Fallfilmverdampfung von Reinstoffen bei hohen Prandtl-Zahlen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Projekt wurden die Datenbasis für die Entwicklung von Modellgleichungen für die Auslegung von Fallfilmen erweitert und relevante Einflussgrößen identifiziert. Hierzu wurde ein scale-up fähiger Einrohr-Fallfilmverdampfer aufgebaut und Messungen mit Wasser, Cyclohexanol und Propylenglykol bei verschiedenen Siedetemperaturen durchgeführt. Für das Versuchsmedium Wasser konnte gezeigt werden, dass die Messergebnisse für eine Verdampfungstemperatur von 100° (Pr = 1,7) in zufr iedenstellendem Maße mit den Standardkorrelationen nach VDI Wärmeatlas [4] übereinstimmen. Für eine Verdampfungstemperatur von 60° (Pr = 3) konnte für niedrige Reynold s-Zahlen ebenfalls eine gute Übereinstimmung gezeigt werden. Bei ansteigenden Reynolds-Zahlen war jedoch ein stärkerer Anstieg des Wärmeüberganges zu beobachten, als dies nach den Berechnungen zu erwarten war. Für erhöhte Prandtl-Zahlen, realisiert durch die Verwendung von Cyclohexanol und Propylenglykol als Reinstoffe, wurde deutlich, dass die Standardkorrelationen nach VDI [4] keine zutreffende Auslegung der Fallfilmverdampfer erlauben, da der Wärmeübergang sehr deutlich überschätzt wird. Im Vergleich mit Korrelationen von Weise [2] und Alhusseini [3] wurde offensichtlich, dass für die Entwicklung von allgemeingültigen Modellvorstellungen die Geometrie des Fallfilmverdampfers sowie die Einlaufbedingungen eine größere Rolle spielen als bisher vermutet. Diese Größen scheinen insbesondere einen Einfluss auf die Ausprägung des Überganges vom laminar-welligen Bereich zum turbulenten Bereich zu haben. Dies konnte durch den Einsatz eines Turmwehres als Einlauf gezeigt werden. Diese Zusammenhänge scheinen insbesondere bei Medien mit hohen Prandtl-Zahlen relevant zu werden und sind bisher nicht hinreichend aufgeklärt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Fluiddynamische Untersuchung viskoser Flüssigkeiten in Fallfilmverdampfern, Vortrag Jahrestreffen des Process-Net Fachausschusses Wärme- und Stoffübertragung, 25.-26. Februar 2008, Magdeburg
S. Arndt, S. Scholl
- Evaporation of pure liquids at high Prandtl numbers in a scale-up capable falling film evaporator. International Heat Transfer Conference IHTC14, August 8 - 13, 2010, Washington, DC, USA
S. Arndt, S. Scholl
- Falling film evaporation of pure liquids at high Prandtl numbers. Vortrag auf 7th European Congress of Chemical Engineering ECCE-7, 28.8. - 1.9.2010, Prag, CZ
S. Arndt, S. Scholl
- Verdampfung viskoser Reinstoffe in einem scale-up fähigen Fallfilmverdampfer, Vortrag Jahrestreffen der Process-Net Fachausschüsse Computational Fluid Dynamics und Wärme- und Stoffübertragung, 08.-10. März 2010, Hamburg
S. Arndt, S. Scholl
