TY - THES A1 - Medina Mendez, Juan Ali T1 - Application of the One-Dimensional Turbulence model to electrohydrodynamically enhanced internally forced convective flows T1 - Anwendung des One-Dimensional-Turbulence-Modells auf elektrohydrodynamisch beeinflusste Strömungen in erzwungener Konvektion N2 - This thesis is an attempt to assess some of the effects that electroquasistatic body forces exert on turbulent internally forced convective flows. In order to do that, a stochastic turbulence model is employed, namely, the One-Dimensional Turbulence (ODT) model. The reduced dimensionality of ODT demands a reduction of the Navier-Stokes equations (and in this case, also the Maxwell equations), into a 1-D system. This is done by performing an asymptotic analysis in terms of the nondimensional numbers of the flow. Also, a validation step due to the relative novel character of the cylindrical ODT formulation is done for an incompressible and constant properties flow regime and a variable density flow regime. The validation is presented for both the temporal (T-ODT) and a novel spatial (S-ODT) formulation in both planar and cylindrical geometries. Results in the constant property case show that wall normal (and radial) profiles, in both the T-ODT and S-ODT formulations, show good agreement with each other and to the data of Direct Numerical Simulations (DNSs). For the evaluated variable density heated pipe flow, gradients at the wall can be better reproduced with S-ODT. After validating the model, ODT is applied first into a planar configuration which emulates the flow in a wire-plate Electrostatic Precipitator (ESP). For this flow, the additional input energy due to the electroquasistatic body force has an effect on the modification of the bulk velocity, and subsequently, the skin friction coefficient. Some qualitative DNS trends are confirmed with ODT, such as the localized increase of the Reynolds stress, as a consequence of increased eddy activity close to the discharge electrodes. Next, the results of ODT simulations in a cylindrical wire-tube ESP are presented. Here, ODT results are compared to experimental results. ODT results for global integral quantities such as the streamwise pressure gradient and the Nusselt number enhancement ratio are able to match in a reasonable way the experimental results. The competing relevance between the EHD contribution to turbulence by momentum, and by affecting the temperature and density due to the Joule heating effect is also analyzed, showing the leading order relevance of the former one. Specifically for the Nusselt number results, the sensitivity of the EHD flow to transition effects is shown to be very significant. This thesis may open the door to a vast new field of phenomena which can not only serve for the further validation of the ODT model against DNSs or experiments, but also for the real use of ODT in applications which are so far inaccessible for traditional DNSs. N2 - Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung der Effekte von elektroquasistatischen Volumenkräften auf turbulente druckgetriebene Strömungen. Dazu wurde das stochastisch Eindimensionale Turbulenzmodell (ODT) angewendet. Als ein Modell niedriger Ordnung benötigt ODT eine Reduktion der Navier-Stokes-Gleichungen (sowie der Maxwell-Gleichungen hier) zu einem 1-D System. Diese Reduktion erfolgte mittels einer asymptotischen Analyse, welche die Strömung als Funktion von Leading-Order-Effekten entdimensionalisierter Kennzahlen beschreibt. Zusätzlich erfolgte in der Dissertation ein Validierungsschritt aufgrund der kürzlich veröffentlichten Zylinderformulierung für ODT. Zur Validierung wurden inkompressible Strömungen konstanter Fluideigenschaften, sowie Strömungen variabler Dichte betrachtet. Die Validierung stellt Ergebnisse von zeitlich (T-ODT) und räumlich (S-ODT) entiwckelnde ODT-Simulationen für planare und zylindrische Koordinatensysteme vor. Die Ergebnisse zeigen, dass wand-normale (oder radiale) Profile, sowohl in T-ODT und S-ODT, eine gute Übereinstimmung miteinander und mit Daten von Direkten Numerische Simulationen (DNS) aufzeigen. Im Fall der aufgeheizten Rohrströmungen variabler Dichte lassen sich die Gradienten an der Wand mittels S-ODT besser reproduzieren. Nach der Validierung des Modells wurde ODT erstmals auf eine planare Konfiguration, welche die Strömung einer Plattenelektroabscheider simuliert, angewendet. Der zusätzliche Energiebeitrag, der von der elektroquasistatischen Volumenkraft geliefert wird, hat einen Effekt auf die Bulk-Geschwindigkeit, sowie auf den Reibungsbeiwert. Einige Trends der DNS lassen sich mit ODT bestätigen, z.B. der lokalisierte Anstieg der Reynolds'schen Schubspannungen, der aufgrund der erhöhten Wahrscheinlichkeit der Erzeugung turbulenter Wirbel in der Nähe der Sprühelektrode verursacht wird. Im Anschluss werden ODT-Ergebnisse eines zylindrischen Rohrelektroabscheiders vorgestellt. Diese sind in Form von integralen Größen gegen experimentellen Messungen vergliechen, z.B., der Druckgradient in Strömungsrichtung, sowie das Erhöhungsverhältnis der Nusseltzahl. Die von ODT generierten integralen Größen stimmen gut mit experimentellen Messwerten überein. Die Wichtigkeit des EHD-Beitrags zur Turbulenz mittels Impulstransport, sowie dessen Einfluss auf die Temperatur und Dichte gemäß des ersten Jouleschen Gesetzes wurde ebenfalls mit ODT untersucht. Die Ergebnisse zeigen den Effekt führender Ordnung des EHD-Beitrags auf die Turbulenz. Eine große Sensitivität der Nusseltzahl-Ergebnisse bzgl. der Transitionseffekten in EHD-Strömungen konnte parallel nachgewiesen werden. Dank dieser Arbeit lassen sich neue Phänomene mittels numerischer Simulationen untersuchen. Dies dient zur weiteren Validierung des ODT-Modells anhand DNS und Experimenten. Außerdem erlaubt die Dissertation zukünftige Anwendungen von ODT auf Phänomene und Strömungen, die bisher unzugänglich für DNS sind. KW - EHD KW - ODT KW - Forced convection KW - Turbulente Strömung KW - Numerische Strömungssimulation KW - Elektrohydrodynamik KW - Abscheider KW - Turbulenzmodell Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53388 ER - TY - THES A1 - Wang, Shaoliang T1 - Partikelgrößenbestimmung mittels eines Laser-Optischen Partikelzählers mit zwei Empfangswinkelbereichen T1 - Particle size determination by a laser optical particle counter with two receiving angle ranges N2 - Zur Bestimmung deren Größe und Konzentration der Aerosolpartikeln zählt der optische Partikelzähler (OPZ). Einzelne Teilchen passieren ein intensiv beleuchtetes Messvolumen. Das von den Teilchen gestreute Licht wird mittels eines aus Linsen und Blenden bestehenden Systems auf einen photoelektrischen Sensor fokussiert und dabei als Streulicht-Impuls empfangen, wobei die Impuls-Höhe in die Teilchengröße (durch Mie-Theorie) umgerechnet wird. Je nach der Lichtquelle teilen sich die OPZ in zwei Gruppen ein: OPZ mit Weißlicht und mit Laserlicht. Als Lichtquelle bietet der Laser eine Reihe Vorteile. Aber der Laser als Lichtquelle hat auch Nachteil: der konventionelle Laserlicht-Partikelzähler liefert, anders als Weißlicht, normalerweise keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen Streulichtintensität und Partikelgröße, insbesondere beim Partikelgrößenbereich um 1 um. Auf Basis von dem Stand der OPZ-Technik wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine neue Messeinrichtung: Laserlicht-Partikelzähler mit zwei unterschiedenen Empfangswinkelbereichen zur Ermittlung der Partikelgrößen gebaut und systematisch untersucht (z.B. Koinzidenzfehler, Randzonenfehler und Totzeit). Eine Laserdiode ist als Lichtquelle eingesetzt. Innerhalb des Laserstrahls ist ein Messvolumen durch die zwei Empfangssysteme rein optisch abgegrenzt. Aus dieser Messeinrichtung ergeben sich zwei Kalibrierkurven, die den Zusammenhang von Partikelgröße und Impulshöhe beschreiben können. Das heißt, für jede Partikel, die durch das Messvolumen passiert, werden zwei Signale gemessen. Zur Bestimmung von deren Größe kann jede Kombinationsmöglichkeit der beiden Impulshöhen bzw. Kalibrierkurven (speziell durch Matrix-Methode) theoretisch genutzt werden. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass dieses neue Verfahren für die Ermittelung der Partikelgrößen aus mehrdeutigen Kurven, besonders beim Einsatz für unterschiedliche Stoffsysteme bzw. einem breiten Brechungsindexbereich geeignet ist. Die Problematik der Mehrdeutigkeit beim Laserlicht wird dadurch vielfach erleichtert oder auch gelöst. Für kritische Anwendungsfälle bleibt die Messung on line und in situ noch realisierbar. N2 - Optical particle counters (OPC) are among the most widely used aerosol instruments for measuring the concentration and size distribution of aerosol particles today. Single particles pass through one illuminated sample volume, they scatter light which is collected over some solid angle by the receiving optics, and focused onto a photo detector. The particle size is determined (with Mie theory) by the peak intensity of the scattered light (electrical pulse height). Depending on the light source optical particle counters can be divided into two types: OPC with white light and OPC with laser. Optical particle counters making use of the laser as the light source have become increasingly popular in recent years because of the higher light intensity that can be obtained in the viewing volume of the instrument and the ability of the laser counter to measure smaller particles. Commercially available laser optical particle counters also have disadvantage. They usually show ambiguous relationship between the scattered light and the particle size, especially for the particle size around 1 um. Based on the state of OPC Technology, a new laser optical particle counter with two reception systems has been developed in the present work, and its performance (for instance: coincidence error, fringes error and dead time) has been investigated systematically. By this new instrument a laser diode is used as the light source, a sample volume is purely optically defined within the laser beam through two receiving systems with different detecting ranges. With this new instrument there are two calibration curves, which describe the relationship between the particle size and pulse height. This means that two signals are measured for every particle, when it passes through the sample volume. To determine the particle size, any possible combination of the two pulse heights or the two calibration curves can be used theoretically. In the present work a matrix method is introduced on the base of this instrument. Experimental evidences indicate that this new method is very suitable for determining the particle sizes with ambiguous calibration curves, especially for measuring different material systems and a wide refractive index range. The problem of ambiguity of laser optical particle counters is partially or even solved. For serious applications, measurements for on-line and in-situ remain to be realized with the laser optical particle counter developed in this work. KW - Korngrößenanalyse KW - Optische Messung KW - Streulicht KW - Optischer Partikelzähler KW - Mie-Theorie KW - Partikelgrößenbestimmung KW - Matrix-Methode KW - Scattered light KW - Optical particle counter KW - Mie theory KW - Particle sizing KW - Matrix method Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-14472 ER - TY - THES A1 - Bacher, Christian T1 - On the influence of electrohydrodynamically induced turbulence on momentum, heat and mass transport in electrostatic precipitators T1 - Zum Einfluss elektrohydrodynamisch induzierter Turbulenz auf den Impuls-, Wärme- und Stofftransport im Elektroabscheider N2 - Electrostatic precipitators (ESPs) belong to the most efficient devices for control of particle emissions in the process industry and environmental technologies in general. The operating principle of ESPs, relying on particle precipitation by electrical charging, leads to an enhanced turbulent motion by electrohydrodynamic (EHD) effects within the gaseous working fluid passing through the ESP. This enhanced turbulence is generally considered detrimental to the separation efficiency, because the additional shear forces acting on the collection electrodes promote re-entrainment of already precipitated particles. Further, the enhanced turbulent cross mixing diminishes the transport of charged particles by electric forces directed towards the collection electrodes. In other industrial applications however, many process units that are based on heat or mass transport would benefit from enhanced turbulent mixing. These include heat exchangers for energy recuperation or evaporation and absorption units such as flue gas scrubbers. A combination of these with an ESP possibly allows for versatile new applications in the process industry. The motivation of this thesis is to study the effects of electrohydrodynamically generated motions onto the turbulent cross mixing within gaseous flows over a wide parameter space including variations in geometry and operating conditions. In order to do so, the influence of EHD effects on the three major transport properties, i.e. thermal energy, mass and momentum, were experimentally investigated. Based on analogies caused by similar transport mechanisms, the experimental results were compared despite different methods being used. In order to help with the comparison a simplified eddy viscosity model is applied. The study for each transport property was conducted with a different setup of a tube type ESP. These setups include axial and radial pressure drop measurements to quantify the momentum transport, a self-built local heat transfer sensor to determine heat transfer coefficients and a wetted wall-column to study the enhancement of mass transport phenomena. Experiments on momentum and heat transport include a large variation of different geometries and operating variables such as discharge electrode design, tube diameter, flow velocity, as well as magnitude and polarity of operating voltage. In addition, selected measurements with aerosol particles were conducted, to gain additional insights on the effects of EHD induced turbulence generation by particle bound space charge compared to ion bound space charge in clean gas flows. The results do not only provide transport coefficients for the hands-on application by plant designers, but also feature numerous experimental data that can be used as reference values for ongoing research in the numerical simulation of electrohydrodynamically enhanced flow and therefore significantly increase the available amount of data provided by current literature. N2 - Im Rahmen der Maßnahmen zur Eindämmung der Luftverschmutzung sind Elektroabscheider als eines der effektivsten Systeme zur Minderung von Feinstaubemissionen im industriellen Umfeld bekannt. Charakteristisch für den Betrieb von Elektroabscheidern ist das Auftreten elektrohydrodynamischer (EHD) Strömungen, welche die Turbulenz des gasförmigen Trägermediums der Partikeln weiter anfachen. Aus emissionstechnischer Sicht handelt es sich dabei um einen unerwünschten Nebeneffekt, da Scherkräfte, verursacht durch die zusätzliche Turbulenz in der Gasströmung, auf die bereits abgeschiedenen Partikeln auf der Niederschlagselektrode wirken und zu deren Wiedereintrag in die Gasströmung führen. Zudem wirkt die turbulente Quervermischung dem Partikeldrift der geladenen Teilchen in Richtung der Sammelelektrode entgegen. Andere Komponenten der Prozessindustrie hingegen würden von einer erhöhten Turbulenz in der Gasphase profitieren, insbesondere dann, wenn ihr Funktionsprinzip auf Wärme- und Stoffübertragung basiert. Dies beinhaltet neben Wärmeübertragern zur Energierückgewinnung oder Verdampfungszwecken auch Wäscher zur Schadgasabsorption. Damit steht ein großes Potential zur Anwendung des elektrohydrodynamisch verstärkten Wärme- und Stofftransports in der Prozessindustrie zur Verfügung. Das Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die Auswirkungen von EHD-Effekten auf die turbulente Quervermischung in einem Rohr-Elektroabscheider, unter Variation verschiedener Geometrien und Betriebsparameter zu untersuchen. Dazu zählen unterschiedliche Rohrdurchmesser und Sprühelektrodenformen, sowie die Abdeckung eines großen Arbeitsbereichs von Betriebsspannungen beider Polaritäten bei drei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten. Bei ausgewählten Versuchen erfolgt außerdem noch die Zugabe eines stark beladenen Aerosols. Die Wahl der Rohr-Elektroabscheidergeometrie erlaubt es auf Basis der Rotationssymmetrie theoretische Betrachtungen gegebenenfalls zu vereinfachen, wenn experimentelle Untersuchungen durch diese gestützt werden sollen. Die turbulente Quervermischung wird anhand ihres Einfluss auf die drei Haupttransportgrößen, thermische Energie, Masse und Impuls, jeweils auf Basis unterschiedlicher Methoden, charakterisiert. Dies erlaubt einerseits die Validierung der Ergebnisse durch den Vergleich zwischen den Methoden, beispielsweise, wenn bestimmte Transportanalogien zutreffen, andererseits erlaubt es Rückschlüsse auf Besonderheiten der jeweiligen Transportgleichungen, falls Unterschiede zwischen den Transportgleichungen überwiegen. Zum Vergleich wird unter anderem das vereinfachte Modell der Eddy-Viskosität herangezogen. Die Ergebnisse beinhalten dabei neben den experimentell bestimmten Transportkoeffizienten und turbulenten Diffusionskoeffzienten, welche sich zur direkten Anwendung im Anlagenbau eignen, auch eine Vielzahl experimenteller Messdaten, welche als Referenzwerte für numerische Studien herangezogen werden. KW - Electrohydrodynamics KW - Electrostatic precipitation KW - Heat and mass transfer intensification KW - Elektrohydrodynamik KW - Elektroabscheider KW - Verbesserung des Wärme- und Stofftransports KW - Elektrofilter KW - Elektrohydrodynamik KW - Numerische Strömungssimulation Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59948 ER - TY - THES A1 - Lübbert, Christian T1 - Zur Charakterisierung des gequenchten Zustandes im Elektroabscheider T1 - On the characterization of the quenched regime in electrostatic precipitators N2 - Unter Korona-Quenching versteht man die Verringerung der Stromaufnahme eines Elektroabscheiders unter dem Einfluss teilchengebundener Raumladung. Die theoretische Untersuchung dieses Betriebszustandes im Rohr-Draht-Elektroabscheider und die experimentelle Validierung der Vorhersagen sind Inhalt der Arbeit. Theoretisch wird das Korona-Quenching anhand unterschiedlich komplexer Modelle untersucht, die auf der Bilanzierung der teilchengetragenen Raumladung beruhen. Es zeigt sich dabei, dass der Elektroabscheider eine geometrieabhängige maximale Abscheiderate besitzt, die im gequenchten Zustand erreicht wird. Wegen der geringen Stromaufnahme erfolgt die Abscheidung hier besonders energieeffizient. Die vorgestellten Berechnungsmethoden erlauben eine Optimierung von Elektroabscheidern für hohe Teilchenkonzentrationen. Der Vergleich mit experimentellen Ergebnissen zeigt eine sehr gute Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen im jeweils beanspruchten Gültigkeitsbereich. N2 - The reduction of current uptake in electrostatic precipitators by particle attached space charge is known as Corona-Quenching. The focus of this work is on the theoretical description of the Corona-Quenching process in a tube-wire type electrostatic precipitator and the experimental validation of the findings. The basis of the description is a balance of particle attached space charge, whereby models of different complexity are discussed. It is found that there is a geometry dependent upper limit for the precipitation rate, which is achieved in the quenched state. Due to the very low current uptake precipitation of particle is highly energy efficient in this state. The presented calculation models allow designing and optimizing electrostatic precipitators for concentrated aerosols. The theoretical predictions are in good agreement with measurement results in the claimed ranges of validity. KW - Abscheider KW - Quenching KW - Elektroabscheider KW - Korona-Quenching KW - Raumladung KW - Ionenausbeute KW - Aerosol KW - Electrostatic precipitator KW - Corona-Quenching KW - Space charge KW - Ion yield KW - Aerosol Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23726 ER - TY - THES A1 - Lebedynskyy, Sergiy T1 - Energieeffiziente Abscheidung von hochkonzentrierten flüssigen Aerosolen mit einem Autogenen Raumladungsgetriebenen Abscheider (ARA) T1 - Energy-efficient separation of highly concentrated liquid aerosols with autogenic space charge based precipitator (ARA) N2 - Autogene Raumladungsgetriebene Abscheidung (ARA) ist ein neuartiges mehrstufiges Elektrofilter-Prinzip, das bei hohen Aerosolkonzentrationen eingesetzt werden kann und eine sehr energieeffiziente Abscheidung mit geringer Ozonproduktion gewährleisten kann. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Auslegung, Erprobung und Optimierung von ARA-Laboranlagen sowie eines ARA-Prototyps. Abscheidegrade von über 99,5% werden bei einem Energieverbrauch von 20 J/m³ erzielt, was um eine Größenordnung niedriger als bei konventionellen Elektroabscheidern ist. Die Selbstentladung der Aerosole wird untersucht. Die Selbstentladung kommt in mehrstufigen Elektroabscheider-Konstruktionen, die bei hohen Aerosolkonzentrationen eingesetzt werden vor, führt zu einer deutlichen Verschlechterung der Abscheideleistung und bleibt oft von den Anlagenbetreibern unbemerkt. N2 - Autogenic space-charge based precipitation (ARA) is a new multi-stage electrofilter principle, which can be used in the case of high aerosol concentration and ensures a very energy-efficient separation with low ozone production. The presented work focuses on the dimensioning, testing and optimization of ARA laboratory set-ups and ARA prototype. Separation efficiencies of more than 99.5% are achieved with an energy consumption of 20 J/m³, which is a magnitude lower then of the conventional electrostatic precipitators. The self-discharge of aerosols is investigated. The self-discharge occurs in multistage electrostatic precipitators under high aerosol concentrations, leads to a distinct efficiency reduction and often remains unnoticed by the facility operator. KW - Aerosol KW - Raumladung KW - Abscheider KW - Quenching KW - Selbstentladung KW - Elektroabscheider KW - Korona-Quenching KW - Raumladungsabscheidung KW - Selbstentladung KW - Aerosol KW - Electrostatic precipitator KW - Corona Quenching KW - Space charge based precipitation KW - Self-discharge KW - Aerosol Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-30007 ER - TY - THES A1 - Eckert, Karl-Andreas T1 - Grundlagenuntersuchungen zur Optimierung der technischen Kristallisation von Fettsäuregemischen T1 - Fundamental investigations for the optimization of technical crystallization of fatty acid mixtures N2 - Trotz der steigenden Nachfrage nach Fettsäuregemischen mit niedrigen gesättigten Anteilen liegen nur relativ wenige Untersuchungen und industrielle Umsetzungen zur Fraktionierung durch Kristallisationsverfahren vor. Die Reduzierung gesättigter Anteilen aus Gemischen gleicher Kettenlängen ist mittels Destillation nicht möglich ist. In dieser Arbeit wurde daher die lösemittelfreie Schmelzkristallisation in Form der Suspensionskristallisation untersucht. Zur Auslegung und Optimierung von Kristallisationsprozessen ist die Kenntnis der Phasendiagramme und Kristallisationskinetiken von grundlegender Bedeutung. Daher wurden die thermodynamischen Grundlagen der Kristallisation von Fettsäuregemischen untersucht. Nach der Erarbeitung der Untersuchungs- und Auswertemethoden wurden die zehn binären Systeme aus den fünf Hauptfettsäuren pflanzlicher Fette und Öle mittels DSC analysiert und die Phasendiagramme mit den metastabilen Bereichen sowie Enthalpiediagramme abgeleitet. Durch Modellierung wurden vier ternäre Phasendiagramme konstruiert, wesentliche Charakteristika abgeleitet und in ein Modell zur Berechnung der Phasenumwandlungstemperaturen von Systemen aus den fünf Hauptfettsäuren überführt, welches eine mittlere Abweichung von nur 0,4K und eine Standardabweichung von 0,7K liefert. Zudem konnte erstmals der komplexe Verlauf der Kristallisation von Fettsäuregemischen in den Phasendiagrammen aufgeklärt und beschrieben werden. Die Kinetik des Kristallwachstums wurde an drei Fettsäuregemischen mit verschiedenen Kühlraten und Zieltemperaturen mittels Polarisationsmikroskopie untersucht. Die eingesetzte Kühlkammer zeigte mit ±0,003 K Temperaturgenauigkeit sehr lineare Temperaturprofile. Die Projektionsfläche der Kristalle wurde, neben den Kristalldichten, aufgrund einer Korrelation zu entsprechenden DSC-Wärmestromkurven als geeigneter Parameter zur Beschreibung des Kristallwachstums erkannt. Es wurden kinetische Parameter, wie Induktionszeit, Keimbildungsrate, finale Kristalldichte und -fläche sowie die Wachstumsgeschwindigkeiten der Einzelkristalle und des Bulks, ermittelt. Für die zeitliche Entwicklung wurden Modelle für die Berechnung abgeleitet. Zudem erfolgte die Untersuchung der auftretenden Kristallmorphologien, wobei für alle Kristalle eine lanzettförmige Grundstruktur gefunden wurde. Es wurden Versuche im größeren Maßstab in einem Laborreaktorsystem mit 40ml sowie einem Vibromix- und Wavemixer-System mit jeweils 2l Probenmenge durchgeführt. Zur Überwachung des Kristallwachstums in den Reaktoren wurde ein Laserscanner (FBRM) verwendet. Versuche mit verschiedenen Kühlraten, Durchmischungsparametern und Zieltemperaturen zeigten den Vorteil einer scherarmen Durchmischung zur Erreichung gut trennbarer Kristallsuspensionen. Die Abtrennbarkeit wurde mittels Druckfiltration und Zentrifugation überprüft, wobei die Druckfiltration mit Ausbeuten an Mutterlauge von bis zu 98% die besten Resultate lieferte. N2 - In spite of the increasing demand for fatty acid mixtures with low saturated content, relatively few investigations and industrial applications for fractionation by crystallization could be found. The reduction of saturated fractions from mixtures of similar chain length is not possible by distillation. Therefore, in this work, solvent-free melt crystallization in the form of suspension crystallization was investigated. Knowledge of the phase diagrams and crystallization kinetics is of fundamental importance for the design and optimization of crystallization processes. Therefore, the thermodynamic fundamentals of the crystallization of fatty acid mixtures were investigated. After the development of the investigation and evaluation methods, the ten binary systems composed from the five main fatty acids of vegetable fats and oils were analyzed by means of DSC and the phase diagrams including the metastable ranges as well as enthalpy diagrams were derived. Four ternary phase diagrams were modelled and constructed. Essential characteristics were derived and transferred into a model for the calculation of the phase transformation temperatures of systems constituting the five main fatty acids. The model delivers an average deviation of only 0.4K and a standard deviation of 0.7K. In addition, the complex crystallization path of fatty acid mixtures within the phase diagrams could be clarified and described for the first time. The kinetics of crystal growth were investigated for three fatty acid mixtures with different cooling rates and target temperatures by means of polarization microscopy. The cooling chamber used showed very linear temperature profiles with high temperature accuracy. The projection area of the crystals, besides the crystal densities, was recognized as a suitable parameter for the description of crystal growth due to a correlation to corresponding DSC heat flow curves. Kinetic parameters such as induction time, nucleation rate, final crystal density and area as well as the growth rates of the single crystals and the bulk were determined. Models for the calculation were derived for the development over time. In addition, the crystal morphologies were investigated, wherein a lancet-shaped basic structure was found for all crystals. Experiments in a larger scale were carried out using a laboratory reactor system with 40ml and a vibromix and wavemixer system with 2l sample volume. A laser scanner (FBRM) was used to monitor crystal growth in the reactors. Experiments with different cooling rates, mixing parameters and target temperatures showed the advantage of a low shear mixing to achieve crystal suspensions with good separation properties. The separability was tested by means of pressure filtration and centrifugation, whereby pressure filtration with yields of mother liquor of up to 98% provided the best results. KW - Fettsäuregemische KW - binäre, ternäre und quintäre Phasendiagramme KW - Modellierung KW - Kristallwachstumskinetik KW - Abtrennung KW - Fatty acid mixtures KW - Binary, ternary and quinternary phase diagrams KW - Modelling KW - Crystal growth kinetics KW - Separation KW - Fettsäuren KW - Gemisch KW - Trennverfahren KW - Kristallwachstum KW - Modellierung KW - Phasendiagramm Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-47207 ER - TY - THES A1 - Perwin, Jörg T1 - Entwicklung einer optischen Messtechnik zur Erfassung der Kinetik schneller Partikelbildungsprozesse T1 - Development of an optical metrology for recording the kinetics of fast particle formation processes N2 - Bei einer Reihe von Anwendungsfällen ist es wünschenswert Partikelbildungs­prozesse im Nanometerbereich in-situ z. B. in strömenden Medien oder mit sehr hoher zeitlicher Auflösung zu beobachten. Mit etablierten Verfahren, z. B. der dynamischen Lichtstreuung ist dies in der Regel nicht möglich. Das hier dargestellte neue Verfahren basiert auf einer Kombination von optischen Extinktions- und Streulichtmessungen. Im Rayleigh-Bereich kann damit aus jeder Einzelmessung ein mittlerer Partikeldurchmesser und die Anzahlkonzentration bestimmt werden. Für die Extinktionsmessungen ergeben sich zwei Arbeitsbereiche, einer mit hoher Transmission und einer mit hoher Extinktion. Diese beiden Bereiche stellen deutlich unterschiedliche Anforderungen an die Messtechnik. Das entwickelte Messgerät verfügt deshalb über zwei unterschiedliche Messverfahren. Der Bereich hoher Extinktion wird mit einem heterodyn interferometrischen Verfahren abgedeckt, der Bereich hoher Transmission mit einem nicht interferometrischen Differentialverfahren. Die Arbeit stellt das grundlegende Modell vor. Außerdem werden notwendige Korrekturen, unter anderem für einsetzende Mehrfachstreuung, beschrieben. Die technische Umsetzung wird dargestellt. Abschließend werden Kalibriermethoden diskutiert und die Evaluation des Verfahrens beschrieben. N2 - Under certain conditions it could be desirable to observe in-situ the process of particle forming in the nanometre range, for instance in flowing mediums or with high temporal resolutions. This is not possible with existing methods, such as photon correlation spectroscopy. The new method is based on a combination of optical measurements of extinction and scattered light. In the rayleigh range it is possible to calculate an average diameter and the number concentration of the particles from any single set of these measurements. There are two different ranges of extinction: one with high transmission and one with high extinction. These ranges have very different demands to the measurement equipment. Therefore, the developed measurement instrument features two different methods of measurement. The range of high extinction is covered by a heterodyn interferometric technique, whereas the range of high transmission is covered by a noninterferometric balanced method. The thesis introduces the basic model. Additional, there is a description of necessary corrections such as beginning multiple scattering. The technical realization is described. Finally, there is a discussion of calibration methods and of the evaluation of the new measurement method. KW - Partikelmesstechnik KW - Extinktion KW - Streulicht KW - Heterodyne Interferometrie KW - Nanopartikel KW - Particle size analysis KW - Extinction KW - Scattered light KW - Heterodyn interferometry KW - Nanoparticles KW - Nanopartikel KW - Interferenz KW - Interferometrie KW - Extinktion KW - Streulicht KW - Teilchenmesstechnik Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36008 ER - TY - THES A1 - Morales Henríquez, Carlos Javier T1 - W/O Emulsions : formulation, characterization and destabilization T1 - W/O Emulsionen : Formulierung, Charakterisierung und Destabilisierung N2 - This work refers to water in oil emulsion formulation, characterization and destabilization. These topics were studied in order to generate knowledge that could be used as a base for the treatment of highly stable W/O emulsions. Two types of emulsions were studied: synthetics and naturals; the last ones come from the crude oil production process of different Venezuelan regions. In this book, chapters 1 and 2 give an introduction to the research area and the theoretical background related with it, respectively. In chapter 3, the effect of surfactant content, water content, HLB value, alcohol content, salinity, emulsion volume, and mixing properties on water in paraffin emulsion stability was studied. Emulsion stability was determined by the amount of water and oil separated after 30 days. After finishing the variables scans, the most appropriate formulation conditions were established, and a formulation protocol was defined. Emulsion density and apparent viscosity were measured, and viscosity was modeled by the Power Law considering both shear rate and water content. Chapter 4 deals with emulsion characterization. Although some particle sizing devices have gained a lot of popularity, none of them is able to distinguish between drops and solids, and few are able to handle viscous oily samples. In this chapter the use of optical microscopy, enhanced by the use of digital video capabilities and image analysis software, to characterize oil production wastes is discussed. Several thousands of particles were counted and their projected areas were measured. A discussion is given about the different corrections required in order to extract the most reliable information from the image, overcoming some of the drawbacks of this kind of measurements. A new technique the so-called cross-linked method was developed to offer unique features like the determination of the fraction of droplets that exist in the form of non-coalesced agglomerates. When cross-linked with the results obtained by standard ASTM procedures, it is calculated the amount of disperse phase that exists in the form of submicron droplets or large free water drops that are usually not sampled for microscope slides. Chapters 5 and 6 deal with emulsion destabilization. In chapter 5, a variety of materials were used to investigate their applicability as so-called collector materials, to improve the destabilization and separation of water in oil emulsions stabilized by a non-ionic surfactant. The emulsion destabilization degree was determined by the amount of water and oil separated after centrifugation. The recovery of both phases was strongly dependent on the nature of the material, material/emulsion ratio, particle size, and contact time. By varying conditions, it was possible to increase the water separation from 0 (without material) up to 95%. In chapter 6, the effect of a DC electric field on W/O emulsions was evaluated. Electric field magnitude, water content, cell size, electrode design, and electrode coating were considered. Emulsion destabilization was improved by combining electric field, collector material and centrifugation. A comparison is given about the emulsion characteristics in terms of microscopy between both, synthetic and crude oil emulsions. N2 - Diese Arbeit bezieht sich auf Formulierung, Charakterisierung und Destabilisierung von Wasser in Öl Emulsionen. Diese Themen wurden studiert, um zu erfahren, wie man Emulsionen mit Hochstabilität behandeln und weiter verwenden kann. Zwei Arten von Emulsionen wurden betrachtet: synthetische und natürliche Emulsionen; die letzteren kommen vom Rohölproduktionsprozessen aus verschiedenen Venezuelanischen Regionen. In diesem Buch geben Kapitel 1 und 2 eine Einleitung zum Forschungsbereich und zum theoretischen Hintergrund. In Kapitel 3, wurde der Effekt des Tensidgehalts, des Wassergehalts, des HLB Wertes, des Alkoholgehalts, der Salzigkeit, des Emulsionsvolumens und der mischenden Eigenschaften auf Wasser in der Paraffinemulsionsstabilität studiert. Emulsionsstabilität wurde durch die Menge des Wassers und des Öls festgestellt, die nach 30 Tagen getrennt wurden. Nach der Fertigung der Variablenscans, wurden die passendsten Formulierungszustände hergestellt, und ein Formulierungsprotokoll wurde definiert. Emulsionsdichte und scheinbare Viskosität wurden gemessen, und Viskosität wurde durch das Potenz-Gesetz modelliert, die Scherrate und der Wassergehalt wurden mit einbezogen. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Emulsionen. Obwohl einige Techniken der Partikelcharakterisierung viel Popularität gewonnen haben, ist keine von ihnen in der Lage, zwischen Tropfen und Feststoffen zu unterscheiden, und nur wenige sind in der Lage, zähflüssige ölige Proben zu beurteilen. In diesem Kapitel werden Emulsionen von Erdölgewinnungsabfällen charakterisiert, mit Hilfe der optischen Mikroskopie, verbessert durch digitale Videotechnik und Bildanalyse-Software. Einige Tausende Partikel wurden gezählt und ihre projektierte Fläche wurde gemessen. Um die zuverlässigsten Informationen vom Bild zu extrahieren, ist es notwendig verschiedenen Korrekturen vorzunehmen. Eine neue Technik, die so genannte querverbundene Methode, wurde entwickelt. Damit ist es möglich die agglomerierte Tröpfchen zu beurteilen, die Menge der Zerstreuungsphase die in Form von Submikrontröpfchen existiert zu berechnen; oder große freie Wassertropfen, die normalerweise nicht bei der Mikroskopie sichtbar sind, zu berücksichtigen. Kapitel 5 und 6 beziehen sich auf die Destabilisierung von Emulsionen. In Kapitel 5, wurden verschiedenen Materialien verwendet, um ihre Anwendbarkeit als so genannte Kollektormaterialien zu erforschen, um die Destabilisierung und die Trennung des Wassers und des Öls in Ölemulsionen zu verbessern. Der Destabilisierungsgrad wurde durch die Menge des Wassers und des Öls bestimmt, die nach Zentrifugierung getrennt wurden. Die Wiederaufnahme beider Phasen war von der Art des Materials, des Verhältnisses des Materials/Emulsion, der Teilchengröße und der Kontaktzeit stark abhängig. Unter bestimmten Bedingungen, war es möglich, die Wassertrennung von 0% (ohne Material) bis auf 95% zu erhöhen. In Kapitel 6, wurde der Effekt eines DC-elektrischen Feldes an Emulsionen ausgewertet. Größe des elektrischen Feldes, Wassergehalt, Zellgröße, Elektrodendesign und Elektrodenbeschichtung wurden betrachtet. Emulsionsdestabilisierung wurde durch die Kombination des elektrischen Feldes, des Kollektormaterials und der Zentrifugierung verbessert. Mit Hilfe der Mikroskopie wurden die Emulsionseigenschaften von synthetischen und Rohöl Emulsionen verglichen. KW - Wasser-in-Öl-Emulsion KW - W/O Emulsionen KW - Emulsionsformulierung KW - Emulsionscharakterisierung KW - Emulsionsdestabilisierung KW - Kollektormaterial KW - W/O Emulsions KW - Emulsion formulation KW - Emulsion characterization KW - Emulsion destabilization KW - Collector material Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-6068 ER -