Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik
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Item Einfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern(2012-04-11) Mescher, Axel; Walzel, Peter; Piesche, ManfredBei der Sprühtrocknung von Lösungen oder dispersen Systemen ist eine enge Tropfengrößenverteilung des Zerstäubers notwendig, um ein hochwertiges Feststoffprodukt mit enger Korngrößenverteilung zu erzielen. Enge Tropfengrößenverteilungen können durch Flüssigkeitsfadenzerfall an Rotationszerstäubern erzielt werden. In Zerstäubungsversuchen außerhalb des Sprühtrockners, insbesondere an Brausen, werden enger verteilte Tropfengrößen beobachtet als im Sprühtrockner. Es wird gezeigt, dass dies mit der Gas/Flüssigkeits-Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeitsfäden und dem Heizgas im Sprühtrockner erklärt werden kann. Die Art und Ausprägung der Gas/Flüssigkeitswechselwirkung der Fäden wird analysiert und es wird gezeigt, dass eine relative Anströmung der Fäden quer zu deren Längsachse vorliegt. Diese relative Queranströmung ist nicht intensiv genug, um zu einer unmittelbaren Zerstäubung der Fäden zu führen, ist aber stark genug, um zu einer sichtbaren Deformation und zu einer Störung des Fadenzerfalls zu führen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die quantitative Charakterisierung des Einflusses dieser Queranströmung. Darüber hinaus wird eine Optimierungsstrategie entwickelt, die eine geringstmögliche Störung des Fadenzerfalls durch die Gas-Flüssigkeits- Wechselwirkung im Sprühtrockner erlaubt. Hieraus wird ein Konzept entwickelt, das eine geeignete Heißgasführung im Sprühtrockner vorsieht. Es werden zwei Typen von Heißgasverteilern vorgestellt, die das Heißgas so in den Trockner einleiten, dass die resultierende Gasströmung dem entwickelten Konzept genügt. Die beiden Gasverteilertypen unterscheiden sich in ihrem apparativen Aufwand aber auch im erzielbaren Vorteil bzgl. der Tropfen- und Korngrößenverteilung. Die verwendeten Methoden zur quantitativen Untersuchung des Fadenzerfalls unter Queranströmung bzw. zur apparativen Umsetzung des Optimierungskonzepts kombinieren das klassisch ingenieurwissenschaftliche Werkzeug der Dimensionsanalyse und der Modelltheorie mit numerischer Strömungssimulation. Modellversuche zum Zerfall angeströmter Flüssigkeitsfäden im Schwerefeld zeigen, dass niedrigste Gas- Relativgeschwindigkeiten der Flüssigkeitsfäden - auch im Sprühtrockner – zu einem optimalen Zerstäubungsergebnis führen. Im Rahmen der Entwicklung des optimierten Heißgasverteilers wird gezeigt, dass die Ergebnisse der Modellversuche weitgehend auf die Rotationszerstäubung übertragbar sind. Darüber hinaus stellen die Ergebnisse der Modellversuche eine neue und breite Datenbasis zum Zerfall quer angeströmter Flüssigkeitsstrahlen dar.Item Analyse diskreter Flüssigkeits-Gasströmungen mit optischen Fasersensoren(2008-07-07T12:07:45Z) Ji, Aiming; Walzel, Peter; Schweiger, GustavIm Rahmen des Graduiertenkollegs GRK358 mit dem Thema "Optische Messmethoden in den Ingenieurwissenschaften" wurde am Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik an der Dortmund Universität eine faseroptische Messtechnik zur Charakterisierung von Mehrphasenströmungen entwickelt. Die Technik basiert auf der Einkopplung von Laserlicht in eine Faser, wobei die vom benetzenden Fluid abhängige Reflexion des Lichts am Faserende gemessen wird. Durch die Auswertung der Lichtreflexion kann der Phasenwechsel des Fluids am Fasersensor bestimmt werden. Zuerst wurden hier auf das Faserende aufprallende Wassertropfen mit einer einzelnen Faser untersucht. Dies führt zu einem komplexen Lichtsignal. Dazu wurden theoretische Berechnungen für die Lichtreflexionen am Sensorende durchgeführt und diese mit den Ergebnissen aus Abtropf- und Aufprallversuchen verglichen. Darauf aufbauend wurde die Geschwindigkeit der Wassertropfen mittels zweier in Bewegungsrichtung versetzter Fasern bestimmt. Die gemessenen Geschwindigkeiten der Phasengrenzen wurden durch Aufnahmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera überprüft. Im zweiten Abschnitt wurden die Fasersensoren für die Charakterisierung von Schäumen eingesetzt. Mit dem Fasersensor kann die Grenze zwischen dem eigentlichen Schaum und der Blasenströmung einfach bestimmt werden. Durch eine zusätzliche Faser kann die Grenze zwischen dem Schaum und der Flüssigkeit erfasst werden, in der eine hoch beladende Blasenströmung auftritt. Die Schaumgeschwindigkeit kann durch die Kombination von zwei Fasern gemessen werden. Mit Hilfe des Korrelationsverfahrens wurden die Messdaten ausgewertet. Hiermit können nicht nur die Schaumgeschwindigkeiten, sondern auch die durchschnittlichen Blasengrößen bestimmt werden. Für die Berechnung der Blasengröße wurde ein Korrekturfaktor k eingeführt. Er berücksichtigt die zufällige Positionierung innerhalb von der als sphärisch angenommener Blasen. Nach der Korrektur der Messergebnisse für die Blasengröße besteht gute Übereinstimmung mit den Fotos der Kamera. Außerdem wurde die Gasbeladung des Kugelschaums bzw. des chaotischen Mischbereichs in der Flüssigkeit über eine spezielle Auswertungsmethode berechnet.Item Zur Abscheidung saurer Schadgase in Schlauchfilteranlagen(2005-12) Vietmeier, Jörg; Werner, U.; Fahlenkamp, H.In dieser Arbeit wird die Abscheidung von im Rauchgas enthaltenen gasförmigen und partikulären Verunreinigungen nach dem Trockensorptionsverfahren sowohl theoretisch als auch experimentell in einer technischen Anlage untersucht. Bei diesem Verfahren werden Schadgase an festen Additiven gebunden und vorzugsweise in Oberflächenfiltern abgeschieden. Die Abscheidung saurer Schadgase mit Calciumhydroxid wurde in zahlreichen Arbeiten in Laborreaktoren untersucht. Die wesentlichen hieraus gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass die Druckverluste in den anfiltrierten Kalkfilterschichten mit wachsendem Feuchtegehalt deutlich absinken, der SO2-Abscheidegrad mit steigender relativer Feuchte stark ansteigt und die Anwesenheit von Chlorwasserstoff im Reaktionssystem durch Bildung hygroskopischen Calciumchlorids die SO2-Abscheidung erheblich verbessert. Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Verweilzeit, der Rauchgaszusammensetzung und der Temperatur auf die Abscheidung saurer Schadgase in einer technisch betriebenen Schlauchfilteranlage. Ein weiteres Ziel ist die Überprüfung der Übertragbarkeit der Laboruntersuchungen in den technischen Maßstab. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen werden mit der technischen Anlage bestätigt. Verweilzeituntersuchungen und Simulationen der Strömung in der Versuchsanlage deuten jedoch im Gegensatz zu den Verhältnissen in Laborreaktoren auf inhomogene Anströmungen der Filterelemente und damit auf den Einfluss des komplexen Strömungsfeldes hin. Bei der Übertragung von im Labormaßstab gewonnenen Ergebnissen auf technische Schlauchfilteranlagen sind verschiedene Punkte zu beachten: Erstens erfolgt die Staub- und Schadgasabscheidung simultan, d.h. dass sich die Dicke der reaktiven Staubschicht während des Prozesses verändert. Zweitens wird i. d. R. bei Erreichen des maximalen Druckverlustes nur ein Teil der gesamten Filterfläche abgereinigt, so dass lokal unterschiedliche Filtrationswiderstände und damit auch Filtrationsgeschwindigkeiten auftreten. Unter Vernachlässigung der inhomogenen Strömung im Rohgasraum können die an der Filteranlage gemessenen Verläufe der Reingaskonzentration mit dem in dieser Arbeit vorgeschlagenen Modell qualitativ wiedergegeben werden. Die verwendeten Modellparameter werden durch die von Naffin im Labormaßstab durchgeführten Untersuchungen bestimmt. Die verbleibenden Unterschiede zwischen den Messungen und dem Modell sind eine Folge der inhomogenen Anströmung und des ungleichmäßigen Kuchenaufbaus. Zusätzlich verbleibt ein unbekannter Anteil des Staubes auch nach der Abreinigung auf den Filterelementen. Die Kopplung der realen strömungs- und reaktionstechnischen Vorgänge bei der Simulation von Schlauchfilteranlagen lassen weitere Optimierungspotentiale vor allem bezüglich der Gestaltung der An- und Umströmung der Filterflächen erkennen.