ISBN 9783843913164

978-3-8439-1316-4, Reihe Verfahrenstechnik

Jörg Hillmann
Analyse des Wärmeübergangs in kurzen an den Wänden geschabten Apparaten

135 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit behandelt den Wärmetransport in Behältnissen mit wandschabenden Rührelementen, sogenannten Kratzkühlern (SSHE). Zum einen finden sie Anwendung als Wärmetauscher und zum anderen als Reaktoren zur Behandlung von Systemen mit Feststoffbildungen. Wegen der radialen Durchmischung innerhalb des Apparates wird ein guter Wärmetransport gewährleistet. Zudem findet über den Wandkontakt der Rührelemente eine periodische Oberflächenerneuerung an der prozessseitigen Wärmetauscherfläche statt. Unmittelbar an der Wärmetauscherfläche gebildeter Feststoff, der einen erheblichen Widerstand für den Energietransport darstellt, kann entfernt werden. In rein flüssigen Systemen ohne Phasenübergänge bildet sich eine thermische Grenzschicht an der Wärmetauscherfläche aus, welche ebenfalls einen negativen Effekt auf den Wärmetransport hat. Durch den periodischen Einfluss der Oberflächenerneuerung wird diese Grenzschicht ebenfalls in Intervallen mechanisch abgetragen, wodurch der Wärmetransport zusätzlich zum Effekt der radialen Vermischung verbessert werden kann. Es wird der Einfluss verschiedener praxisrelevanter Betriebsparameter auf die Rückvermischung und der negative Effekt dieser auf den resultierenden Wärmetransport in einem SSHE mit einem L/D-Verhältnis von 2/1 bzw. 1/1 anhand eines Abkühlvorgangs untersucht. Beim Batch-Betrieb der Anlage findet eine Entkopplung des Energietransports vom axialen Strömungsprofil statt, wodurch der Wärmeübergang ohne konvektive Einträge ermittelt wird. Betrachtet wird die Abhängigkeit des prozessseitigen Wärmeübergangs von der Rotordrehzahl, dem Massenstrom und der Viskosität des Prozessmediums. Es werden verschiedene apparative Ausführungen von Schabergeometrien miteinander verglichen und bewertet. Des Weiteren wird die Effektivität der Wandgängigkeit der Rührelemente für den Wärmetransport über eine Fahrweise ohne Wandkontakt zur Wärmetauscherfläche dargelegt. Mit parallel durchgeführten Strömungssimulationen werden die getroffenen Annahmen und Erkenntnisse überprüft bzw. untermauert.