InnovA4Mix - Energieeffiziente innovative Wärmeübertrager

Beschreibung

Wärmeübertrager werden in vielen industriellen Prozessen, wie etwa bei der Stoff­trennung mit Hilfe von Bodenkolonnen oder Packungskolonnen, verwendet. Auf Grund ihres häufigen Einsatzes bie­ten sie großes Potential Prozesse zu optimieren und dabei Energie einzusparen. Das kann beispielsweise durch die Verwendung neuer, innovativer Wärmeübertrager­bauformen realisiert werden. Neben der Verringerung von Energie- und Materialkosten ermöglicht der Einsatz innovativer Bauformen zudem eine betriebsstabile Übertragung von Wärme unter schwierigen Prozessbedingungen oder bei kleinen Temperaturdifferenzen. Hierdurch können neue Bereiche der Wärmeintegration erschlossen und durch eine optimierte Prozess­führung auch die Emission von Treibhausgasen durch industrielle Prozesse verringert werden.

Das Projekt „Steigerung der Energieeffizienz von Produktionsprozessen durch innovative Wärme­übertrager: Verdampfung und Kondensation von Gemischen“ (kurz: „Energieeffiziente innovative Wärmeübertrager“) baut auf dem Projekt !nnovA² auf. Im Vorgängerprojekt wurde die Kondensation von Reinstoffen und Stoff­gemischen an niedrig und eng berippten Rohren an der TU München untersucht und mit dem Stand der Technik, dem Glattrohr, verglichen. In Abhängig­keit des verwendeten Stoffsystems und Rohr­ma­terials kann der äußere Wärme­über­gangskoeffi­zient durch Ver­wendung ober­flächen­struktu­rierter Rohre bis um das Achtfache im Vergleich zum Glattrohr ge­steigert werden. [1, 2]

Um eine verlässliche Auslegung neuer, innovativer Wärme­über­trager­bauformen für industrielle Anwendungen gewährleisten zu können, ist eine breite Datenbasis erforderlich. Diese ist für die Kon­densation an niedrig und eng berippten Rohren noch nicht aus­reichend gegeben, wodurch der Markteintritt erheblich erschwert wird. Im Projekt „Energieeffiziente innovative Wärmeübertrager“ soll eine Dimensionierungsgrund­lage für Wärmeübertrager mit oberflächen­strukturierten Rohren geschaffen und damit deren Marktakzeptanz gesteigert werden. Hierfür wird das Kondensationsverhalten von Reinstoffen, Gemischen und von Reinstoffen unter Anwesenheit inerter Komponenten am Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik an zwei Anlagen im Technikums­maßstab experimentell unter­sucht. Aufbauend auf den dabei gewonnenen Daten sollen anschließend Modellierungs- und Aus­legungsmethoden aufgestellt und validiert werden. Hierdurch kann eine Etablierung von innovativen Wärmeüber­tragerbauformen in der Prozessindustrie ermöglicht werden.

[1] A. Büchner, A. Reif, S. Rehfeldt, H. Klein: Untersuchung der Kondensation von Reinstoffen an einem horizontalen berippten Rohrbündel. Chem. Ing. Tech. 2015, 87 (3), 270-279. doi 10.1002/cite.201400043

[2] A. Reif, A. Büchner, S. Rehfeldt, H. Klein: Äußerer Wärmeübergangskoeffizient bei der Konden­sation von Reinstoffen an einem horizontalen Rippenrohr. Chem. Ing. Tech. 2015, 87 (3), 260-269. doi 10.1002/cite.201400044

Projektpartner

Für eine bessere Vergleichbarkeit unterschiedlicher innovativer Apparatetechnologien bearbeitet die TU München das Forschungsvorhaben mit drei weiteren Forschungsstellen als Verbundprojekt.

Die Universität Kassel betrachtet dabei den Verdampfungsvorgang an ober­flächen­strukturierten Rohren. An der TU Braunschweig und der Universität Paderborn wird das Verdampfungs- bzw. Kondensationsverhalten an Kissen­platten-Wärme­übertragern unter­sucht.

Zudem bedanken wir uns für die Unterstützung durch Partner aus der Industrie:

Förderung

Das Forschungsvorhaben „Energieeffiziente innovative Wärme­über­trager“ der Forschungsvereinigung For­schungs-Gesellschaft Verfahrens-Tech­nik e.V wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschafts­forschung (IGF) vom Bundesministe­rium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deut­schen Bundesta­ges gefördert (IGF-Nr. 20755 N/2).

Veröffentlichungen

2024

  • Losher, T.; Schlecker, S.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Experimental investigation of the impact of non-condensing gas on the condensation of n-propanol on a low-finned tube. Applied Thermal Engineering, 2024, 122775 mehr…

2023

  • Losher, T.; Deeb, M.; Lu, Y.; Margraf, H.; Jasch, K.; Lutters, N.; Rehfeldt, S.; Kenig, E.; Klein, H.; Luke, A.; Scholl, S.: Steigerung der Energieeffizienz von Produktionsprozessen durch innovative Wärmeübertrager: Verdampfung und Kondensation von Gemischen. Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V. (GVT); AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.; Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, 2023, mehr…
  • Losher, T.; Klein H.; Rehfeldt S.: Untersuchung der Kondensation von Lösungsmitteln und deren Gemischen an horizontalen Rippenrohren. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Computational Fluid Dynamics und Wärme- und Stoffübertragung, 2023 mehr…

2022

  • Losher, T.; Klein H.; Rehfeldt S.: Heat Transfer during the Condensation of Pure Substances and Binary Mixtures on Horizontal Tubes. ACHEMA 2022, 2022 mehr…
  • Losher, T.; Klein H.; Rehfeldt S.: Investigation of the condensation heat transfer of pure substances and binary mixtures on horizontal tubes. Annual Meeting on Reaction Engineering and ProcessNet Subject Division Heat and Mass Transfer 2022, 2022 mehr…

2021

  • Losher, T.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Untersuchung des Wärmeübergangs bei der Kondensation an horizontalen oberflächenstrukturierten Rohren. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Wärme- und Stoffübertragung, 2021 mehr…
  • Losher, T.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Investigation of the heat transfer during condensation on a single horizontal low-finned tube. ACHEMA Pulse, 2021 mehr…

2020

  • Losher, T.; Kleiner, T.; Hill, S.; Sarajlic, N.; Rehfeldt, S.; Klein, H.: Comparison of the Generalized Species Transfer Model with a Two‐Field Approach for Interfacial Mass Transfer. Chemical Engineering & Technology 43 (12), 2020 mehr…