Strukturierte Packungen finden in industriellen Prozessen Anwendung in Trennkolonnen zur Zerlegung von Stoffgemischen. Die Fertigungsprozesse sind dabei so gestaltet, dass insbesondere strukturierte Packungen für Kolonnen mit mehreren Metern Durchmesser hergestellt werden können.
Sollen hingegen Packungen im Labormaßstab oder für Pilot-Anlagen mit Durchmessern kleiner 200 mm hergestellt werden, besteht die Schwierigkeit darin, dass die Fertigung in kleinen Dimensionen meistens nur manuell durchgeführt werden kann und der dadurch entstehende Aufwand in keinem sinnvollen Verhältnis zu den Materialkosten steht. Darüber hinaus treten für konventionelle Packungsstrukturen bei geringen Kolonnendurchmessern Effekte wie Randgängigkeit und Wärmeverluste überproportional stark auf. Auch der Einsatz von Laborfüllkörpern mit geringen Nenngrößen bietet hier keine zufriedenstellende Lösung.
Durch die herkömmlichen Fertigungsprozesse ist die Standardgeometrie strukturierter Packungen größtenteils auf die schichtweise Anordnung gewellter Bleche beschränkt. Mit der immer weiter voranschreitenden Entwicklung in den Bereichen additive Fertigung und Rapid Prototyping soll im Rahmen dieses Forschungsvorhabens eine neuartige Packungsstruktur entwickelt werden. Dabei bietet der Einsatz additiver Fertigungsverfahren deutlich mehr Freiheiten bei der Gestaltung der Struktur.
Am Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik wurde eine Packungsstruktur auf Basis von Kristallgitterstrukturen entwickelt. Im Rahmen der Strukturentwicklung werden dabei Grenzen bezüglich der genutzten Fertigungsverfahren und des Einsatzzwecks berücksichtigt. Als Fertigungsverfahren werden Selektives Lasersintern und Stereolithographie eingesetzt. Des Weiteren werden CFD-Simulationen zur Vorhersage des Druckverlusts und des Fließverhaltens der Flüssigkeit innerhalb der Packungsstruktur durchgeführt.
Für den Einsatz in einer Versuchsanlage zur Rektifikation mit dem Stoffsystem Cyclohexan / n-Heptan wurden erste vielversprechende Packungsstrukturen additiv gefertigt. Erste Versuchsergebnisse zeigen, dass die Trennleistung dieser Prototypen bereits in derselben Größenordnung wie die von konventionellen Packungen mit vergleichbarer geometrischer Oberfläche liegen. In fortlaufenden Arbeiten werden der Einfluss der Geometrieparameter auf die Trennleistung sowie weitere neuartige Strukturen untersucht.
Stucke, D.; Ashour, M. A.; Neukäufer, J.; Rausch, N.; Klein, H.; Rehfeldt, S.; Hallmann, H.; Paschold, J.; Knösche, C.; Zimmermann, M.; Grützner, T.: Reduktion von Wärmeverlusten in Labordestillationskolonnen und die Auswirkungen auf das Scale-Up. Jahrestreffen der DECHEMA/VDI-Fachgruppe Fluidverfahrenstechnik, 2024 mehr…
2023
Rausch, N.; Neukäufer, J.; Ashour, M. A.; Grützner, T.; Meinicke, S.; Knösche, C.; Paschold, J.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Simulation of the liquid flow distribution in laboratory-scale additively manufactured structured packings. Chemical Engineering Research and Design 196, 2023, 28-39 mehr…
Sarajlic, N.; Neukäufer, J.; Ashour, M. A.; Grützner, T.; Meinicke, S.; Knösche, C.; Paschold, J.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Auf dem Weg zum effizienteren Scale-Up: Innovative Laborpackungen durch CFD-Simulationen und additive Fertigung. Jahrestreffen der DECHEMA-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Adsorption, 2023 mehr…
2022
Ashour, M. A.; Neukäufer, J.; Sarajlic, N.; Klein, H.; Rehfeldt, S.; Paschold, J.; Knösche, C.; Grützner, T.: Flexible 3D‐Printed Test Rig for Liquid Distribution Characterization of Laboratory‐Scale Packings. Chemie Ingenieur Technik, 2022 mehr…
Neukäufer, J.; Ashour, M. A.; Sarajlic, N.; Klein, H.; Rehfeldt, S.; Paschold, J.; Knösche, C.; Grützner, T.: Development of flexible, miniaturized test columns for scale-up of distillation processes using 3D-printing. 12th international conference on Distillation & Absorption (D&A), 2022 mehr…
Neukäufer, J.; Sarajlic, N; Klein, H.; Rehfeldt, S.; Paschold, J.; Knösche, C.; Ashour, M. A.; Grützner, T.: Entwicklung miniaturisierter Packungskolonnen zum Scale-up von Rektifikationsprozessen mittels 3D-Druck. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Hochdruckverfahrenstechnik, 2022 mehr…
Sarajlic, N.; Neukäufer, J.; Ashour, M. A.; Grützner, T.; Paschold, J.; Knösche, C.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: CFD Simulation and Additive Manufacturing as a Combined Tool for the Development of Innovative Structured Packings on a Laboratory Scale. 12th international conference on Distillation & Absorption (D&A), 2022 mehr…
Sarajlic, N.; Stadler, M.; Ashour, M. A.; Neukäufer, J.; Grützner, T.; Paschold, J.; Knösche, C.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Untersuchung der Flüssigkeitsverteilung in additiv gefertigten strukturierten Laborpackungen. Chemie Ingenieur Technik, 2022 mehr…
Sarajlic, N.; Stadler, M.; Neukäufer, J.; Grützner, T.; Paschold, J.; Knösche, C.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Additiv gefertigter Teststand zur Untersuchung der Flüssigkeitsverteilung in Stoffaustauschpackungen im Labormaßstab. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Hochdruckverfahrenstechnik, 2022 mehr…
2021
Neukäufer, J.; Sarajlic, N.; Klein, H.; Rehfeldt, S.; Hallmann, H.; Knösche, C.; Grützner, T.: Flexible distillation test rig on a laboratory scale for characterization of additively manufactured packings. AIChE Journal, 2021 mehr…
Neukäufer, J.; Sarajlic, N.; Klein, H.; Rehfeldt, S.; Knösche, C.; Paschold, J.; Grützner, T.: Optimization of 3D-printed packings: In search of the perfect lab scale distillation column. 13th European Congress of Chemical Engineering and 6th European Congress of Applied Biotechnology, 2021 mehr…
Sarajlic, N.; Neukäufer, J.; Grützner, T.; Knösche, C.; Paschold, J.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Entwicklung neuartiger Packungsstrukturen im Labormaßstab mittels CFD-Simulation und additiver Fertigung. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Wärme- und Stoffübertragung , 2021 mehr…
