Institut für Bio- und LebensmitteltechnikLebensmittelverfahrenstechnik

Untersuchung des Strömungsprofils in koaxialen Lochblenden von Hochdruckhomogenisatoren

Hintergrund:

Die Hochdruckhomogenisation ist eine weit verbreitete Technologie zur Herstellung und Zerkleinerung von Emulsionen. Dabei wird eine Rohemulsion mittels einer Hochdruckpumpe auf 100-1000 bar verdichtet, wofür sehr viel Energie benötigt wird und anschließend durch eine Düse entspannt. Die durch die Strömung entstehenden Spannungen werden auf die Tropfen übertragen und zerkleinern sie.


Dieses Verfahren wird seit vielen Jahrzehnten beispielsweise beim Homogenisieren von Milch und bei der Herstellung von Cremes, Lotions sowie pharmazeutischen Formulierungen eingesetzt. Dennoch sind die Strömungszustände und Mechanismen, welche in der Hochdruckblende zum Tropfenaufbruch führen, nicht komplett beschrieben. Daher verläuft die Auslegung und der Scale-up von Hochdruckblenden auch heute noch weitgehen empirisch. Mit den Erkenntnissen über den Tropfenaufbruch soll die Struktur der Produkte optimiert werden und über die Verbesserung der Blendengeometrie eine Energieersparnis erzielt werden.

 

Mithilfe einer innovativen optischen Strömungsmesstechnik, der Micro Particle Image Velocimetry (µ-PIV) können Geschwindigkeitsfelder mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung aufgenommen werden. Dabei werden dem Fluid fluoreszierende mikroskopische Tracerpartikel zugesetzt, die der Strömung folgen und mithilfe einer Highspeed-Kamera aufgenommen werden.

Außerdem kann über das Anfärben der Tropfen in der Emulsion die Tropfendeformation im Prozess visualisiert werden und so der Zusammenhang zwischen dem Geschwindigkeitsfeld und der Tropfendeformation hergestellt werden. 

 


Micro-PIV double picture of the exit of a coaxial orifice (DOI (KIT): 10.5445/IR/1000085768)

 

Deine Aufgabe:

Im Rahmen der Arbeit sollen die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und die daraus resultierenden Dehn- und Scherspannungen in einer speziell hierfür angepassten Blendengeometrie charakterisiert werden. In den Zonen der Blende (Ein-, Aus- und Nachlauf) werden unterschiedliche Anforderungen an die Messtechnik gestellt, da sich die Strömung zunächst stark beschleunigt und nach der Blende in Wirbel zerfällt.  

In dieser Arbeit hast Du die Möglichkeit, Dein Fachwissen über Zerkleinerungsprozesse und Mehrphasenströmungen auszubauen sowie die Grundzüge wissenschaftlichen Arbeitens an einem spezifischen Anwendungsproblem zu erlernen.  


Wenn Dein Interesse geweckt ist und Du Lust auf das oben genannte Thema hast, melde dich einfach bei mir per Mail/Telefon. Wir können dann im Detail besprechen, wie Deine Abschlussarbeit aussehen könnte und wo Du Deinen persönlichen Schwerpunkt setzen möchtest.