Zur Prozessmodellierung und -simulation von dynamischen Partikel/Gas-Abscheideprozessen

Von:

Sören Sander

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Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des dynamischen Ablöseverhaltens von Partikeln aus einer Partikelschicht auf die Abscheideeffizienz eines Abscheideprozesses am Beispiel eines Elektroabscheiders. Damit einhergehend wurde die Frage beantwortet, wie das dynamische Verhalten eines Partikel- Abscheideprozesses in einer Fließschemasimulation unter Berücksichtigung des Redispergierverhalten der Partikelschichten abgebildet werden kann. Hierfür wurden Ergebnisse aus Experimenten an einem Labor-Elektroabscheider mit den Ergebnissen aus CFD-Simulationen verknüpft, um einerseits Parameter zur Modellierung des Prozesses in einem Fließschemamodell zu ermitteln und andererseits Validierungsdaten für dieses zu generieren. Dabei wurden als Einflussgrößen das Strömungsbild im Abscheider, die Schichtbildung, ihre Höhenausprägung und ihre Porosität untersucht. Es zeigt sich, dass Redispersion von Partikeln insbesondere im Größenbereich von 3 µm bis 25 µm auftreten. Der Effekt tritt besonders während des Anfahrens des Abscheiders bei unbelegter Wand auf. Die Schicht, welche sich im Prozess bildet, dämpft Stöße ab bzw. weist höhere Bindungskräfte der an der Oberfläche behafteten Partikeln auf, welche die Partikelredispersion hemmen. Die Ergebnisse der Fließschemasimulation zeigen, dass Reinstoffe wie natürliche und metallische Oxide im Prozess zu einer deutlich höheren Redispersion neigen, als gemischte Materialien. So ergibt sich auch für reale Abscheider eine höhere Abscheiderate bei Einbringung von Additivstoffen, wie z.B. Schwefel. Darüber hinaus lässt sich das dynamische Abscheideverhalten eines Abscheideprozesses simulieren, wodurch Anlagen nicht ausschließlich auf Betriebspunkte, sondern auf Lastgänge ausgelegt werden können. Das hier vorgestellte validierte, prädiktive Prozessmodell erlaubt die Abbildung des vollständigen zeitdynamischen Verlaufs des Abscheidevorganges in elektrostatischen Feldern und damit die Einbindung in eine integrale dynamische Prozesssimulationsumgebung für gekoppelte verfahrenstechnische Anlagen und Prozesse.