Reinigungsmechanismen immergierter Systeme
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Rohmilch Foulingschicht
Bei der Reinigung von Prozessanlagen liegt häufig ein immergiertes System vor. Der Reinigungsvorgang ist hierbei ein komplexes Zusammenwirken von Grenzflächeninteraktionen, Stoffübergang, Wärmeübergang, fluidischen Kräften sowie chemischen Reaktionen, welche bis zum heutigen Zeitpunkt nicht vollständig verstanden ist. Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, grundlegende Erkenntnisse über die Wirkzusammenhänge bei der Reinigung immergierter Systeme zu erzielen. Als repräsentatives Stoffsystem soll Molkeprotein in Form von WPI-Gel verwendet werden. Das Forschungsvorhaben gliedert sich in drei Projektteile. Im ersten Projektteil sollen anhand von Charakterisierungsmethoden alle reinigungsrelevanten Materialeigenschaften und deren Änderung in Abhängigkeit von der Reinigungsmitteltemperatur und -konzentration bestimmt werden (viskoelastische Festigkeits¬kennwerte, Diffusionskoeffizienten, Oberflächentopografie, Adhäsions- und Kohäsionskräfte). Diese Materialparameter dienen im zweiten Projektteil als Datenbasis für die Erstellung eines kontinuumsmechanischen FEM-Modells der Verschmutzungsschicht. Dieses wird mit der fluiden Phase zu einem Fluid-Struktur-Interaktion-Modell (FSI-Modell) gekoppelt, so dass mit Hilfe von numerischen Simulationen der Reinigungsprozess nachgebildet werden kann. Um das FSI-Modell zu validieren und weiterzuentwickeln, werden im dritten Projektteil Reinigungsversuche mit zwei etablierten Methoden (Fluid Dynamic Gauging (FDG), Local Phosphorescence Detection (LPD)) durchgeführt. Die FDG-Methode ermöglicht hierbei die Auflösung der drei Phasen eines Reingungsprozesses, Quell-, Plateau- und Abklingphase. In Kombination mit einem Partikelgrößenmessgerät kann die Größe der abgetragenen Partikel ermittelt werden. Mithilfe der LPD-Methode ist es möglich, lokal die Reinigungszeit in verschiedenen Strömungsgeometrien unter laminaren und turbulenten Strömungsbedingungen zu bestimmen. Durch Korrelation der spezifischen Leuchtintensität der Verschmutzungsschichten mit deren Schichtdicke sollen neben der Reinigungszeit auch die Abtragungsrate sowie die zeitliche Änderung der Schichtdicke gemessen werden. Die Modellierung wird entsprechend weiter entwickelt und basierend auf diesem FSI-Modell kann eine zielgerichtete, systemspezifische Reinigungsstrategie entworfen und validiert werden. Weiterhin steht dann ein etablierter methodischer Ansatz aus Experiment und Simulation zur Verfügung, der auf beliebige Verschmutzungssysteme ähnlicher stofflicher Konsistenz angewendet werden kann.
Projektfinanzierung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326771530
Projektlaufzeit: 12.2017 – 12.2019
Projektbearbeitung und Kontakt:
Projektleitung: Prof. Majschak
Projektmitarbeiter: Manuel Helbig
![Porträt Manuel Helbig](https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/int/ressourcen/bilder/verarbeitungstechnik/team/Portrait_Manuel_Helbig-Urheber-Nils-Eisfeld.jpeg/@@images/bcaf0935-851f-4556-8eef-4fe02b8967fc.jpeg)
Reinigungstechnologien
NameDipl.-Ing. Manuel Helbig
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).
Kooperationspartner:
Technische Universität Braunschweig, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Festkörpermechanik