Eldorado Collection:
http://hdl.handle.net/2003/33902
2024-03-29T10:31:36ZEinfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern
http://hdl.handle.net/2003/29577
Title: Einfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern
Authors: Mescher, Axel
Abstract: Bei 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.; In spray drying processes narrow droplet-size-distributions have to be ensured, in
order to achieve a high quality product, exhibiting a narrow particle-size-distribution
(PSD). Narrow distributed drop sizes can be produced by rotary atomizers, operated
in the regime of laminar thread break-up. However, in atomization experiments outside
the spray dryer even narrower drop-size-distributions are observed, compared
to the PSD of the spray dried product. This can be explained by the aerodynamic
interaction the liquid threads are undergoing inside the dryer.
The mode of the gas/liquid-interaction is analyzed and it is shown that the spiraling
threads are subject to a gas cross flow perpendicular to their axes. Even though the
gas/liquid-interaction is too weak to break-up the threads immediately, it leads to
visible deformations of the threads and thereby induces a perturbation of the breakup
process.
The aim of the present work is to quantitatively characterize the impact of this gas
cross flow on the thread break-up. Furthermore an optimization-strategy is developed,
allowing for lowest aerodynamic perturbation of the threads possible. Two
types of drying gas distributors are presented, providing the desired gas flow conditions.
Both types of gas distributors have specific advantages, as they differ from
each other in terms of geometric complexity, but also in terms of performance.
The methods used for the investigation of thread break-up under gas cross flow and
for the development of the optimized drying gas distributor combine dimensional
analysis and computational fluid dynamics (CFD). Similarity trials on the break-up of
liquid threads in the field of gravity suggest to realize the lowest gas relative velocity
of the threads possible, in order to achieve a low PSD width in spray drying.
Besides the CFD-based development of the drying gas distributor, the results of the
present work demonstrate the validity of the similarity trials in the field of gravity. The
results achieved represent a new experimental data base on thread break-up at gascrossflow2012-04-11T00:00:00ZAnalyse diskreter Flüssigkeits-Gasströmungen mit optischen Fasersensoren
http://hdl.handle.net/2003/25738
Title: Analyse diskreter Flüssigkeits-Gasströmungen mit optischen Fasersensoren
Authors: Ji, Aiming
Abstract: Im 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.; Within the graduate colleg "GRK 358" at the chair of mechanical process engineering at Dortmund University a fiber-optic measuring technique was developed for the characterisation of the multiphase flows. The laser light is injected into a fiber, in which the reflection of the light at the end of the fiber is measured, which depends on the fluid in contact. The phase change of the fluid at the fiber sensor can be determined by the analysis of the light reflection signals. At first, water drops were examined, impinging onto at the end of a single fiber sensor. A complex light signal is generated. Theoretical calculations for the light reflection at the end of the sensor were carried out. Compared to the results of experiments the signals of impingement experiments of the water drops were explained. With this knowledge the speed of water drops was measured by use of a combination of two fibers. The measured speed of the phase boundary by the fiber sensors was validated by the photographs from a high-speed camera. The results of both measuring methods show good agreement. In the second section the fiber sensors were used for the characterisation of foams. The interface between the foam and the liquid can be simply determined with one fiber sensor. In case of a highly loading gas dispersion in the liquid the interface between the foam and the liquid the application of a second fiber is successful. The foam speed can be measured by the use of the combination of two fibers. The measured data from the two fibers were evaluated by means of the cross correlation method. Not only the foam speeds, but also the average bubble sizes of the foam can be determined from these signals. A correction faktor k was introduced for the calculation of the bubble size. After correction with this factor, the bubble size agrees well with the bubble size in photos from a camera. In addition, the gas loading of wet foams and gas loading of the gas dispersion in the liquid can be calculated with a special evaluation method.2008-07-07T12:07:45ZZur Abscheidung saurer Schadgase in Schlauchfilteranlagen
http://hdl.handle.net/2003/21753
Title: Zur Abscheidung saurer Schadgase in Schlauchfilteranlagen
Authors: Vietmeier, Jörg
Abstract: 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.2005-12-01T00:00:00Z