Neue Anwendungsfelder in der thermischen Trenntechnik durch additive Fertigung am Beispiel einer Trennwandkolonne im Labormaßstab

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Grützner
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510113776

Die additive Fertigung erlaubt die Erzeugung von Bauteilen mit deutlich weniger konstruktiven Einschränkungen als dies bei den klassischen Herstellverfahren der Fall ist. Es lassen sich auf diese Weise Geometrien erzeugen, deren Komplexität über die bisherigen Möglichkeiten weit hinausgeht. Diese Vorteile werden im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik schon länger genutzt, beispielsweise zur Erzeugung maßgeschneiderter Reaktoren. In der thermischen Trenntechnik allerdings gibt es noch relativ wenige Ansätze um das Potential dieser neuartigen Fertigungstechnologie nutzbar umsetzen zu können. Allerdings ist in den vergangenen Jahren ein Anstieg der Publikationen zu verzeichnen, die sich vorwiegend mit der Erzeugung neuer Packungsstrukturen für thermische Trennapparate auf Basis der additiven Fertigung beschäftigen. Da die additive Fertigung noch Größenordnungen teurer ist als klassische Herstellverfahren wird klar, dass der Versuch unternommen werden muss, zunächst kleinskalige, also für die Laboranwendung vorgesehene, Apparate in den Fokus zu nehmen. Im Rahmen dieses Antrages wird mit der Trennwandkolonne ein komplexer Apparat als Beispiel gewählt um das Potential der additiven Fertigung für die thermische Trenntechnik studieren zu können. Das Ziel ist eine Trennwandkolonne, die maßgeschneidert an die Trennaufgabe angepasst werden kann und einfach in bestehende Laborinfrastruktur zu integrieren ist. Diese neue Technologie kann zur experimentellen Absicherung im Rahmen der Entwicklung großtechnischer Kolonnen eingesetzt werden oder aber auch als kompakter Trennapparat für Laboranwendungen. Ein wesentlicher Fokus liegt auf der Skalierbarkeit der Kolonne. Insbesondere soll die Trennleistung möglichst konstant in einem weiten Bereich der Belastung sein und die Wärmeverluste minimiert werden. Hier bietet die additive Fertigung das Potential diese Ziele durch Optimierung des Designs zu erreichen. Im Rahmen dieses Antrages alle relevanten Bauteile wie Kolonnenmantel, Packung, Verteiler, Sammler etc. betrachtet werden. Alle Bauteile sind in ihren Eigenschaften zu optimieren und schließlich zu charakterisieren so dass eine Bauteilbibliothek vorliegt, die computergestützt die schnelle Anpassung des Kolonnendesigns an die Trennaufgabe erlaubt. Im Anschluss wird aus den so entwickelten Bauteilen eine Kolonne zusammengestellt, in eine bestehende Laborinfrastruktur integriert und daran experimentelle Studien durchgeführt mit dem Ziel die Machbarkeit dieses Konzeptes unter Beweis zu stellen. Aufgrund der Komplexität Fragestellung wird ein Schwerpunkt auf den Packungsstrukturen und der Adiabasie liegen. Die Kombination von CFD Simulation mit Experimenten bildet dabei das methodische Rückgrat des Antrages und hier sind zahlreiche und grundlegende wissenschaftlichen Fragestellung verortet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen