Grundlegende Mechanismen der Koaleszenzfiltration mit besonderem Fokus auf den Einfluss erhöhter Temperatur und reduzierter Strömungsgeschwindigkeit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Achim Dittler
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553958833

Koaleszenzfilter sind etablierte Elemente der Filtrationstechnik, die zur Tröpfchenabscheidung verwendet werden. Die dabei wirkenden Mechanismen und deren Abhängigkeit von Betriebsparametern, Materialparametern und weiteren Faktoren, wie bspw. der geometrischen Anordnung der Filterelemente, führen zu komplexen Zusammenhängen, die bei der Auslegung eines Koaleszenzfilters hinsichtlich Gesamtabscheidegrad und Druckverlust zu berücksichtigen sind. Der Energieverbrauch gewinnt vor dem Hintergrund der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit zunehmend an Bedeutung. In der Koaleszenzfiltration kann der Energieverbrauch durch Reduktion des Druckverlusts und somit durch Reduktion der Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden. Darüber hinaus sind in der Literatur nur wenige Angaben zu den Auswirkungen erhöhter Temperaturen, wie diese im realen Filterbetrieb vorliegen, zu finden. Insbesondere konnten jedoch die existierenden Erkenntnisse bei erhöhten Temperaturen nicht mit den Ergebnissen eigener Voruntersuchungen in Einklang gebracht werden. Dies zeigt, dass es immer noch ein fehlendes Grundverständnis über die Auswirkungen von Medien- und Betriebsparametern auf grundlegende Mechanismen in der Koaleszenzfiltration gibt. Aufgrund dessen soll im Rahmen dieses Vorhabens durch schrittweise Erhöhung der Betrachtungsebene von Einzelfasern über Wirrfasern hin zu Vollfiltern der Einfluss erhöhter Temperatur und reduzierter Strömungsgeschwindigkeit auf die Filtereigenschaften (Differenzdruck, Sättigungsverhalten, Abscheideeffizienz) grundlegend untersucht werden. Für die Versuchsreihen sollen zwei bestehende Versuchsanlagen aus dem umfangreichen Vorversuch und dem aktuellen DFG-Projekt in modifizierter Form weiter verwendet werden. Ziel dieses Vorhabens ist es, zunächst auf der Mikro- und Makroebene den Einfluss der Temperatur und Gasgeschwindigkeit auf das Transport-, Ablöseverhalten, die Koaleszenzkinetik und die Flüssigkeitsdrainage sowie die lokale Sättigung zeitlich und räumlich hochaufgelöst zu bestimmen. Hierzu wird Öl auf den Filtermedien einerseits durch definierte Zugabe von Flüssigkeitsmengen im Nanoliterbereich sowie andererseits der Nebelabscheidung appliziert. In einem nächsten Schritt werden Untersuchungen auf reale Vollfilter ausgeweitet. Anhand der gewonnen Erkenntnisse auf unterschiedlichen Strukturebenen sollen der Druckverlust, Abscheidegrad aber auch lokale Sättigungen und die Drainage bei der Ölnebelfiltration unter besonderer Berücksichtigung reduzierter Strömungsgeschwindigkeit bei Betriebstemperatur ermittelt und grundlegende Vorgänge besser verstanden werden. Erkenntnisse über den Einfluss reduzierter Strömungsgeschwindigkeit und erhöhter Gasgeschwindigkeit können mit einem Verständnis über die grundlegenden Mechanismen zu einer energetisch günstigeren Anwendung von Koaleszenzfiltern führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen