Fouling: Mehr Sauberkeit in der Industrie

Umweltaspekte, aber auch die Gesamtproduktionskosten haben die Betreiber und Hersteller von Wärmetauschern gezwungen, die Leistungen und das Design dieser verbreitet eingesetzten Anlagen neu zu überdenken. Außerdem haben Überlegungen zur gesetzlichen Verankerung von Umweltschutzmaßnahmen zu der Notwendigkeit geführt, Wärmetauscher mit höheren Wirkungsgraden zu produzieren, die mit weniger Materialeinsatz herzustellen, weniger Reinigungsmittel benötigen, bessere Leistungsdaten aufweisen und beständiger gegen Fouling sind.

Energie

Als Fouling bezeichnet man im Zusammenhang mit Wärmetauschern einen Vorgang, bei dem diese durch die Ansammlung von Verunreinigungsstoffe wie etwa korrodierende Medien, Chemikalien sowie durch Sedimentation und Kristallisation im Lauf der Zeit ihre funktionellen Eigenschaften verlieren. Wärmetauscher kommen in einer Vielzahl unterschiedlichster Anwendung zum Einsatz - vom Pasteurisieren von Milch über die Erdölverarbeitung bis zur Polymerproduktion. Überall macht sich Fouling als teures Problem bemerkbar, das jedes Jahr mit mehreren Milliarden Euro zu Buche schlägt. In den meisten Fällen befinden sich die absoluten Temperaturen, Durchflussmengen, Betriebszeiten und andere Betriebsparameter von Wärmetauschern unter ständiger Beobachtung und Überwachung. Fouling führt bei all diesen vitalen Betriebsparametern zu Störungen und wirkt sich nachteilig auf die Produktionsmengen und die Produktsqualität aus. Beim Pasteurisieren von Milch beispielsweise kann Fouling dazu führen, dass nicht alle pathogenen Bakterien unschädlich gemacht werden. Die Entwicklung eines Verfahrens zur Unterdrückung von Fouling-Auswirkungen ist daher von erheblicher Bedeutung, wenn es geeignet ist, Produktionsparameter wie etwa die Produktionsmenge pro Zeiteinheit verbessern, die nötigen Aufwendungen für Reinigungsmaterial und Reinigungsmittel senken und damit die Umweltbeeinträchtigungen mindern kann. Im Rahmen des aktuellen Projekts wurde eine solche Verfahrensweise entwickelt. Sie basiert auf einer neuartigen, multifunktionellen Software, die eine Beurteilung des Foulings und eine Verringerung der hierdurch verursachten Auswirkungen mit Computerhilfe gestattet. Außerdem konzentrierte man sich bei der Entwicklung dieser Methodik auf Möglichkeiten zur Leistungssteigerung durch konstruktive Maßnahmen. Dabei stellte sich heraus, dass in vielen Fällen - wie z.B. beim Fouling in Wasser - Materialien mit höherer Oberflächengüte weniger anfällig für Fouling waren, eine geringeren Oberflächenadhäsion aufwiesen und durch ihre höhere Korrosionsbeständigkeit den Durchsatz beträchtlich steigern konnten. Zur Verfahrensweise gehörte nicht nur eine Untersuchung von verbesserten Materialien, sondern auch ein Fluidmodell, mit dem sich sowohl das rheologische Verhalten als auch die Fouling-Anfälligkeit beschreiben lassen, sowie verschiedene geometrische Konfigurationen für die Konstruktion von Wärmetauschern, die weniger anfällig für Fouling sind. Schon jetzt hat die Verfahrensweise insgesamt zu einer Steigerung des Durchsatzes um 10% bei gleichzeitiger Senkung des Energieverbrauchs sowie der eingesetzten Mengen an Wasser und Reinigungsmitteln geführt. Gleichwohl setzen die an diesem Projekt beteiligten Konsortien ihre Forschungs- und Entwicklungsarbeit fort.

Development of fouling mitigation methodology at the heat exchanger design stage

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