Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik

Abschlussarbeit: Untersuchung der Partikelabscheidung bei der Beladung senkrechter & längs angeströmter Einzelfasern mit Partikeln

Oberflächenfilter dienen zur Abscheidung von Partikeln aus strömenden Fluiden. Um den durch die Beladung ansteigenden Druckverlust und folglich den Energiebedarf zu senken und so einen kontinuierlichen Betrieb zu sichern, müssen Oberflächenfilter periodisch abgereinigt werden. In der technischen Anwendung geschieht dies meist pneumatisch durch Druckluftstöße oder Rückspülen, in Sonderfällen auch mechanisch durch Rütteln oder Klopfen. Die gängigen eingesetzten Oberflächenfilter vertragen hohe Druckverluste und eine kurzzeitige Störung der Strömungsführung bei der Regenerierung. Dies gilt jedoch nicht für alle vorgelagerten Verfahrensschritte eines technischen Prozesses. Es gibt Anwendungen, bei denen auch bei höherer Staubbeladung nur kleine Druckverluste tolerierbar sind und eine Änderung des Volumenstroms (u.U. bis zur Strömungsumkehr) nicht zulässig ist.

Für Anwendungsfälle, die nur einen geringen Druckverlust und keine Strömungsumkehr zulassen, z.B. Kamine mit Naturzug, wäre eine neue Form der Abreinigung für Oberflächenfiltern - die „magnetisch induzierte Abreinigung“ denkbar. Magnetisierbare Filterfasern, die als Kollektoren für nichtmagnetische Partikeln wirken, könnten durch Anlegen eines wechselnden Magnetfeldes in Schwingung versetzt werden und so die abgeschiedenen Partikeln abwerfen. Auf diese Weise sind keine mechanischen beweglichen Komponenten innerhalb des Filters notwendig, was den Einsatz des Systems bei erhöhten Temperaturen erheblich erleichtert. Die Fasern sollen dabei längs angeströmt werden um den Druckverlust so gering wie möglich zu halten. Die gegenüber einem senkrecht angeströmten Oberflächenfilter zu erwartende Verschlechterung der Abscheidung könnte über eine größere Faserlänge teilweise kompensiert werden.

Da noch keine Forschungsarbeiten zur Charakterisierung der Partikelmorphologie längs angeströmter Einzelfasern im Diffusionsbereich bekannt sind, soll dies im Rahmen dieser Abschlussarbeit erstmals erforscht werden.

Für einen definierten Ausgangszustand bei den Ablöseversuchen im Magnetfeld müssen einheitliche und reproduzierbare Partikelstrukturen an einer längs angeströmten Einzelfaser gebildet und charakterisiert werden. Durch verschiedene Betriebsparameter (Strömungsgeschwindigkeit, Partikelgröße, Art der Partikeln, Länge der Einzelfaser etc.) können unterschiedliche Partikelstrukturen erzeugt werden. Um auch die Menge der abgeschiedenen Partikeln validieren zu können, soll zudem der Einzelfaser-Abscheidegrad bestimmt werden. Da aus der Literatur viele Ergebnisse von senkrecht angeströmten Einzelfasern bekannt sind, soll zusätzlich zur längs angeströmten zeitgleich auch eine senkrecht angeströmte Einzelfaser mit Ruß bzw. Glaskugeln oder einem Mischaerosol (z.B. Ruß und Glaskugeln) beaufschlagt werden.

Der Einfluss einer Änderung der Parameter soll mittels diverser optischer Verfahren (Raster-Elektronen Mikroskop, Laser-Scanning Mikroskop, Lichtmikroskop) in Bezug auf die Verteilung von Ruß und Glaskugeln entlang der Faserachse, die Projektionsfläche sowie die Strukturgröße untersucht werden. Die Auswertung der Partikelstrukturen erfolgt in definierten Zeitabständen. Um den Einzelfaser-Abscheidegrad quantitativ zu erfassen, wird die abgeschiedene Masse der Partikeln auf der Einzelfaser für den gesamten Beladungszeitraum gravimetrisch bestimmt.

Die groben Arbeitsschritte sind wie folgt unterteilt und können nach Absprache und Fortschritt des Projekts angepasst werden:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Erstellung eines Arbeitsplans
  • Literaturrecherche
  • Erzeugung und Charakterisierung von Partikelstrukturen verschiedener Morphologie
  • Gravimetrische Bestimmung des Einzelfaser-Abscheidegrads

Was du für die Arbeit mitbringen solltest:

  • Interesse am Themengebiet und Spaß an theoretischer sowie praktischer Arbeit
  • Hohes Maß an Selbstständigkeit
  • Zielorientiertes Arbeiten und Flexibilität

Wenn du Interesse an der Arbeit oder Fragen zum Thema hast, kannst du mir gerne eine Mail schreiben, anrufen und/oder zu einem Termin vorbeischauen.