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 - 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 - 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 - 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 - 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 -