Verfahrenstechnik 3/2022

PHARMATECHNIK I TREND-THEMA
01 02
Flüssigkeiten mit verschiedenen Salzkonzentrationen
simuliert. Es zeigt sich, dass
die Durchmischung recht langsam und
verstärkt im bodennahen Bereich erfolgt.
Ursache hierfür ist der geringe Impuls der
zuströmenden Flüssigkeit, der zu klein ist,
um von den Umlenkschaufeln stark beeinflusst
zu werden. Ist eine langsame Durchmischung
das Ziel, so ist diese Konfiguration
geeignet.
Wenn allerdings eine raschere Durchmischung
notwendig ist, muss der Leitapparat
für eine schnellere Impuls-Aufsplittung
sowie -Umlenkung sorgen und
entsprechend geometrisch modifiziert
werden. Auch bei typischen Verfahren zur
Trennung wie Kristallisation, Fällung und
Zentrifugierung leistet die Strömungssimulation
wertvolle Hilfestellungen, um
am Ende gute Ergebnisse und hohe Anlageneffizienz
zu erzielen.
Kessel, Tanks und Öfen
Behälter sind wichtige Elemente der Verfahrenstechnik.
Sie haben erheblichen
Einfluss auf die Energieeffizienz und die
Qualität des Gesamtprozesses. Optimierte
Strömungen und Wärmeprozesse in ihrem
Inneren sparen Energie, sichern die Prozessqualität
und reduzieren den Wartungsaufwand.
Ob Neuentwicklung oder
Sanierung: Bei Lagerbehältern (Wärmespeicher),
Druckbehältern, Tankanlagen
oder bei Sonderbehältern wie Reaktoren,
Rühr- und Dampfkesseln zahlen sich der
Einsatz von Strömungssimulation im Vorfeld
in jedem Falle aus.
Zum Beispiel bei einem Reinstwassertank:
Die gleichmäßige Verteilung von
eingeführtem ozonhaltigen Wasser im gespeicherten
Reinstwasser sorgt für verlässliche
Keimfreiheit. Eine schlechte Verteilung
führt allerdings zu Qualitätseinbußen.
Mit CFD lassen sich der Einlassprozess
und das Verhalten der zwei Fluide
berechnen und darstellen. Virtuell wird
sichtbar, wie sich unterschiedliche Einlass-,
Auslass- und Behältergeometrien
auf die Verteilung des ozonhaltigen Wassers
auswirken und welche Variante die
effizienteste ist.
Für alle Behälter gilt: Ungleichmäßige
An- und Durchströmung mindert die
Leistung, Lebensdauer und Prozessqualität
erheblich. Wirbel, überhöhte Geschwindigkeiten
und ungünstige thermische
Vorgänge fressen wertvolle Energie.
Totzonen verursachen Ablagerungen, die
Behälter und Technikkomponenten beschädigen.
Empirisch ist oft nicht vorauszusagen,
ob die geplante Konstruktion das Strömungs-
und Temperaturverhalten wie gewünscht
beeinflusst. Mit Strömungssimulation
lässt sich die passende Konstruktion
finden, die durch einfache Veränderungen,
wie Abrunden von Ecken,
Versetzen von Krümmungen, Einsetzen
zusätzlicher Leitwände, eine gleichmäßige
Durchströmung von Filtern, Wärmetauschern
oder Brennern gewährleistet
und Druckverluste reduziert.
Auch bei spezialisierten Produktionsund
Lagerräumen lassen sich Funktionalität
und Energieeffizienz bereits in der Planungsphase
virtuell überprüfen. Hier ist
01 CFD ermöglicht eine genaue Berechnung
der Laufradleistung und des Strömungsfeld s
02 Die zeitabhängige CFD-Analyse zeigt,
dass sich die zugeführte Flüssigkeit (blau)
auch nach circa 5 min nur im bodennahen
Bereich mit dem Behälterinhalt mischt
03 Bereits in der Planungsphase von
Lager- und Produktionsräumen illustriert CFD,
ob die Anforderungen an Raumklima und
Luftreinheit erfüllt werden
die CFD-Analyse mittlerweile ein akzeptierter
Leistungsnachweis für viele Genehmigungsverfahren.
Die Integration von CFD-Methoden
kann die Entwicklungszyklen von Anlagenprozessen
verkürzen, bestehende Prozesse
optimieren, den Energie- und Rohstoffbedarf
senken und zu Verbesserungen
in der Anlagentechnik führen. Auf
CFD spezialisierte Beratungsunternehmen
bündeln Simulationssoftware und
umfangreiches Strömungswissen und helfen
dabei, diesen Entwicklungsschritt
schnell und kostengünstig durchzuführen.
Bilder: HTCO
www.htco.de
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