Benetzung und Fouling auf polymeren Oberflächen bei der Fallfilmwärmeübertragung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Jörg Bart
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 175166909

Im laufenden Projekt konnten Polymeroberflächen hinsichtlich Ihrer Benetzungseigenschaften beurteilt werden. Die Einflüsse von Oberflächenrauheit und Behandlungsverfahren (Plasma/Corona) wurden quantifiziert und dienen zur Abschätzung des industriellen Einsatzpotentials. Die beobachteten positiven Benetzungseigenschaften mit ionischen Fluiden (IF) geben Anreiz für weitere Studien aufgrund des großen Anwendungspotentials zur Prozessintensivierung bei Absorptionskältemaschinen mit alternativen Arbeitspaaren (IF/Wasser statt LiBr/Wasser). Durch die bessere Benetzbarkeit der Polymeroberflächen wird eine Wärmetransport¬intensivierung durch Ausbildung stabiler, dünner Fallfilme der hochviskosen Fluide erwartet. Die Skalierung von Kontaktwinkelmessungen auf die Fallfilmbenetzbarkeit konnte auch für polymere Oberflächen erfolgreich vollzogen werden. Hierzu wurden Korrelationen für den auslegungsrelevanten Netzpunkt von Fallfilmen auf ebenen Platten auf die Polymeroberflächen übertragen. Die vermutete geringe Neigung zur Verschmutzung konnte für die Polymeroberflächen und die CaSO4-Modellsalzlösung im Vergleich zu Edelstahl nicht nur bestätigt sondern auch quantitativ bestimmt werden. Diese stehen in Relation zur Oberflächenenergie sowie der Haftkraft des Belages. Aus dem laufenden Projekt erschloss sich daher weiterer Klärungsbedarf ob die geringe Verschmutzungsneigung der Polymeroberflächen auch für das Kristallisationsfouling realer Mischsalzlösungen gültig ist. Eine schrittweise Erschließung der komplexen Mechanismen der Belagbildungseigenschaften solcher Mischsalzlösungen ist auch von industriellem Interesse und soll im beantragten Forschungszeitraum untersucht werden. Die erreichten positiven Veränderungen der Benetzungseigenschaften der Polymere durch die Konditionierung konnten durch molekulardynamische Simulationen auf Konformations-änderungen zurückgeführt werden. Exemplarisch wurde gezeigt, dass die mesoskaligen DPD-Simulationen genutzt werden können um Detailvorgänge bei der Konditionierung besser zu verstehen. Die muss allerdings in der geplanten Verlängerungsphase (bisher wurde nur der Wassereinfluss berechnet) exemplarisch mit einem anders gearteten (z.B. organischen) Lösungsmittel (z.B. Isopropanol) bestätigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen