Entrainment von Öltropfen an der Rückwand eines Faserfilters
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt zielte vor allem darauf ab, die tatsächlichen Mechanismen des strömungsbedingten Tropfenwiedereintrags unter typischen Bedingungen der Ölnebelfiltration (oleophile und oleophobe Filtermedien, Filtergeometrie, Öle, Aerosole, Beladungsraten, Strömungsverhältnisse) zu verstehen, sowie die Einflussgrößen auf das Entrainment zu ermitteln und zu quantifizieren. Während der ersten Antragsphase lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung und Adaption der notwendigen Messtechniken. Die zweite Phase war vor allem der Klärung der Mechanismen und der Parameterabhängigkeit der Raten gewidmet. Hierfür wurden zahlreiche systemspezifische Mess- und Beobachtungsmethoden entwickelt und in Kombination mit der Adaptierung bekannter Messtechniken eingesetzt. Allein 4 verschiedene Verfahren dienten der Abdeckung des relevanten Tropfengrößenbereichs zwischen ca. 0,1 und 2500 µm, wovon ein neu entwickeltes Online-Verfahren (die Lichtschnitt-Technik) in besonderem Maße zur Aufklärung zentraler Fragen verhalf. Wichtigste Ergebnisse der Messungen von Topfenspektren und Entrainmentraten waren, dass (a) alle untersuchten Medien und Filtermaterialien sehr ähnliche Spektren erzeugten, die sich lediglich in der Menge des Entrainments unterschieden. Die Abhängigkeit der Entrainmentrate von der Beladungsrate des Filters mit Öl und der Filtrationsgeschwindigkeit wurde mit diesen Verfahren in einem weiten Bereich quantifiziert. Diese Messungen lieferten weitere wertvolle Hinweise auf die Entstehungsmechanismen und ermöglichten die Interpretation von zuvor entwickelten Modellvorstellungen. Als besonders fruchtbar erwiesen sich die Beobachtung und (teilweise) Quantifizierung der Öltransportvorgänge an der Filterrückwand parallel zu den oben genannten Ratenmessungen. Auch für diese Untersuchungen wurden zahlreiche Methoden speziell entwickelt. Es wurden u.a. vermessen, die Tropfenbildungsrate und Drainagerate an oleophoben Medien; die Filmdicke und Filmgeschwindigkeit an oleophilen Medien; die Blasenbildungsrate und die Vorgänge beim Zerplatzen von Luftblasen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera als Funktion der Öleigenschaften und der Position am Filter. Eine dritte Säule der Untersuchungen waren Abschätzungen der für die Ablösung von Tropfen bzw. Bildung von Gasblasen erforderlichen Kräfte nach unterschiedlichen Mechanismen. Auch diese Abschätzungen und Rechnungen stützten sich auf mehrere Experimente an Surrogat-Systemen. Vor allem für die Blasenbildung wurden diverse Experimente an freien Flüssigkeitsoberflächen gemacht, da für so gut wie keine Literaturdaten zur Verfügung standen (z.B. für die Fragmentanzahl pro Blase, den Einfluss der Viskosität, etc.). Der Aufwand hierfür war ebenfalls beträchtlich. In Summe ergaben die Untersuchungen ein klares Bild von dem dominierenden Ablösemechanismus, nämlich dem Zerplatzen von Gasblasen im Drainageölfilm. Die Blasenbildung hängt in charakteristischer Weise ab von der Beladungsrate und der Durchströmungsgeschwindigkeit des Filters, aber auch von dessen Struktur. Die Einflüsse der Mikrostruktur auf Ölfilmdicke, Blasenbildungsrate und Entrainmentrate werden in Kooperation mit verschiedenen Partnern weiterhin untersucht, da sich im Detail viele interessante und weiterführende Fragen ergeben haben. Ebenso werden aktuell Minderungsstrategien auf Basis der Erkenntnisse mit industriellen Partnern entwickelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015) Bubbling vs. blow-off - On the relevant mechanism(s) of drop entrainment from oil mist filter media. Separation Purification Technol., 152, 70-79
Wurster, S., Meyer, J., Kolb, E. H., Kasper, G.
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(2015) Drop fragments generated by bursting air bubbles on oil mist filters. Aerosol Technology 2015, 15. - 17.06.2015, Tampere
Wurster, S., Meyer, J., Kasper, G.
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(2015) Entrainment of droplets from oil mist filters - Characteristics and relevant parameters. FILTECH 2015, 24. - 26.02.2015, Köln
Wurster, S., Meyer, J., Kasper, G.
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(2015) Entrainment rates and spectra of oil drops from the surface of mist filters. Aerosol Technology 2015, 15. - 17.06.2015, Tampere
Wurster, S., Meyer, J., Kasper, G.
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(2015) Measurement of oil entrainment rates and drop size spectra from coalescence filter media. Chem. Eng. Sci., 132, 72-80
Wurster, S., Kampa, D., Meyer, J., Müller, T., Mullins, B., Kasper, G.
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(2016) Drop entrainment from the surface of oil mist filters: mechanisms, kinetics, and drop spectra. FILTECH 2016, 11. - 13.10.2016, Köln
Wurster, S., Kolb, H.E., Meyer, J., Kasper, G.
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(2016) Tropfenwiedereintrag (Entrainment) an Ölnebelfiltern. Jahrestreffen der ProcessNet - Fachgruppen Adsorption und Gasreinigung, 17. - 18.02.2016, Duisburg
Wurster, S., Kolb, H.E., Meyer, J., Kasper, G.
