Fakultät Verfahrenstechnik
Refine
Year of publication
Document Type
- Article (52)
- Part of a Book (6)
- conference proceeding (article) (5)
- Report (5)
- Bachelor-/Diplom Thesis (3)
- conference proceeding (proceeding) (1)
- Master's Thesis (1)
- Other (1)
- Study Thesis (1)
Reviewed
Keywords
- Stirred media mill (3)
- Advanced stress model (2)
- Blockheizkraftwerk (2)
- Energy efficiency (2)
- Energy transfer coefficient (2)
- Thermoelektrik (2)
- 2-Trifluoroethanol 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinone 2-Pyrrolidone Vapor pressure NRTL Clausius-Clapeyron (1)
- 5GDHC (1)
- Axial grinding media filling degree (1)
- Battery recycling (1)
Institute
- Fakultät Verfahrenstechnik (75)
- Institut für Angewandte Wasserstoffforschung, Elektro- und Thermochemische Energiesysteme (8)
- Fakultät Werkstofftechnik (4)
- Energie Campus Nürnberg (2)
- Fakultät Maschinenbau und Versorgungstechnik (2)
- Fakultät für Elektrotechnik Feinwerktechnik Informationstechnik (2)
- Institut H2Ohm (1)
Caking ist ein häufig auftretendes Phänomen bei der Handhabung und dem Transport sehr feiner Pulver in verschiedenen Industriezweigen. Besonders oft tritt dieses Phänomen in den Bereichen der chemischen, pharmazeutischen, Lebensmittel- oder Bauindustrie auf. Charakteristisch für Caking ist die Bildung von störenden Klumpen und Anhaftungen, welche zu Betriebsunterbrechungen, Stillständen und Qualitätsabweichungen von Produkt führen können [1].
In Rahmen einer Vorlaufforschung wurde der Effekt von drei Additiven verschiedener Substanzklassen auf das Transport- und Trennverhalten von zwei Modellstoffen, Lactose und Kalkstein, untersucht. Der Wahl der Additive, Heptansäure, Triethanolamin und Natriumstearylfumarat, basierte auf den vorherigen Untersuchungen [2] – [4], welche sich mit geeigneten Mahlhilfen für Zerkleinerungsprozessen befassten. Zur Untersuchung des Trennverhalten wurden Experimente in einem Siebturm sowie einem Zick-Zack-Windsichter durchgeführt. Die Untersuchung des Transportverhaltens erfolgte mit Hilfe von Vibrationsrinnen. Ergänzend wurden Messungen der Partikel- und Agglomeratgrößen sowie die Bestimmung der Fließfähigkeit in einer Ringscherzelle durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigten, dass insbesondere die Zugabe von Heptansäure zur Veränderung der Pulvereigenschaften führte. Dabei lagen die beiden Modellstoffe in feinem Zustand vor und die Agglomeratenbildung wurde unterdrückt, während die Staubneigung von Pulvern deutlich zunahm. Die Zugabe von Triethanolamin führte im Fall der Lactose zu einer deutlichen Abnahme der Anhaftungsneigung bei einer leichten Zunahme der mittleren Agglomeratgröße. Im Fall von Kalkstein wurde dieses Verhaten jedoch nicht mehr beobachtet. Die Zugabe von Natriumstearylfumarat führte zu den geringsten Veränderungen im Verhalten der beiden Modelstoffe.
Im Allgemeinen haben die Untersuchungen gezeigt, dass das Verhalten von sehr feinen Pulvern nicht direkt mit der Partikel- oder Agglomeratgröße in Verbindung gebracht werden kann. Durch die Untersuchung der Fließfähigkeit mit der Ringscherzelle kann das Pulververhalten bei den Transport- und Trennvorgängen ebenfalls nicht prognostiziert werden. Demgegenüber haben gerade die Betriebsparameter und Oberflächengeometrien einen beträchtlichen Einfluss auf das Pulververhalten.
The transition to hydrogen is an important element of the sustainable transition of Germany’s industry. Regional German municipal utilities play a key role in this transition, as they are at the core position between local demand and regional supply. They play an important role when it comes to planned infrastructure development on the regional level. As energy infrastructure development is a long-term project, they need to deal with the hydrogen transition at a very early stage, including pilot projects, organizational changes, and business model adaptations. Yet, not much is known about how these entities organize the transition to hydrogen. Using a qualitative research approach, this study takes a dynamic-capability perspective to shed light on the hydrogen transition activities of German municipal utilities. Industry and other energy sector participants can learn
from these insights on how to organize the transition path towards hydrogen. Findings indicate that strong partnerships play a key role in identifying new opportunities and that balancing risk and benefit is a key challenge when it comes to realizing new technological hydrogen projects.
Caking ist ein häufig auftretendes Phänomen im Bereich des Transports und der Handhabung von feinen Pulvern. Charakteristisch für diesen Prozess ist das Entstehen von Agglomeraten und großen Klumpen, die an der Wandoberfläche haften und die Produktionsprozesse in Bezug auf Effizienz und Produktqualität negativ beeinträchtigen. Eine der kennzeichnenden Ursachen dafür sind die Wechselwirkungen zwischen Partikeln sowie zwischen Partikeln und Wand. Im Rahmen dieses Projekts wurden einerseits die Einflüsse von drei verschiedenen Additiven auf zwei Modellstoffe im Hinblick auf das Transport- und Trennverhalten untersucht. Andererseits wurden die ersten Schritte zur Entwicklung eines geeigneten Versuchsstandes unternommen, um die industrienahen Bedingungen des Partikel-Wand-Kontakts zu bewerten.
Influence of additives on classification and transportation efficiency in fine powder handling
(2023)
In this study, the effect of additives on very fine limestone powder was investigated for a fine limestone powder with regard to construction and pharmaceutical applications. Three different additives were considered in an attempt to reduce the tendency towards agglomeration and caking, which are occuring effect, reducing process efficiency and stability. The selection of these additives was based on their performance in previous studies on the limestone and lactose material systems during dry grinding [1] – [3]. Instead of grinding especially separation and transport processes were taken into account. To test the efficiency of the additives used, the sieving capacity of the powders, the separation behavior in a zig-zag air classifier as well as the flow behavior in a vibratory feeder were tested. Here, only the results of the sieve analysis for the additive heptanoic acid are described since heptanoic acid showed the most significant effect compared to the other additives. Additionally, the results of the dynamic image analysis, laser diffraction spectroscopy and the flowability measurements are provided and will be discussed.
[1] P. Prziwara, S. Breitung-Faes, und A. Kwade, „Impact of grinding aids on dry grinding performance, bulk properties and surface energy“, Advanced Powder Technology, Bd. 29, Nr. 2, S. 416–425, Feb. 2018, doi: 10.1016/j.apt.2017.11.029.
[2] L. Miethke, P. Prziwara, J. H. Finke, und S. Breitung-Faes, „Opposing Effects of Additives in Dry Milling and Tableting of Organic Particles“, Pharmaceutics, Bd. 13, Nr. 9, S. 1434, Sep. 2021, doi: 10.3390/pharmaceutics13091434.
[3] P. Prziwara, L. D. Hamilton, S. Breitung-Faes, und A. Kwade, „Evaluation of the capturing of dry fine particles between grinding media by drop-weight tests“, Powder Technology, Bd. 363, S. 326–336, März 2020, doi: 10.1016/j.powtec.2020.01.012.
Additives are applied to dry, fine powders to achieve a wide range of objectives, including the reduction of energy consumption, refinement of particle size distributions, enhancement of product throughput or dosing behavior. These modifications often result in improvements in flowability, a reduction in agglomeration tendency, decreased frictional resistance, and the development of anti-stick properties. While numerous individual studies have investigated various additives across diverse processes, many results remain fragmented, and a comprehensive understanding of the mechanisms underlying the actions of different additives is still lacking. Consequently, the selection of suitable additives continues to rely predominantly on empirical knowledge. In this work, the addition of liquid additives from various substance classes to powders was investigated in greater detail. In particular, the effects of additive incorporation on the behavior of powders during interactions with other materials were examined—whether during the admixing of additives in different mixing systems or upon contact with various surfaces in the fluidized state, using a specially developed experimental setup. While simple geometries and varying process parameters can be tested in the experimental rig, practical testing of the additive products was also conducted in more complex systems. Simultaneously, other properties—e.g., changes in surface energy, dusting propensity, or agglomerate strength—were also studied. The results obtained aim to broaden the understanding of the effects of specific additive classes on products from different perspectives, thereby increasing the transparency and soundness of the additive selection process for diverse future applications.
Caking stellt ein häufig auftretendes Phänomen dar, das beim Umgang mit und Transport von feinen Pulvern in verschiedenen Industrien auftritt. Besonders betroffen sind die chemische, pharmazeutische, Lebensmittel- und Bauindustrie. Dieses Phänomen ist durch die Bildung von Klumpen und Ablagerungen gekennzeichnet, die den Produktionsprozess stören, zu Stillständen führen und die Qualität des Endprodukts negativ beeinflussen können [1]. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeiten wird das Cakingverhalten eines fluidisierten Modellpulvers untersucht. Hierfür wurde ein eigens entwickelter Versuchsstand konzipiert, der es ermöglicht, das Verhalten des Pulvers in Abhängigkeit von verschiedenen Prozessparametern und Wandmaterialien praktisch zu analysieren. Ein besonderer Fokus der Studie liegt auf einer seit Jahren diskutierten [2] – [4], jedoch bislang nicht eindeutig beantworteten Frage: Hat die Wahl des Wandmaterials einen Einfluss auf das Cakingverhalten von Pulvern? In diesem Zusammenhang wurden insbesondere die Auswirkungen der Oberflächenenergie und der Oberflächenstruktur von Wandmaterialien untersucht. Die Versuchsbedingungen wurden gezielt so gewählt, dass der Einfluss des Wandmaterials unter trockenen Bedingungen bei Umgebungstemperatur beobachtet werden konnte und an reale Prozessbedingungen angepasst wurde.
Quellen
[1] U. Zafar, V. Vivacqua, G. Calvert, M. Ghadiri, und J. A. S. Cleaver, „A review of bulk powder caking“, Powder Technology, Bd. 313, S. 389–401, Mai 2017, doi: 10.1016/j.powtec.2017.02.024.
[2]: L. Ozmen und T. A. G. Langrish, „An Experimental Investigation of the Wall Deposition of Milk Powder in a Pilot-Scale Spray Dryer“, Drying Technology, Bd. 21, Nr. 7, S. 1253–1272, Jan. 2003, doi: 10.1081/DRT-120023179.
[3]: M. W. Woo, W. R. Wan Daud, S. M. Tasirin, und M. Z. M. Talib, „Effect of Wall Surface Properties at Different Drying Kinetics on the Deposition Problem in Spray Drying“, Drying Technology, Bd. 26, Nr. 1, S. 15–26, Dez. 2007, doi: 10.1080/07373930701781033.
[4]: P. Sundararajan et al., „Driving Spray Drying towards Better Yield: Tackling a Problem That Sticks Around“, Pharmaceutics, Bd. 15, Nr. 8, S. 2137, Aug. 2023, doi: 10.3390/pharmaceutics15082137.
Inbetriebnahme einer multifunktionalen Versuchsanlage zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse
(2025)
Ziel der Bachelorarbeit war es, die multifunktionale Versuchsanlage zur thermochemischen Umwandlung von Biomasse, die in zwei vorangegangenen Bachelorarbeiten sowie einem Projektkurs geplant und im Rahmen eines Vorlaufforschungsprojektes errichtet wurde, in die Infrastruktur des Technikums der Technischen Hochschule in Rednitzhembach zu integrieren. Dazu sollten fehlende Komponenten ergänzt, die Funktionalität aller Anlagenkomponenten überprüft und nötigenfalls überarbeitet werden. Nach der Inbetriebnahme sollten dann erste Versuche zur thermischen Nutzung von Biomasse durchgeführt werden. So wurde im Rahmen der vorliegenden Abschlussarbeit eine Abzugshaube – unter Berücksichtigung zukünftig geplanter Betriebsmodi und gegebener Anforderungen an den Explosionsschutz - konstruiert, gefertigt, montiert und diese mittels Edelstahlkaminrohren mit der bestehenden Absauganlage des Technikums verbunden. Es wurden weiterhin mehrere Schutzbleche als Windschutz für die offene Verbrennung unterhalb der Absaughaube und eine Medientrasse zur Versorgung der Anlage mit Strom, Druckluft und Stickstoff konstruiert, gefertigt und montiert. Mit der zu Beginn der Abschlussarbeit existierenden Elektroinstallation der Anlage waren einige Funktionen für den geplanten Betrieb nicht gegeben. Deshalb wurde ein Plan zur Überarbeitung der Schaltschrankkomponenten entwickelt, die nötigen Komponenten beschafft und die Funktionalität durch Implementierung der neuen Komponenten erweitert. Im Anschluss daran wurde ein LabVIEW-Programm entwickelt, das in der Lage ist, alle Messstellen der Anlage auszulesen, die gemessenen Werte auf einer grafischen Oberfläche anzuzeigen und als Zeitreihe in eine Excel-Datei zu exportieren, sowie sämtliche Aktoren unter Berücksichtigung verschiedener Sicherheitsmechanismen anzusteuern. Zur Messung verschiedener Differenzdrucke sind in der Anlage vier Messgeräte verbaut. Diese mussten vor der Inbetriebnahme zusammen mit den Nadelventilen zur Dosierung der Luft bzw. des Stickstoffes zur Spülung der Druckmessstellen verbunden werden. Im Zuge der Inbetriebnahme wurden die nötigen Spulgasmengen ermittelt. Außerdem wurde festgestellt, dass die initial verbaute Förderschnecke nicht in der Lage war, die verwendeten Holzpellets bis in den Reaktor zu fordern. Es wurde darum eine neue, längere Förderschnecke beschafft, diese mit der ursprünglichen kombiniert, um den Brennstoff sicher bis in den Reaktor fördern zu können und in der Anlage erfolgreich getestet. Im Rahmen der kalten Inbetriebnahme wurde neben der Funktionalität der Fördereinheit auch die Funktionstüchtigkeit der Ascheschieber, die Absaugleistung des Saugzuggebläses des Technikums und die Temperatur der durch ein keramisches Heizelement erzeugten Zündluft getestet. Vor der heißen Inbetriebnahme wurde eine Gefährdungsbeurteilung erarbeitet und die theoretisch nötigen Luftmengen für die Vergasung in der Primärzone und vollständige Verbrennung in der Sekundärzone ermittelt.
Die ersten heiße Inbetriebnahmen erfolgten zunächst im Batchbetrieb, ohne Förderschnecke. Dabei konnte die Primärzündung mittels Heißluftgebläses erfolgreich getestet und ein reibungsloser, nahezu vollständiger Ausbrand nach der Zündung der Schwelgase mittels Propanbrenners beobachtet werden. Die Zündung der Schwelgase in der Sekundärbrennzone konnte durch das verwendete elektrische Heizelement nicht erreicht werden.
Zuletzt wurde die Anlage mit der verlängerten Förderschnecke in Betrieb genommen. Über mehrere Stunden konnte ein nahezu stationärer Betrieb gewährleistet und die automatische Brennstoffförderung erprobt werden.
Im Rahmen der Projektarbeit wurden alle wesentlichen planerischen Schritte, zur Realisierung einer Versuchsanlage zur experimentellen Untersuchung von Stickoxidminderung, Partikelabscheidung und Effizienzsteigerung mittels eines kombinierten Rauchgasreinigungssystems, durchgeführt. Dazu wurde zunächst eine Literaturrecherche zu den Themen Korrosion, Ablagerungsbildung und Arbeitsschutz, im Hinblick auf potenziell explosive Verbindungen wie Ammoniumnitrat und Ammoniakemissionen im Kontext der SNCR-Technik durchgeführt. Anschließend erfolgte die Klärung und Festlegung der Design-Basis unter Berücksichtigung relevanter Parameter wie Brennstoffqualitäten, Emissionsgrenzwerte und Feuerungsleistungsbereiche. Auf Basis dieser Grundlagen wurde ein R&I-Fließschema für die Gesamtanlage erstellt. Dabei wurden alle wesentlichen Prozessschritte – Biomassekessel, Harnstoffeindüsung, Metallgewebefilter und Gaswäscher – sowie Messstellen dargestellt. Anschließend wurden Energie- und Massenbilanzen für die wesentlichen Prozessschritte aufgestellt. Es erfolgte eine grobe Aufstellungsplanung im Technikum Rednitzhembach sowie eine Marktanalyse zu verfügbaren Düsen und Pumpen, mit welchen die Harnstoffeindüsung realisiert werden könnte.
In der vorliegenden Arbeit wird ein vorgemischter Holzgasbrenner zur Gewährleistung einer vollständigen, emissionsarmen Verbrennung der brennbaren Bestandteile von Holzpellets, be-ziehungsweise Holz, entwickelt. Dieser stellt einen Aufsatz für eine bestehende Anlage im Technikum der Technischen Hochschule Nürnberg dar. Bei der Auslegung des Brenners werden Druckverluste unter Einhaltung eines maximalen Druckverlustes von 12 Pa minimiert und Ver-schmutzungsaspekte berücksichtigt. Mit der Zusammensetzung von Holzgas und der Verbren-nungsrechnung werden die Holzgas-, Primär- und Sekundärluftströme und somit die Volumen-ströme bestimmt. Weiter werden die Stoffdaten von Holzgas und dem Holzgas-Luft-Gemisch bestimmt. Die Recherche und Berechnung nötiger Kennwerte liefert mit den Volumenströmen und Stoffdaten die Basis der Auslegung. Diese ergibt, dass der Brenner nach den Erkenntnissen dieser Arbeit aufgrund zu hoher Druckverluste keine Flammensperre beinhalten kann. Der vor-gemischte Holzgasbrenner besteht somit aus Flammenabfuhr, statischem Mischer der gleich-zeitig als Strahlungsentkopplung fungiert und Brennermund. Zuletzt werden die Bauteile des vorgemischten Holzgasbrenners konstruiert und Zeichnungsableitungen erstellt. Die Vorgabe des maximalen Druckverlusts kann eingehalten werden. Zudem ist eine Reinigung möglich und Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen gewährleistet, da auf eine modulare Bauweise mit zerlegbaren Elementen geachtet wird. Der vorgemischte Holzgasbrenner ist mit einem Druckverlust von 6,7 Pa und einer Bauhöhe von 27,3 cm unter Erfüllung der Anforderungen ausgelegt.