3D-gedruckte strukturierte Packungen – Analyse des Einflusses des Fertigungsprozesses auf Benetzungsverhalten und den Stofftransport durch Oberflächenveränderung und Anisotropie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Grützner; Professor Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533252297

In der Verfahrenstechnik wird ein Großteil der Energie für thermische Trennverfahren, insbesondere für die Rektifikation und die Desorption in Kolonnen, aufgewendet. Hier bieten strukturierte Packungen bereits gute Trennleistungen bei geringem Druckverlust. Allerdings birgt gerade die Rektifikation ein hohes Potential für Ressourceneinsparung durch Verbesserungen von strukturierten Packungen. Die konventionelle Herstellung von strukturierten Packungen aus Metallblech mittels Stanzen und Biegen limitiert aber eine Weiterentwicklung hin zu noch effizienteren Designs. Durch die aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der additiven Fertigung lassen sich diese Hemmnisse im Fertigungsprozess der etablierten Herstellungsmethoden jedoch teilweise überwinden. Dazu gehören vor allem neue Möglichkeiten in der Freiheit im Design von Werkstücken. Eine offene Fragestellung dabei ist, inwieweit Parameter wie beispielsweise die Orientierung des Werkstückes zur Achse des Druckers die Beschaffenheit und damit auch die Eigenschaften während des Einsatzes des Werkstückes beeinflussen. In diesem Projekt wird der fundamentalen Fragestellung nachgegangen, wie die Orientierung im Druckraum beim 3D-Druck von strukturierten Packungen die Trennleistung beeinflusst. In Voruntersuchungen wurde gezeigt, dass sich sowohl die Flüssigkeitsverteilung als auch der HETP-Wert verändern, wenn die Orientierung während des Druckvorgangs variiert wird. In diesem Projekt sollen zwei Ansätze verfolgt werden, um ein Verständnis der beobachteten Phänomene zu generieren: Zum einen werden systematische, experimentelle Untersuchungen zu Oberflächenbeschaffenheit, Kontaktwinkel, Flüssigkeitsverteilung und Trennleistung durchgeführt, um einzelne Phänomene zu beleuchten. Speziell wird auch der Einfluss einer Verteilung von Kontaktwinkeln, welche im Gegensatz zu traditionell aus Blech gefertigten Packungen durch eine durch den Druckprozess entstehende Anisotropie hervorgerufen wird, untersucht. Zum anderen werden numerische Strömungssimulationen durchgeführt, um den Einfluss der Oberflächenstruktur auf das Strömungsregime zu charakterisieren und daraus Verständnis zu generieren, wie in Zukunft eine mögliche Manipulation der Oberfläche für eine Verbesserung der Trennleistung eingesetzt werden könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen