Prosessien energiatehokkuuden parantaminen. Lämmönvaihtimien kiteytyvän likaantumisen hallinta

Väitöstyössä on tutkittu epäorgaanisten suolojen kiteytymistä lämmönsiirtopinnoille. Työssä kehitettiin kyseistä likaantumisilmiötä kuvaava laskentamalli, jota voidaan hyödyntää muun muassa lämmönsiirtoprosessien optimoinnissa. Malliaineena kokeellisessa tutkimuksessa käytettiin kalsiumkarbonaattia, joka on yleinen, esimerkiksi jäähdytys- ja juomaveden käsittelyssä likaantumisongelmia aiheuttava suola. Likaantumisprosessin mallinnuksessa hyödynnettiin laskennallista virtausdynamiikkaa (CFD, Computational Fluid Dynamics), joka osoittautui tehokkaaksi työkaluksi likaantumiseen vaikuttavien ilmiöiden simuloinnissa ja merkittävien parametrien määrittämisessä.

Lämmönsiirtopintojen likaantumista esiintyy lämmönvaihtimissa, joiden avulla siirretään energiaa kohteesta toiseen. Teollisissa prosesseissa lämmönvaihdinten avulla parannetaan prosessien energiatehokkuutta ja siten lisätään tuotannon taloudellista kannattavuutta sekä vähennetään haitallisia ympäristövaikutuksia. Lämmönsiirtopintojen likaantuminen kuitenkin lisää lämmönvaihdinten energiankulutusta ja käyttökustannuksia sekä aiheuttaa merkittäviä ympäristöpäästöjä kasvaneen energiantarpeen sekä lisä- ja puhdistusaineiden käytön vuoksi.

Työn tavoitteena oli määrittää kiteytyvään likaantumiseen merkittävimmin vaikuttavat tekijät sekä ilmiötä rajoittavat osaprosessit. Työn tuloksena saavutettua tietoa käytettiin likaantumismallin kehittämisessä. Lisäksi mallin toimivuus todennettiin työssä saavutetun kokeellisen aineiston avulla. Mallia ja kehitettyjä menetelmiä puolestaan hyödynnettiin sekä lämmönsiirtoprosessin optimoinnissa että tutkimuksessa, jossa pintamodifikaatioin pyrittiin vähentämään likaantumista lämmönsiirtopinnoilla. Tutkimus osoittaa, että kehitettyä mallia voidaan käyttää apuna paitsi lämmönvaihtimien suunnittelussa myös lämmönsiirtopintojen kiteytyvän likaantumisen vähentämisessä.