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Wärmeübertragung, Kondensation und Verdampfung in keramischen Schwämmen

Wärmeübertragung, Kondensation und Verdampfung in keramischen Schwämmen
Ansprechpartner:

Wallenstein

Förderung:

DFG (FOR 583 T3)

Motivation

Kolonnen und Reaktoren mit Gas-Flüssig-Kontakt gehören zu den Grundbausteinen vieler verfahrenstechnischer Anlagen wie sie schematisch in Abbildung 1 dargestellt ist. Um eine hohe Kontaktfläche für chemische Reaktionen oder Wärmeübergänge zwischen Gas- und Flüssigphase zu realisieren, werden häufig regellose Schüttungen oder Packungen aus Keramik bzw. Metall, aber auch Kolonneneinbauten, wie z.B. Mellapak, verwendet. Seit einigen Jahren rücken Schwammstrukturen im Bereich der Verfahrenstechnik immer weiter in das Licht der Forschung.

Das hochporöse und offenzellige Gerüst keramischer und metallischer Schwämme verspricht Vorteile in bestimmten Bereichen gegenüber anderen Strukturen. Ein Ausgangspunkt aller Überlegungen ist die vergleichsweise sehr große spezifische Oberfläche bei gleichzeitig niedrigem Druckverlust sowie hoher chemische und thermische Beständigkeit.
Aufgrund seiner Eigenschaften könnte der Schwamm als Kolonnenpackung eine Lücke zwischen den konventionellen Einbauten wie regellosen Füllkörpern und geordneten Metallpackungen schließen.
Potentiell Anwendung finden könnte der keramische Schwamm als Träger für Katalysatoren, als Porenbrenner oder als Packung in Trennkolonnen.                                              

Schwämme Kolonne
Abb.1: Schematische Darstellung einer Kolonne (Sulzer modifiziert) Abb.2: Fotoaufnahme keramischer Schwämme Abb.3: Kolonne der neu aufgebauten Anlage

 

Forschungsziele

Für die experimentellen Untersuchungen der Wärmeübertragung bei der zweiphasigen Durchströmung wurde eine neue Versuchsanlage konzipiert und aufgebaut. In dieser Versuchsanlage können Temperaturprofile in allen Raumrichtungen bestimmt werden (vgl. Abbildung 4).
Mit Hilfe dieser neuen Anlage und den bestimmten Temperaturprofilen sollen folgende für die Auslegung technischer Apparate wichtige Kenngrößen bestimmt werden:
- „feuchter“ Druckverlust
- radiale und axiale Wärmeleitfähigkeit
- Wärmeübergangskoeffizient
- Verdampfungs- und Kondensationsrate
- Phasenverteilung (unter anderem durch Tomographie, Abb. 5)
Die experimentellen Daten werden abschließend korreliert, um auf die praktische Anwendung übertragen werden zu können.

Abb.4:Temperaturprofil im Schwamm Abb.5:3D-Rekonstruktion eines Schwammes