Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (IMVT)

Trennen, Filtration

Das IMVT hat Forschungsprojekte in unterschiedlichen Bereichen der Trenntechnik, wie zum Beispiel der Ölnebelabscheidung oder der Staubabscheidung in Gaszyklonen.

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Kombination eines Trägheitsabscheiders mit einem Filtermedium

Ob im Automotive-Bereich, der chemischen Industrie, der Landwirtschaft oder der Umwelttechnik, überall spielen Trenntechnik und Filtration eine wichtige Rolle. Dabei ergeben sich je nach dem Aggregatzustand der einzelnen Phasen (flüssig-flüssig, fest-flüssig, fest-gasförmig, flüssig-gasförmig) sehr unterschiedliche Anforderungen an den Trennprozess. Das IMVT arbeitet daher in enger Kooperation mit verschiedenen Industriepartnern, um für jede Anwendung das passende Abscheiderkonzepte zu entwickeln.

Forschungsprojekte

Feinstaubbelastung durch Rußpartikel ist aktuell ein politisch und gesellschaftlich viel diskutiertes Thema. Ziel des hier beschriebenen Projekts ist es diese zu verringern und dadurch die Luftqualität insbesondere in den Ballungsgebieten zu verbessern.

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Die Abreinigung feiner Feststoffpartikel aus der Luft findet in vielen Bereichen Anwendungen. Daher besteht ein großes Interesse diese Filtrationsprozesse besser zu verstehen, um sie anschließend optimieren und die Trennleistung  verbessern zu können. Außerdem können durch effizientere Energieausnutzung Kosten gespart werden.

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In Verbrennungsmotoren enstehen durch die Verwendung von Schmieröl sogenannte "Blow-by-Gase". Um zu verhindern, dass sie in den Verbrennungsraum gelangen, müssen diese abgeschieden werden. Ziel des Projekts ist es diese Abscheider hinsichtlich Energieeffizienz, Trennleistung und Bauraum zu optimieren.

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Die Filtration hochviskoser Newtonscher und nicht-Newtonscher Fluide ist ein essentieller Verfahrensschritt in zahlreichen Prozessen der Kunststoff-, Chemie- und Nahrungsmittelindustrie.  Daher befasst sich dieses Projekt mit der Untersuchung eines Einsatzes von metallischen Drahtgeweben in diesem Bereich.

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Um die Funktionsweise von Tiefenfiltermedien besser verstehen zu können, werden mit Hilfe der numerischen Simulation die Durchströmung und Abscheidung in Abhängigkeit der Mediumgeometrie untersucht.

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Die Auslegung von Aero- und Hydrozyklonen erfolgt bisher meist auf der Basis (halb-) empirischer Modellgleichungen zur Ermittlung der wichtigsten Betriebskenngrößen. Mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik soll ein allgemeingültiges Auslegungswerkzeug geschaffen werden, mit dessen Hilfe beliebige Gas- und Hydrozyklone untersucht werden können.

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Bei Strömungsvorgängen disperser und nichtdisperser Systeme stellen sich außer den bekannten laminaren und turbulenten Strömungsformen hydrodynamische Instabilitäten ein. Es handelt sich hierbei um gegensinnig drehende Wirbel, deren Achsen in Richtung der Grundströmung liegen. Dieses Phänomen ist für die Technik von grundlegendem Interesse, da es in der Regel den laminar-turbulenten Umschlag einleitet.

Die hydrodynamischen Instabilitäten sind Gegenstand experimenteller und theoretischer Arbeiten, um allgemeine Aussagen über Stabilitätskriterien bei Phasentrennprozessen mit bewegten Stromfeldbegrenzungen zu erhalten. Ihre Kenntnisse eröffnen neue Perspektiven in der Apparateauslegung, um eine hohe Trenn-, Klär-, Aufkonzentrations-, Extraktions- und Klassiereffizienz zu gewährleisten.

Bisher durchgeführte Untersuchungen an Tellerseparatoren gehen von einer geringen Konzentration der dispersen Phase aus. Unbeantwortet blieb daher bislang die Frage, wie sich das Abscheideverhalten und der Druckabfall bei deutlich erhöhten Feststoffkonzentrationen ändern. Im laufenden Forschungsprojekt soll dieser Fragestellung auf den Grund gegangen und Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wann eine kritische Konzentration der dispersen Phase in Abhängigkeit von verschiedenen Geometrieparametern auftritt.

Um allgemeine Aussagen über die Beziehungen zwischen Geometrie, Abscheidegrad und Druckabfall treffen zu können, wird sowohl eine Einzelspaltbetrachtung durchgeführt als auch der gesamte Tellerseparator untersucht. Die Untersuchungen werden mit Hilfe von CFD realisiert. Begleitende Experimente liefern zusätzliche Erkenntnisse und dienen zur Validierung der numerischen Simulationsergebnisse. Dabei kann der abgeschiedene Feststoff im numerischen Modell nicht länger unberücksichtigt bleiben, sondern muss als zweite Phase in die Betrachtungen einbezogen werden.

Um im schärfer werdenden Wettbewerb in der Filtrationstechnik erfolgreich bestehen zu können, bedarf es fundierter Bewertungsmethoden und Messverfahren, um Filtermedien vergleichen zu können. Ein Schwerpunkt der Arbeiten ist die Bestimmung der Filtermittelfeinheit und des Druckverlustes von Metalldrahtgeweben unterschiedlichster Bindungsarten. 

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Zum Abtrennen von staubförmigen Bestandteilen sowie Spelzen und Strohbestandteilen aus der Getreideernte werden Windsichter eingesetzt. In diesem Projekt soll ein neuartiges und im Hinblick auf das strömungstechnische Verhalten verbessertes Reinigungssystem für Getreide mit einem Durchsatzbereich von 20 – 150 t/h entwickelt werden.

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Dieses Bild zeigt Ajmani
M. Sc.

Arnav Ajmani

wissenschaftlicher Mitarbeiter

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