Numerische Simulation mechanisch/extraktiver Trennprozesse in dreidimensionalen technischen Systemen. Neue Methoden zur Berechnung der mechanischen Trennung mehrphasiger grobdisperser Suspensionen.

Der selbstentleerende Milcheseparator gehört zu den teilkontinuierlich arbeitenden Zentrifugen (max. Trennleistung 25.000l/h). Er dient zur Entrahmung, Reinigung und Standardisierung von Milch und zur Reinigung und Entrahmung von Molke.

Das Strömungsgebiet wurde zur Berechnung in 12 Segmente zu jew. 30° mit periodischen Rändern aufgeteilt. Bei einer Drehzahl von 3200 U/min und einem Gesamtmassedurchsatz von 1,4 kg/s ergab sich die angezeigte Verteilung der Radialgeschwindigkeit.

In zahlreichen technischen Anlagen ist die Aufgabe zu lösen, Gemische mit mehreren Komponenten, in der Regel in flüssiger sowie fester Form, voneinander zu trennen. Typische verfahrenstechnische Anwendungsgebiete sind die Trennung von Flüssigkeitsgemischen (z.B. Emulsionen), die flüssig-flüssig-Extraktion, die Reinigung und Klärung von Flüssigkeiten, die Nassklassierung, die Konzentration von Schlämmen, die fest-flüssig-Extraktion sowie die Entwässerung amorpher oder kristalliner Stoffe.

Legende zu Abb. 1 - selbstentleerender Milchseparator: 1 - Zulauf, 2 - Rahmablauf, 3 - Magermilchablauf, 4 - Greifer für Magermilch, 5 - Greifer für Rahm, 6 - Teller, 7 - Soft-Stream-Einlauf, 8 - Feststoffraum, 9 - Feststoff-Austrittsspalt, 10 - Kolbenschieber, 11 - Kolbenventil, 12 - Feststoffablauf, 13 - Öffnungskammer, 14 - Schließkammer Das Wirkprinzip dieser Anlagen basiert in der Regel auf der Nutzung der Zentrifugal- und Gravitationskräfte, darüberhinaus sind aber auch magnetische und elektrische Kräfte nutzbar. Wichtige Vertreter aus der Vielzahl der entwickelten Zentrifugen sind die Separatoren und die Dekanter. Die messtechnische Erschließung der Strömungsphysik dieser schnell rotierenden Systeme erwies sich über Jahre als nahezu unmöglich. Ziel des aktuell begonnenen Forschungsprojektes ist deshalb die Untersuchung der komplexen dreidimensionalen Trennvorgänge in Zentrifugen mit numerischen Methoden. Vorhandene numerische Modelle für Mehrphasensysteme werden auf ihre Eignung zur Berechnung der Trennvorgänge untersucht, bewertet und evtl. erweitert. Ggf. werden eigene Modelle neu entwickelt und als Programmodule in vorhandene CFD-Lösungen eingebettet. Zur Untersuchung des homogenen Trägerfluides wurden vereinfachte Separatorgeometrien konstruiert. Es wurden strukturierte Rechengitter generiert und Strömungsberechnungen bei unterschiedlichen Drehzahlen sowie Massenströmen durchgeführt. Diese zeigten gute Übereinstimmung der Strömungsgeschwindigkeiten mit den theoretisch abgeleiteten Vergleichswerten. Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Erarbeitung vereinfachter Modelle für das Tellerpaket. Mögliche Ansatzpunkte sind hier z.B. die Segmentierung des Paketes in Teilpakete, die Formulierung quasistationärer Randbedingungen oder die Definition eines Vergleichskörpers mit äquivalentem Durchflusswiderstand.