Trocknung von flächigen Geweben und Filmen (Plastik, Papier, Druck, ...)

Konstruktionsdetail des Abluftschachtes im Trockner.In Unternehmen, die sich mit der Herstellung von Druck, Plastik, Papier und Ähnlichem beschäftigt, ist die Produktionsgeschwindigkeit bzw. Produktionsmenge oft limitiert durch Trocknungsprozesse entweder der Bahn oder des Filmes selbst oder aber der Trockung verschiedenster Beschichtungen (von Druck bis hin zu vollflächigen Beschichtungen). Obwohl entsprechende Trockner in diesen Industrien schon sehr lange verwendet werden, sehen wir im Engineering oft nur sehr simple Volumenstrom- und Temperatur-Optimierungen obwohl moderne CAE und CFD Methoden viel weitergehende Optimierungen erlauben.

Dementsprechend gibt es ein großes Potential in der Optimierung dieser Trocknungsprozesse in der Maximierung der Sättigung der Abfluft. Mit dem geringstmöglichen Volumenstrom und Heizbedarf soll möglichst viel Lösungsmittel bzw. Wasser transportiert werden. Für Ingenieure ist es oft sehr schwer ihre Trockner ohne Visualisierung des Flusses der Gasphase zu entwerfen. Und selbst wenn die verwendete CAD Software so eine Visualisierung erlaubt, ist es noch immer unklar wo Verdunstung - oder abhängig vom Prozess, Kondensation - stattfindet.

Unser CFD Solver für Phasenübergänge (mollierSolver) kann genau das. Wir berechnen Verdampfungs- und Kondensationsprozess für beliebige Substanzen (Lösungsmittel, Wasser, ...) für bewegte Geometrieen unter voller Berücksichtigung von thermischen Effekten (conjugate heat transfer: ein verdampfendes Lösungsmittel kühlt die entsprechende Oberfläche, ganz so wie wenn man einen benetzten Finger in die Luft hält).

In einem Projekt mit einem führenden Unternehmen in der Druckindustrie, haben wir nach Möglichkeiten gesucht, den Druckprozess zu beschleunigen. Zusammen mit dem leitenden Ingenieur und Mitarbeitern aus der Qualitätskontrolle haben wir den Trockner untersucht um ein gründliches Verständnis für dessen Funktionsweise zu gewinnen. Mit zunehmender Produktionsgeschwindigkeit kommt für jeden Trockner der Punkt an dem seine Trocknungskapazität überschritten wirde. In diesem Fall war dieser Punkt erreicht, als die Verdampfung von Lösungsmittel den darunterliegenden Film so weit abgekühlt hat, dass aus der gesättigten Gasphase wieder Lösungsmittel auf dem Film kondensiert ist. Nachdem dieser kritische Punkt in unserer Simulation identifiziert und durch weitere Messungen bestätigt war, wurde die Luftführung im Trockner in weiteren Simulationen optimiert.

CFD Simulation von Kondensation und Verdampfung in einem industriellen Trockner.

Das Resultat war ein optimiertes Design für den Trockner, das sicherstellt, dass das entscheidende Limit für die Produktion effizient beseitigt. Statt darauf zu hoffen, dass eine Änderung im Trockner die Leistung verbessern wird, konnte Engineering nun ohne Risiko die geplanten Änderungen vorantreiben im Wissen, dass das Hauptproblem effizient und effektiv beseitigt wird.