wurden, bestimmen den Ausgangspunkt für nachfolgende Reinigungsprozesse. Reinigungsprozesse sind erforderlich, um Verschmutzungen zu entfernen und die Prozesseffizienz wiederherzustellen und der für die Entfernung erforderliche Reinigungsaufwand hängt von den Alterungseigenschaften des Belages ab. Das vorgeschlagene Folgeprojekt (Phase 2) zielt darauf ab, die Alterung durch die Entfernung von Ablagerungen während der Reinigung zu verstehen. Phase 2 wurde durch neue Forschungsfragen motiviert, die sich aus den Ergebnissen aus Phase 1 und den Kommentaren der Gutachter des Projektvorschlags von Phase 1 ergaben, die eine stärkere Betonung der Untersuchung der Reinigung gealterter Ablagerungen in der Folge vorschlugen. In Phase 2 werden gealterte Modellverschmutzungen mit Hilfe einer speziellen Backform mit Gradienten in der Konzentration der Zusammensetzungskomponenten (z. B. Mineralien und Proteine) und der Backzeit entlang der Dicke der Ablagerung erzeugt. Die chemischen und mechanischen Abtragseigenschaften der Modellverschmutzungen werden unter ruhenden und kontinuierlichen Fließbedingungen quantifiziert. Die Ergebnisse werden durch dimensionslose Kennzahlen (DN) zusammengefasst, die die funktionelle Beziehung zwischen den Alterungseigenschaften und Reinigungseigenschaften beschreibt. Die durch die DNs beschriebene Beziehung wird anhand einer real gealterten Verschmutzung validiert. Die mit Phase 2 verbundenen Methoden umfassen Verbesserungen der in Phase 1 angewandten LFC und den Bau einer Millimanipulationsvorrichtung. Zusammen werden die Ergebnisse von Phase 1 und 2 ein besseres Verständnis des Zusammenspiels zwischen Belagbildung und Reinigung als Grundlage für eine integrierte Optimierung von Foulingverringerung und Reinigung liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen