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Themengebiet: überkritische Extraktion
Thema: SCCO2-Flashen

Die Animation veranschaulicht die Reinigung von offenen Hohlräumen mit überkritischen Fluiden. Beim Druckaufbau wird Reinigungsmittel komprimiert und dadurch der Oberfläche zugeführt. Bei der Druckentspannung erfolgt eine Expansion, die Verunreinigungen von der Oberfläche entfernt. Auch komplexe Hohlräume werden dadurch präzise und schnell gereinigt.

Was man nicht sieht: Überkritische Fluide (supercritical fluids SCF) sind Gase unter so hohem Druck, dass ihre Dichte der einer Flüssigkeit entspricht, sowie so hoher Temperatur, dass ihre Reaktionskinetik eher derjenigen eines Gases gleicht. Unter diesen Bedingungen lässt sich keine Phasengrenze zwischen flüssig und gasförmig mehr erkennen. Bezüglich des Lösevermögens weisen SCF entsprechend eine Austauschcharakteristik (z.B. Viskosität, Diffusion) wie Gase auf, sowie eine Massenwirkung (z.B. Stoffumsatz, Schleppvermögen) wie eine Flüssigkeit.

Was man erkennt: Die Reinigung ist eine Lösungsvorgang, bei dem sich das Lösungsmittel mit den zu lösenden Verunreinigungen mischt. Zunächst dringt das Lösungsmittel in die Verunreinigungen ein und mobilisiert diese, d.h. durch die erzeugte Strömung des Lösungsmittels werden diese entfernt. Gegen Ende dieses Prozesses lösen sich auch die letzten Spuren der Verunreinigungen im Lösungsmittel und werden zusammen mit diesem ausgetragen. Mit überkritischen Fluiden eröffnet sich die Möglichkeit, die Komprimierbarkeit des Lösungsmittels für den Stoffaustausch zu nutzen: Durch Kompression dringt SCF in die Verunreinigungen ein und entfernt diese bei Dekompression von den Oberflächen. Bei flüssigen Reinigern dagegen gibt es aufgrund der Inkompressibilität das Problem der Strahlführung und Benetzung, denn in engen Bauformen lassen sich kaum Strömungen erzeugen und der ablaufende Flüssigkeitsfilm hinterlässt beim Eintrocknen noch Restverschmutzungen.

Was man damit macht: Turbinenschaufeln sind in der Fertigung mit einem Wachs gefüllt, welches vor der Qualitätsprüfung vollständig entfernt werden muss. Eine Reinigung über filmfreie Verdampfung dauert mehrere Stunden und benötigt niedrigsiedende Lösungsmittel, wie explosionsgefährliche Alkohole oder umweltschädliche halogenierte Kohlenwasserstoffe. Statt der ohnehin erforderlichen druckdichten Niederdruckanlage können aber auch autoklave Hochdruckbehälter eingesetzt werden, die mit überkritischem Kohlendioxid SCCO2 arbeiten. Das SCCO2 wird bereits bei 31°C und 74 bar überkritisch und dient im geschlossenen Kreislauf als Lösungsmittel. Aufgrund der verbesserten Reaktionskinetik beschleunigt sich dabei die Prozessdauer auf wenige Minuten.

Meine Veröffentlichungen dazu:

Verfahren zur Reinigung von Gegenständen mittels eines komprimierten Reinigungsmediums Patent DE 100 55 127 (2000)

Entfernung von Wachsresten auf komplexen Formteilen durch überkritisches CO2 Chemie-Ingenieur-Technik, 9, 949-950 (2000)

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung eines Schutzmediums auf eine Turbinenschaufel sowie Verfahren zur Einbringung von Kühlbohrungen in eine Turbinenschaufel Patent DE10 2006 06 1444 (2006) mit Bayer, Erwin; Niegl, Max; Schünke, Detlev; Unger, Michael