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:
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).
Losher, T.; Klein, H.; Rehfeldt, S.: Modeling the Condensation Heat Transfer on Horizontal Low‐Finned Tubes. Chemie Ingenieur Technik, 2024 mehr…
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…
