Download - 2014.08.27 Praktikumsbericht I. Mirchev
Praktikumsbericht
Untersuchung zur induktiven Beheizung mit
Eindüsung in Wirbelschichtapparaten
Vorbereitet von: Ivo Mirchev
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. –Ing. habil. Dr. h. c. Lothar Mörl
Betreuer der Arbeit: Dipl.-Ing. Vesselin Idakiev
27.08.2014, Magdeburg
Aufgabenstellung
Thema der Arbeit:
Untersuchung zur induktiven Beheizung mit Eindüsung in
Wirbelschichtapparaten
Außer der konventionellen Methode des Energieeintrags in Wirbelschichten durch
Konvektion, kann der Energieeintrag in Wirbelschichten auch durch Induktion mit Hilfe
von elektrisch leitfähigen Inertpartikeln und einem elektromagnetischen Feld realisiert
werden. In diesem Fall ist nicht das Fluidisationsgas der Energieträger, sondern es sind
die elektrisch leitenden Inertpartikeln (z.B. Eisenhohlkugeln) in der fluidisierten
Partikelschüttung, auf welche über ein Induktionsfeld Energie übertragen wird. Auf der
Oberfläche dieser Teilchen wird die Wärme direkt in der Wirbelschicht freigesetzt. Da
hier die Wärme über eine insgesamt sehr große Oberfläche an das Wirbelgut
abgegeben wird, kann eine sehr hohe Energiedichte und schließlich hocheffiziente
Wärmeübertragung erreicht werden. Auf diesem Wege kann die Energieeffizienz der
Wirbelschichtprozesse deutlich gesteigert werden.
Oft finden in Wirbelschichten Prozesse mit Eindüsung von reinen Flüssigkeiten oder
Suspensionen statt. Der Einfluss der Eindüsung auf die Effizienz der induktiven
Beheizung ist aber bis jetzt wenig bekannt. Deshalb ist die Untersuchung des induktiven
Energieeintrags mit Eindüsung das Ziel dieser Praktikumsarbeit. Es sollen
Aufheizversuche bei Eindüsung einer reinen Flüssigkeit (z.B. Wasser) durchgeführt
werden. Ziel ist die Ermittlung der Auswirkungen auf die Prozessdynamik. Das Aufheiz-
und Abkühlverhalten des Schichtmaterials soll dabei in Abhängigkeit von der Eindüsung
untersucht und entsprechende Korrelationen abgeleitet werden.
Zur Erreichung der Zielstellung sollen folgende Arbeitspakete vorgenommen werden.
Nr. Arbeitspaket Realisierungszeitraum
AP 1
Einarbeitung in das Thema der „Induktiver
Energieeintrag in Wirbelschichten“ durch Analyse von
Vorarbeiten und Literatur- und Patentrecherchen
01.07.14 – 01.08.14
2
AP 2
Untersuchung des induktiven Energieeintrages im
Labormaßstab mit Eindüsung einer reinen Flüssigkeit
(Wasser) bei
niedriger und hoher Leistungsdichte des Magnetfeldes
niedrigen und hohen Gasgeschwindigkeiten
unterschiedlichen Versuchsmaterialien und deren
Schichtmassen
unterschiedlichen Prozessparametern der Eindüsung
Ableitung einer Korrelation zur Bestimmung
des Einflusses der Eindüsung auf die Dynamik,
d.h. auf das Aufheiz- und Abkühlverhalten des
Schichtmaterials
15.07.14 – 01.08.14
AP
3
Anfertigung und Endauswertung der
Praktikumsarbeit 01.08.14 – 29.08.14
Die Arbeit ist in den Forschungskomplex NaWiTec-Energie an der Otto-von-
Guericke-Universität Magdeburg integriert. Sie wird in deutscher Sprache
angefertigt und in Magdeburg vorverteidigt.
Die Praktikumsarbeit ist in enger Zusammenarbeit mit dem Bachelor-Student
Herrn Zahari Tonev anzufertigen.
Beginn der Bearbeitung des Themas: 01.07.2014
Ende des Bearbeitungszeitraumes: 29.08.2014
Betreuer der Arbeit: Verantwortlicher
Hochschullehrer:
__________________________________ ________________________________________
3
Dipl.-Ing. Vesselin Idakiev Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Lothar Mörl
4
Selbständigkeitserklärung
Hiermit erkläre ich, dass den von mir vorbereiteten Praktikumsbericht zum Thema:
Untersuchung zur induktiven Beheizung mit Eindüsung in
Wirbelschichtapparaten
selbständig und mit der Anwendung von angegebenen Literatur ohne Hilfe von Dritter
geschrieben ist. Direkt oder indirekt übernommenen Gedanken oder andere
verschiedenartige Information aus fremden Quellen ist als solche vermerkt.
Magdeburg, 27.08.2014
Ivo Mirchev
5
Inhaltsverzeichnis
Aufgabenstellung...........................................................................................................2
Selbständigkeitserklärung............................................................................................4
Abbildungsverzeichnis..................................................................................................6
Nomenklatur...................................................................................................................8
Motivation.....................................................................................................................10
Summary.......................................................................................................................11
1. Theoretische Grundlagen........................................................................................12
1.1 Wirbelschichttechnik.............................................................................................12
1.1.1 Berechnung der Wirbelschicht...................................................................12
1.1.2 Geldartklassifikation...................................................................................13
1.2 Induktionstechnik..................................................................................................16
2. Experimentelle Untersuchungen............................................................................17
2.1 Wirbelschichtversuchsanlage DN 300..................................................................17
2.2 Messtechnik..........................................................................................................20
2.2.1 Multifunktionsmesskoffer...............................................................................21
2.3 Versuchsmaterialien.............................................................................................22
2.4 Versuchsplan........................................................................................................22
2.5 Versuchsdurchführung.........................................................................................22
3. Ergebnisse................................................................................................................23
3.1 Einfluss der Induktionsleistung.............................................................................23
3.2 Einfluss von der eingedüsten Wassermenge.......................................................26
3.3 Aufheiz- und Abkühlzeiten....................................................................................29
3.4 Betrachtungen der zudosierbaren Wassermenge................................................31
Zusammenfassung......................................................................................................34
Ausblick........................................................................................................................34
Literaturverzeichnis.....................................................................................................35
6
Abbildungsverzeichnis
1.1 Schüttgutgruppen nach Geldart (Veselinov, 2013)…………………………….….…13
1.2 Zustände der Wirtbelschicht ……..……………….................................................14
1.3 Magnetfeld einer Spule …………………………………….……………....................16
1.4 Skineffekt bei dem induktiven Wärmeeintrag (Roßau, 2013)……………………….17
2.1 Schema der Wirbelschichtanlage……………………………………………………...18
2.2 Sauggebläse……………………………………………………………………………..19
2.3 Trumpf TruHeat MF 3040 Generator………………………………………………….19
2.4 Zweistoffdüse…………………………………………………………………………….20
2.5 Schlauchpumpe IKA…………………………………………………………………….20
2.6 TESTO Feuchtemessgerät………………………………………………………….….21
2.7 Multifunktionsmesskoffer………………………………………………………………..21
3.1 Einfluss der Induktionsleistung auf die Gasaustrittstemperatur bei m = 5500 g; wL =
1,8 m/s; mW= 0,4 MWmax …………………………………………………………….……..24
3.2 Einfluss der Induktionsleistung auf den Wirkungsgrad bei m = 5500 g; wL = 1,8 m/s
; mW= 0,4 MWmax ………………………………………………….…………………….24
3.3 Abweichung vom Schichtdruckverlust bei m = 5500 g, wL = 1,8 m/s ; mW= 0,4 MWmax
………………………………………………………………………………………...25
3.4 Einfluss der eingedüsten Wassermenge auf die Gasastrittstemperatur bei m = 5500
g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18 kW ………………………………………………………..…...…27
3.5 Einfluss der eingedüsten Wassermenge auf den Wirkungsgrad bei m = 5500 g, wL =
1,8 m/s, Pind = 18 kW ……………………………………………………………..……….…27
3.6 Abweichung vom Mittelwert des Schichtdruckverlustes bei m = 5500 g, wL = 1,8
m/s, Pind = 18 kW ……………………………..………………………………………….…..28
3.7 Temperaturverlauf bis zum stationären Zustand im Induktionsbereich bei m = 5500
g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18 kW; mW= 0,4 MWmax …………………………………….…….30
3.8 Temperaturverlauf bis zum stationären Zustand nach dem Induktionsbereich bei m
= 5500 g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18 kW;mW= 0,4 MWmax … …………………………..….30
3.9 Verlauf der Temperatur und der Feuchte bei m = 5500 g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18
kW; mW= 0,4 MWmax ……………………………………..…………………………………31
3.10 Vergleich zwischen den gemessenen Werten des Testo Feuchtemessgerätes
und des Multifunktionsmesskoffers..............................................................................33
7
Tabellenverzeichnis
1.1 Besonderheiten der Wirbelschichtzustände……….………………….…..……........15
2.1 Eigenschaften des verwendeten Materials …….………………………..….…….….22
2.2 Versuchsprogramm……………………………………………………………………...22
3.1 Übersicht über die Ergebnisse ohne – und mit Eindüsung bei verschiedenen
Induktionsleistungen bei m = 5500 g; wL = 1,8 m/s; mW = 0,4
M*wmax………………………………………………………………………....…………….26
3.2 Übersicht über die Ergebnisse mit/ohne Eindüsung bei m = 5500 g;, wL = 1,8 m/s;
Pind = 18 kW………………………………………………………………………..…………29
3.3 Übersicht über die gemessenen und berechneten Werte des
Wassermassenstromes bei m = 5500 g; wL = 1,8 m/s; Pind = 4 kW; mW= 0,4 MWmax
………………………...……………………………………………………………….32
8
Nomenklatur
Lateinische Buchstaben
Symbol Beschreibung Einheit
Ar Archimedes-Zahl [-]
d32 Sauterdurchmesser [m]
I Stromstärke [A]
m Masse [kg]
N Windungszahl [-]
P Leistung [kW]
∆ p Differenzdruck [Pa]
Q Wärme [kJ]
R Elektrischer Widerstand [Ω]
ℜ Reynolds-Zahl [-]
t Zeit [sec]
T Temperatur [C°]
U Elektrische Spannung [V]
V Volumen [m3]
V Volumenstrom [m3/h]
w Geschwindigkeit [m/s]
Griechische Buchstaben
∆ Differenz [-]
η Wirkungsgrad [-]
ρ Dichte [kg/m3]
φ Luftfeuchtigkeit [%]
ψ Kreisfrequenz [1/s]
9
Motivation
Die Wirbelschichttechnologie nimmt seit vielen Jahren immer mehr an Bedeutung.
Diese Technologie findet Anwendung in vielen Branchen und viele physikalischen
Prozessen wie z.B. Coating, Feststofftrocknung, Absorption, Agglomeration u.s.w finden
in Wirbelschichten statt. Aufbauend auf der Dissertation von Frau Dr. Ing. A. Roßau, in
welcher erste Untersuchungen zum Einfluss magnetischer Felder auf Wirbelschichten
aus elektrisch leitenden Inertpartikeln durchgeführt wurden, werden weitere Versuche
mit dem Ziel Optimierung des induktiven Energieeintrages durchgeführt. In dieser
Praktikumsarbeit wurde die Erwärmung einer Wirbelschicht mit induktiver Beheizung
untersucht und optimiert.
Die vorliegende Praktikumsarbeit wird im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts zum
Thema „Reduzierung des Energieaufwandes bei der Partikelformulierung in
Wirbelschichtprozessen“ angefertigt.
Das Ziel dieses Projektes ist eine neue Methode von Wärmeeintrag in der Wirbelschicht
(Wärmeeintrag durch induktive Beheizung) zu untersuchen und zu beweisen, dass
diese alternative Methode im Fall einen Batch-Prozess eine höhere Effizienz als die
konventionelle Beheizung besitzt.
Das Ziel dieser Praktikumsarbeit ist die Untersuchung des induktiven Energieeintrags
mit Eindüsung einer reinen Flüssigkeit (Wasser). Um dieses Ziel zu erreichen, werden
Aufheizversuche mit Wassereindüsung in einer Wirbelschichtanlage DN 300
durchgeführt.
Im Kapitel 1 werden die theoretischen Grundlagen und die Vorteile der Wirbelschicht-
und Induktionstechnik vorgestellt. Danach werden die Versuchsanlage,
Versuchsdurchführung und Materialien beschrieben.
Kapitel 3 beinhaltet die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen. Der Einfluss
der variierten Parameter (Generatorleistung und eingedüste Wassermenge) auf den
Wirkungsgrad, das Pulsationsverhältnis und die Temperaturveränderungen werden hier
vorgestellt. Die Resultate werden zusammengefasst und es wird eine Schlussfolgerung
über die Auswirkung der Eindüsung auf die Prozessdynamik gemacht.
Diese Praktikumsarbeit wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Bachelor-
Student Zahari Tonev angefertigt.
10
Summary
For many years, the fluidized bed technology has had an increasing importance. This
technology is used in many sectors, as well as during many physical processes like
coating, drying of solid materials, absorption, agglomeration etc. On the basis of the
dissertation of Dr.-Ing. A. Roßau, in which the first experiments associated with the
influence of a magnetic field on a fluidized bed consisting of electrically conducting
particles are shown, more tests were carried out, which aim was the optimization of
the inductive energy input. Many of the benefits of fluidized bed and inductive technol-
ogy are used during the practical work, aiming to investigate and optimize the process
of inductive heating of a fluidized bed.
This report is made as part of the BMBF-research project, which is on the subject-mat-
ter of “Reducing the energy consumption of particles formation in the fluidized bed pro-
cesses”.
The aim of the project is the examination of new heat input methods (inductive heat-
ing) used in fluidized bed technology and also to prove that this approach in the case
of Batch processes is more efficient than the convectional heating method.
The aim of the report is the examination of the inductive energy input with the added
factor of spraying a pure liquid (water). To achieve this goal many tests involving in-
ductive heating were carried out on a DN 300 fluidization installation.
Chapter 1 shows the theoretical overview and the meaningful advantages of the induc-
tion and the fluidized bed technology. After that the used apparatus and the material
used for the experiments is introduced and the path of making the experiments is de-
scribed.
The results of the experiments are shown in chapter 3. The influence of the varied pa-
rameters (generator power and amount of sprayed water) on the process efficiency,
the fluidized bed behavior and the temperature change are described. The results then
are then summed up and a general conclusion of the impact of the sprayed water fac-
tor on the process dynamics is drawn.
The report was done in collaboration with a bachelor student Zahari Tonev.
11
1. Theoretische Grundlagen
1.1 Wirbelschichttechnik
Die Wirbelschichttechnik wird seit vielen Jahren in der Industrie verwendet. Diese
Technologie setzt man für viele physikalische Prozesse wie Trocknung, Coating,
Absorption ein und ist von großer Bedeutung.
Eine Wirbelschicht wird eine Schüttung von Feststoffteilchen genannt, welche durch
eine aufwärtsgerichtete Strömung eines Fluids in einen fluidisierten Zustand versetzt
wird.
In der Literatur sind 3 Phasen der Wirbelschicht beschrieben. Bei niedrigen
Fluidgeschwindigkeiten verhalten sich die Partikel als Festbett. Während sich die
Schütthöhe nicht vergrößert, steigt der Druckverlust linear mit bei Erhöhung der
Gasgeschwindigkeit. Wenn der Druckverlust des durchströmenden Fluides mit dem
Druck, der von dem Schüttgut auf den Anlagenboden ausgeübt ist, gleich ist, wird
Wirbelschicht entstehen. Ist diese Lockerungsgeschwindigkeit erreicht, bleibt der
Druckverlust auch bei höherer Geschwindigkeit über den gesamten Bereich der
Wirbelschicht konstant. Minimale Anstiege bei dem Druckverlust werden durch
steigende Reibungskräfte an der Wand aufgeklärt. Mit der Erhöhung der
Gasgeschwindigkeit kann eine größere Fluktuation (Druckschwankungen) beobachten
werden. Nicht nur wird das Volumen zwischen den einzelnen Partikeln in der Kammer
verbreitet, aber auch wird die Schichthöhe gestiegen. Nach der stationären
Wirbelschicht, ist der Austragspunkt bei einer gewissen Geschwindigkeit erreicht.
Dieser ist der Anfangspunkt der sogenannten Förderung. In diese Phase werden die
Partikeln aus der Kammer ausgetragen und das führt zu einer Entleerung des
Wirbelraumes.
12
Abb 1.2 Zustände der Wirtbelschicht (KaloGeo Innovationstechnologien)
Tabelle 1.1. Besonderheiten der Wirbelschichtzustände
Bereich der ruhenden
Schüttung (Festbett)
Bereich der Wirbelschicht
(Fließbett)
Bereich der Förderung
1) V- const
2) Druckverlust ∆p ↑
3) bis zur wL
1) ∆p - constant
2) von wL bis zur wA
1) Geschwindigkeit und ∆p ↑
2) Austrag der Partikeln
Die Wirbelschicht hat folgende Vorteile:
Intensiver Wärmeaustausch dank des Kontakts zwischen den Teilchen
Die Wirbelschicht verhält sich ähnlich einer Flüssigkeit und das ist vorteilhaft
um die Feststoffe einfacher zu transportieren und zu bedienen (Lazarova,
2013).
Es gibt aber auch einige Nachteile dieser Technologie:
Wegen der intensiven Schüttung von der Schicht können die Feststoffteilchen ihre Struktur verändern und
Es besteht die Möglichkeit diesen Teilchen im Laufe des Prozesses zu zerbrechen
13
Das Wirbelschichtverfahren hat eine große Bedeutung in Wirbelschichttrocknern bei der
Trocknung granularer Medien, bei Feuerungen von Kohle, Ersatzbrennstoffen oder
Klärschlamm oder auch bei der Kaffee-Röstung.
1.1.1 Berechnung der Wirbelschicht
Die verschiedenen charakteristischen Gasgeschwindigkeiten lassen sich durch
empirische Formel mittels der dimensionslosen Archimedes- und Reynolds-Zahlen
beschreiben.
Die Arhimedes-Zahl ist nur von dem Partikeldurchmesser d p abhängig und ist nötig für
weitere Ausrechnungen.
Ar=g ∙d p
3 ∙(ρfest−ρgas )ϑgas
2 ∙ ρgas
(1-1)
Im Gegensatz zu der Archimedes-Zahl ist die Reynolds-Zahl nicht nur von dem Partikeldurchmesser
d p, aber auch von der Lehrrohrgeschwindigkeit w abhängig. Die Raynolds-Zahl gibt Information über
den Strömungszustand in der Wirbelschicht und stellt das Verhältnis zwischen Trägheitskraft und
Zähigkeitskraft dar.
ℜ=w∗d pϑGas
Auf Grund der verschiedenen Geschwindigkeiten bei der Lockerungs-und Austragspunkt, gibt es
Reynolds-Zahl am Lockerung- und Austragspunkt.
Bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten wird der Existenzbereich von der
Lockerungsgeschwindigkeit begrenzt und man benutzt diese Formel:
ℜL=Ar
1400+5,22√ Ar(1-3)
Bei Zunehmen der Gasgeschwindigkeit und Erreichen der Austragspunkt wird eine
andere Gleichung benutzt:
ℜA=Ar
18+0,61√Ar(1-4)
1.1.2 Geldartklassifikation
14
(1-2)
Die Eigenschaften der Festoffpartikeln haben einen großen Einfluss auf das
Fluidisationsverhalten in Gas-Feststoff-Wirbelschichten. Anhand seiner
Untersuchungen hat D.Geldart vier verschiedene Typen von Schüttgütern voneinander
unterschieden und hat sie im sogenannten Geldart-Diagramm beschrieben.
Abb. 1.1: Schüttgruppen nach Geldart (Veselinov, 2013)
Gruppe A - Die Partikelgröße liegt zwischen ca. 20…100 μm, die Partikeldichte
unter ca. 1400 kg/m³. Charakteristische Eigenschaften für diese Gruppe sind
hohe Anziehungskräfte zwischen den Partikeln. Im Gegensatz zu dieser
Erscheinung werden die Feststoffpartikeln leichter fluidisiert (Veselinov, 2013).
Die meisten pulverförmigen Katalysatoren zählen zu dieser Gruppe.
Gruppe B - Die Partikelgröße liegt zwischen ca. 40…500 μm, die Partikeldichte
bei ca. 1400…4500 kg/m³. Charakteristisch für diese Gruppe ist die
Blasenbildung, die nach dem Lockerungspunkt anfängt. Vertreter dieser
Gruppe sind z.B Sand.
Gruppe C – Die Partikeln der Gruppe C können durch ihre geringe Größe, aber
auch durch ihre klebrigen und unregelmäßig geformten Oberflächen
beschrieben werden. Die Fluidisation wird von höhen Kohäsionskräften
zwischen den Partikeln erschwert. Charakteristisch ist eine Bildung von
Partikeltropfen oder Strömungskanäle. Ein Bespiel dieser Klasse ist Mehl.
Gruppe D - Die Partikelgröße liegt hier bei über 600 μm bei sehr hohen
Partikeldichten. Die Vertreter dieser Gruppe zeichnen sich durch große Dichte
und große Partikeldurchmesser aus. Für ihre Fluidisation sind große
Gasgeschwindigkeiten notwendig.
15
Die Eisenhohlkugeln, die für die Versuche im Rahmen dieser Praktikumsarbeit
benutzt waren, sind ein Teil der Vetreter der Gruppe D.
16
1.2 Induktionstechnik
Die Induktionstechnik ermöglicht in speziell aufgebauten Anlagen die Effekte des
induzierten Magnetfeldes zu verwenden. Eine hohe Effizienz durch kurze Aufheiz- und
Abkühlzeiten ist charakteristisch bei vielen Prozessen, die mit Induktivem
Wärmeeintrag durchgeführt sind.
Abbildung 1.3 Magnetfeld einer Spule (www.peraugym.at 20.08.2014)
Elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt bei verschiedenen Prozessen. Bei
der induktiven Erwärmung entsteht auch Joulesche Wärme, die das Resultat der
induzierten Ströme ist.
Wenn durch eine Induktionsspule (Leiter 1) Strom durchfliest, wird ein magnetisches
Feld erzeugt. Dieses Feld kann Veränderungen des Verhaltens in der Schicht
verursachen. Die Sekundärspule erzeugt Induktionsstrom und die dementsprechende
Spannung kann nach dem Faraday´schen Gesetz berechnen:
Uind = dϕdt (1-1)
Hier als Leiter 2 oder Sekundärspule ist das verwendete Versuchsmaterial benutzt,
wegen der physikalischen Eigenschaften (Eisenhohlkugeln, angefertigt aus elektrisch-
leitenden Material).
Der Widerstand R der Sekundärspule ist die Ursache für Entstehung des induzierten
Stromflusses. Je größer der Widerstand ist, desto größer ist die freigesetzte Wärme
(Roßau, 2013):
Q = R * Iind2 * t (1-2)
17
Die Hysteresewärme entsteht durch Reibungseffekt der magnetischen Dipole bei einer
Ummagnetisierung in dem Wechselfeld. Diese Hysteresewärme wird bis zum
Erreichen der Curie-Temperatur frei. Wenn diese Temperatur erreicht wird verlieren
diese ferromagnetischen Materialien ihren Ferromagnetismus.
Wenn der Strom im Leiter 2 durch eine Selbstinduktion des Werkstückes nach außen
gedrängt wird fließt an der Oberfläche des Materiales. So entsteht der sogennante
Skineffekt (siehe Abbildung 1.3).
Abbildung 1.4 Skineffekt bei der induktiven Wärmeeintrag (Roßau, 2013)
Der Skineffekt kann als einen Vorteil gesehen werden, weil man nicht die ganze
Partikelmasse erwärmt, sondern die Oberfläche, die für den direkten Wärmeübergang
wichtig ist.
Prozesse, die mit Induktionserwärmung verbunden sind, haben Vorteile wie hohe
Effizienz bei kurzen Aufheiz- und Abkühlzeiten. Diese Prozesse werden als
energiesparend bezeichnet. (Roßau, 2013)
2. Experimentelle Untersuchungen
2.1 Wirbelschichtversuchsanlage DN 300
Alle Versuche dieser Praktikumsarbeit wurden an einer konischen
Wirbelschichtversuchsanlage DN 300 (siehe Abbildung 2.1) durchgeführt. Das
Gebläse (siehe Abbildung 2-2) saugt Luft aus der Umgebung an und nachdem wird
die Luft durch einen Anströmboden (mit einem Öffnungsverhältnis von ca. 30 %) in die
Wirbelschichtkammer eingebracht. Bevor die Luft wieder in die Umgebung
ausgetragen wird, geht erstens in ein Zyklon und dann in einen Filter, wo
ausgetragene Partikel (grobe und staubige Partikel) abgeschieden werden.
18
Abb.2.1 Schema der Wirbelschichtanlage DN 300 (Vorsprach, 2014)
Der Körper der Anlage besteht aus einem Stahlzylinder. Die Wirbelschichtkammer ist
aus Borosilikatglas angefertigt. Das Borosolikatglas besitzt viele physikalische
Eigenschaften wie hohe Wärmeresistenz, geringe Wärmeausdehnung und hohe
chemische Resistenz. Das Borosolikatglas ist kein elektrisch leitendes Material und
wird daher nicht induktiv beheizt. Außerdem wird die visuelle Beobachtung der
Fluidisierung während des Versuchs ermöglicht.
19
Abbildung 2.2 Sauggebläse
Für die Erwärmung der elektrisch leitenden Inertpartikel ist die Induktionsspule mit drei
Windungen verantwortlich. Diese wird mittels einer Gartenwasserpumpe der Marke
Gardena 6000/6 inox mit kaltem Wasser gekühlt. Das Abkühlen verhindert das
Überhitzen des Systems und gleichzeitig hilft den elektrischen Widerstand konstant zu
halten. Der Generator Trumpf TruHeat MF 3040 der Firma Hüttinger Elektrik GmbH +
Co. KG ist für die elektrische Versorgung verantwortlich.
Abb. 2.3 Trumpf TruHeat MF 3040 Generator
In der Wirbelschichtkammer befindet sich eine Zweistoffdüse der Firma Schlick (siehe
Abbildung 2-4).
20
Abb. 2.4 Zweistoffduse
Das Wasser für die Düse wird von einer Schlauchpumpe gefördert. Die eingedüste
Flüssigkeit wird durch eine Messwaage gemessen.
Abb. 2.5 Schlauchpumpe IKA
2.2 Messtechnik
Für die Messung der Temperaturen in der Wirbelschichtanlage wurden vier
Thermoelemente eingesetzt. Es wurden die Umgebungs- und 3 Austrittstemperaturen
gemessen.
Die Eintritts- und Austrittsfeuchtigkeit der Luft werden von Feuchtesensoren der Firma
TESTO (siehe Abbildung 2.6) gemessen.
21
Abb. 2.6 Feuchtemessgerät der Firma Testo
Für den Gasvolumenstrom wird eine nach EN ISO 5167-2 genormte Messblende, die
einen Durchmesser von 100 mm hat, verwendet. Der Innendurchmesser des Rohres
vor und hinter der Blende ist insgesamt 150 mm.
2.2.1 Multifunktionsmesskoffer
Abb. 2.7 Multifunktionsmesskoffer
Mit dem multifunktionalen Messkoffer können verschiedene Daten erfasst und
gespeichert werden und mit dem Messsoftware DASYLab 10 die Daten visuell gezeigt
werden. Der Messkoffer verfügt über 4 Temperatur- und 3 Messsensoren. Die Daten
werden gespeichert und mit Microsoft Excel bearbeitet.
22
2.3 Versuchsmaterialien
Für die experimentellen Untersuchungen wurden Eisenhohlkugeln mit bestimmten
Parametern verwendet. Bevor das Material für die Versuche verwendet wurde, wurden
seine physikalischen Charakteristiken bestimmt. Die wichtigsten Eigenschaften und
fluiddynamischen Charakteristiken dieses Materials sind in der folgenden Tabelle
dargestellt.
Tabelle 2.1 Eigenschaften des verwendeten Materials
Material d32
[mm]
ρscheinbar
[kg/m3]
ρschütt
[kg/m3]
Ar
[-]
wL
[m/s]
wA
[m/s]
EHK 3,224 598,6 372,7 727370 0,578 6,287
2.4 Versuchsplan
In Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden 12 Versuche durchgeführt um den Einfluss
verschiedener Betriebsparameter auf die Temperatur, den Wirkungsgrad und die
Dynamik der Schicht zu untersuchen. Die variierten Parameter sind die eingebrachte
elektrische Leistung und die dosierte Wassermenge. Alle Werte dieser Parameter
werden in der folgenden Tabelle 3 ausführlich gezeigt.
Tabelle 2.2 Versuchsprogramm
Material Schichtmasse
(g)
Luftgeschwindigkeit
(m/s)
Eingebrachte
Leistung
(kW)
Eingedüste
Wassermenge
EHK 5500 1,8 (3*wL)
10
14
18
0,2* Mwmax
0,4* Mwmax
0,6* Mwmax
Mwmax
Die variierten Parameter sind fett gezeigt.
2.5 Versuchsdurchführung
Um eine gute Vergleichbarkeit zwischen den Versuchen zu verwirklichen, wurden alle
Versuche bei gleichen Bedingungen durchgeführt.
23
Eine bestimmte Menge von Eisenhohlkugeln (5500 g) wird in die Wirbelschichtkammer
eingebracht. Eine bestimmte elektrische Leistung (10, 14 oder 18 kW) wird auf dem
Generator eingestellt. Der Generator und die Induktionsspule wurden hier gleichzeitig
mit kaltem Wasser gekühlt. Die Zweistoffdüse soll mit Wasser eingefüllt und
ausprobiert werden. Danach soll der Gasmassenstrom von Sauggebläse eingestellt
werden. Die Versuchsaufzeichnung startet ab diesem Zeitpunkt. Alle 20 Sekunden
wird die Leistung des Gebläses erhöht und die Fluidisierung der Wirbelschicht ständig
beobachtet.
Danach werden der Induktionsgenerator und die Schlauchpumpe gleichzeitig
eingeschaltet. Nach 15 Minuten werden sie auch gleichzeitig ausgeschaltet und die
Wassermenge, die während des Versuchs eingedüst wird, wird auf die Waage
abgewogen. Zur Abkühlung der Geräte werden 15 Minuten abgewartet. Nach dieser
Zeitdauer ist das Ende des Versuchs. Alle Messungen sollen protokoliert werden und
das Gebläse, die Wasserkühlung und der Messkoffer werden ausgeschaltet.
3. Ergebnisse
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind in einigen Punkten eingeteilt. Zuerst wird der
Einfluss der eingespeisten Leistung und der eingedüsten Wassermenge auf die
Temperatur, den Wirkungsgrad und das Pulsationsverhalten der Schicht betrachtet.
Die Formel zur Berechnung des Wirkungsgrades lautet:
η Ind = ρInd , EffρInd
∗100 [%]
Die Resultate sind mit Hilfe von Vergleichsgrafiken und Tabellen nachfolgend
zusammengefasst. Danach wird das Aufheiz- und Abkühlverhalten der Schicht kurz
betrachtet. Am Ende dieses Kapitels werden die Probleme und die Ungenauigkeiten
während der Versuche mit einem Ausblick über das weitere Vorhaben dargelegt.
3.1 Einfluss der Induktionsleistung
Um den Einfluss der Induktionsleistung auf die untersuchten Parameter darzustellen,
sind als konstante Parameter eine Schichtmasse von 5500 g, Luftgeschwindigkeit von
1,8 m/s (3*minimal Fluidisation) und eine von 0,4 aus der maximalen Wassermenge
ausgewählt.
24
500 705 910 1115 1320 1525 1730 1935 214020
40
60
80
100Temperatur bei 10 kW
Temperatur bei 14 kW
Temperatur bei 18 kW
Zeit [s]
Ga
sa
us
trit
tste
mp
era
tur
[°C
]
Abb. 3.1 Einfluss der Induktionsleistung auf die Gasaustrittstemperatur bei m = 5500 g;
m = 5500 g, wL = 1,8 m/s mW mW= 0,4 MWmax
Von Abbildung 3.1 ist deutlich zu sehen, dass mit steigender Induktionsleistung die
Gasaustrittstemperatur stark zunimmt. Diese Tendenz lässt sich damit erklären, dass
durch Erhöhung der Induktionsleistung mehr Wärme übertragen wird. Aus diesem
Grund je höher die eingebrachte Leistung ist, desto höher wird die Austrittstemperatur
sein. Der Unterschied zwischen den Temperaturen am Anfang der einzelnen
Versuche ist infolge der unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, bei welchen am
jeweiligen Versuchstag gearbeitet wurde.
500 705 910 1115 1320 1525 1730 1935 21400
20
40
60
80
100Wirkungsgrad bei 10 kW
Wirkungsgrad bei 14 kW
Wirkungsgrad bei 18 kW
Versuchszeit [sec]
Wir
ku
ng
sg
rad
[%
]
Abb 3.2 Einfluss der Induktionsleistung auf den Wirkungsgrad bei m = 5500 g; wL = 1,8
m/s; mW= 0,4 MWmax
25
Für den Wirkungsgrad ist keine feste Tendenz zu beobachten. Wie es zu erkennen ist,
liegen die Linien in der Abbildung 3.2 sehr nah zueinander, was keinen eindeutigen
Einfluss der Leistung auf den Wirkungsgrad bedeutet. Eine wichtige Bemerkung ist,
dass es große Verluste an Leistung beobachtet wurde. Deshalb wurde mit einer
sogenannten wirksamen Leistung gearbeitet, die alle Verluste berücksichtigt. Wie es
ersichtlich ist, wurde ein Wert von ungefähr 60 % erreicht, das als positiv
einzuschätzen ist.
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 4000%
20%
40%
60%
80%
100%
bei 10 kW
bei 14 kW
bei 18 kW
Abweichung vom Mittelwert [Pa]
Ku
mu
lati
ve
Hä
ufi
gk
eit
[%
]
Abb. 3.3 Abweichung vom Schichtdruckverlust bei
m = 5500 g, wL = 1,8 m/s ; mW= 0,4 MWmax
Um auf das Pulsationsverhalten Rückschlüsse zu ziehen, ist die Abhängigkeit der
Abweichung von dem Mittelwert des Schichtdruckverlustes und der kumulativen
Häufigkeit in einem Summenverteilungsdiagramm illustriert. In der Abbildung 3.3 ist
ersichtlich, dass mit Steigerung der Leistungszahl die Abweichung von Mittelwert
proportional zunimmt. Das bedeutet eine stärkere Pulsation und dementsprechend
eine kleinere Homogenität der Schicht in der Wirbelschichtskammer. Die Ursache für
dieses Verhalten ist der Einfluss des entstandenen Magnetfeldes. Es werden
Partikelkollektive gebildet, die mit der Luft zusammen aufgewirbelt werden. Wenn die
Leistung gering ist, sind die entstandenen Kollektive kleiner und sie werden leichter
mitgerissen, die zu keiner signifikanten Druckschwankung führt.
26
Alle Ergebnisse der Versuche mit variierter Induktionsleistung werden im Vergleich mit
den Versuchen von Herrn Sebastian Marx ohne Wassereindüsung in einer Tabelle
zusammengefasst.
Tabelle 3.1 Übersicht über die Ergebnisse ohne – und mit Eindüsung bei verschiedenen
Induktionsleistungen bei m = 5500 g; wL = 1,8 m/s; mW= 0,4 MWmax
ParameterVersuch
PInd
(kW)TUmg
(°C)PWirk
(kW)η
(%)∆pSchicht (gemessen) (Pa)
∆pSchicht (berechnet) (Pa)
Ohne Wasser 10 23,06 6,45 64,47 661,27 763,31Mit 0,4 Mwmax 10 25,64 5,71 57,12 691,97 763,31
Ohne Wasser 14 21,01 8,85 63,20 688,6 763,31Mit 0,4 Mwmax 14 23,15 8,96 64,01 680,61 763,31Ohne Wasser 18 21,62 11,88 66 679,91 763,31Mit 0,4 Mwmax 18 27,87 11,3 62,79 717,55 763,31
Es ist zu bemerken, dass die Versuche ohne Wassereindüsung bei unterschiedlichen
Umgebungstemperaturen durchgeführt wurden, was einem Unterschied in den
Umgebungsbedingungen entspricht. Die wirksame Leistung entspricht der realen
Leistung, mit der gearbeitet wurde. Sie berücksichtigt alle Verluste während des
Versuchs. Die Werte für den Wirkungsgrad beweisen die oben beschriebene Tendenz,
dass die eingespeiste Leistung keinen Einfluss auf ihn hat. Die Werte sind in eine gute
Übereinstimmung mit den Versuchen ohne Wasser zu sehen. Die Letzten zwei Spalten
der Tabelle veranschaulichen die gemessenen und die berechneten Werte des
Schichtdruckverlustes, die auch eine gute Übereinstimmung zwischen einander
aufweisen.
3.2 Einfluss von der eingedüsten Wassermenge
In ähnlicher Weise wie bei der Induktionsleistung werden auch die Resultate für den
Einfluss der eingedüsten Wassermenge auf die untersuchten Parameter vorgelegt.
Genau dieser Einfluss ist das Kernstück der Zielsetzung dieser Arbeit. Die
Wassermenge wurde variiert (0,2; 0,4; 0,6 der maximal berechneten). Diese Werte
sind für jeden Versuch berechnet mittels der Versuche ohne Wasser. Die anderen
Parameter bleiben konstant und zwar eine Schichtmasse von 5500 g; wL = 1,8 m/s;
PInd = 18 kW. Für die Versuche wurde die maximal eingestellte Leistung ausgewählt,
bei der die höchsten Temperaturen erreicht werden können.
27
500 705 910 1115 1320 1525 1730 1935 214015
45
75
105ohne Wassereindüsung
0.2 Mpkt wmax
0.4 Mpkt wmax
0.6 Mpkt wmax
Mpkt wmax
Zeit [s]
Ga
sa
us
trit
tste
mp
era
tur
[°C
]
Abb 3.4 Einfluss der eingedüsten Wassermenge auf die Gasastrittstemperatur bei m =
5500 g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18 kW
Wie es von der Abbildung 3.4 zu sehen ist, der Temperaturverlauf der Kurve, die dem
Versuch ohne Wassereindüsung entspricht, die höchsten Werte aufweist. Mit
Steigerung der eingebrachten Wassermenge nimmt die Gasaustrittstemperatur stark
ab. Das lässt sich damit erklären, dass das Wasser die Partikeln in der Kammer
abkühlt. Die niedrigen Temperaturen entsprechen einer Steigerung der Feuchtewerte
am Austritt, was nachfolgend diskutiert wird.
500 705 910 1115 1320 1525 1730 1935 21400
20
40
60
80
100ohne Wassereindüsung
0.2 Mpkt wmax
0.4 Mpkt wmax
0.6 Mpkt wmax
Mpkt wamx
Versuchszeit [sec]
Wir
ku
ng
sg
rad
[%
]
Abb. 3.5 Einfluss der eingedüsten Wassermenge auf den Wirkungsgrad bei m = 5500
g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18 kW
28
Die erhaltenen Ergebnisse für den Wirkungsgrad weisen keine eindeutige Tendenz
auf. Wie bei der variierten Induktionsleistung liegen die Kurven der Grafik (Abbildung
3.5) sehr nah zueinander, d.h. ist keinen signifikanten Einfluss der Wasserdosierung
auf den Wirkungsgrad zu beobachten. Das Wasser wird während des Versuchs
verdunstet. Die Verdunstung ist in der Berechnung des Wirkungsgrades im
Induktionsbereich berücksichtigt.
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500.000%
20.000%
40.000%
60.000%
80.000%
100.000%
ohne Wasser
0.2 Mpkt wmax
0.4 Mpkt wmax
0.6 Mpkt wmax
Mpkt wmax
Abweichung vom Mittelwert [Pa]
Kum
ulati
ve H
äufig
keit
[%]
Abb. 3.6 Abweichung vom Mittelwert des Schichtdruckverlustes bei m = 5500 g, wL =
1,8 m/s, Pind = 18 kW
Das Pulsationsverhalten der Schicht ist stark beeinflusst von der eingedüsten
Wassermenge. Die Summenverteilungsgrafik für die Abweichung vom Mittelwert des
Schichtdruckverlustes zeigt einen signifikanten Unterschied zwischen den Verlauf der
Kurven mit steigendem Wassermassenstrom. Die Druckschwankungen und die
Pulsation der Schicht sind bedingt durch die Bildung von Partikelkollektiven mittels des
Magnetfeldes.
Alle wichtigen Daten der dargelegten Versuche sind in der Tabelle 3.2
zusammengefasst. Wie es zu sehen ist, bleiben die Umgebungstemperaturen und die
Werte für die Feuchte am Eintritt fast konstant. Die von dem Testo Gerät
aufgenommenen Daten für die Austrittsfeuchte weisen eine steigende Tendenz mit
Erhöhung des Wassermassenstromes. Die Werte für den Wirkungsgrad zeigen eine
sinkende Tendenz. Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Wasserverdunstung bei der
Berechnung der Wirkungsgrade berücksichtigt wurde. Eine gute Übereinstimmung
29
zwischen der gemessenen und der berechneten Schichtdruckverluste wurde
festgestellt.
Tabelle 3.2 Übersicht über die Ergebnisse mit/ohne Eindüsung bei m = 5500 g; , wL = 1,8 m/s;
Pind = 18 kW
Parameter
Versuch
mw
(g\min)TUmg
(°C)φ Ein(%)
φ Aus(%)
PWirk
(kW)η
(%)∆pSchicht
(gemessen)(Pa)
∆pSchicht
(berechnet)(Pa)
Ohne Wasser 0 21,62 - - 11,88 66 679,91 763,31Mit 0,2 Mwmax
44,97 26,10 54,95 1,75 10,99 60,03 716,59 763,31
Mit 0,4 Mwmax
108,31 27,87 51,29 7,7 11,3 62,79 717,55 763,31
Mit 0,6 Mwmax
141,84 24,57 67,28 22,85 11,49 63,86 668,37 763,31
MitMwmax
232,73 28,06 53,6 67,24 9,24 51,31 712,3 763,31
3.3 Aufheiz- und Abkühlzeiten
Eine der Hauptziele dieser Praktikumsarbeit ist die Aufheiz- und Abkühlzeiten des
Materials zu untersuchen. Die Schnelligkeit des Erreichens eines stationären Zustands
der Partikeltemperatur, bzw. der Lufttemperatur ist sehr wichtig für die Industrie. In der
Nahrungsmittelindustrie sind die Bedingungen unter deren, die Edukte erhalten sind,
sehr wichtig. Das ist mit Energiekosten verbunden, die möglichst kleiner sein sollen, d.h
dass je schneller die optimalen Bedingungen erreicht werden, desto niedriger werden
die Kosten sein.
Die Aufheiz- und Abkühlzeiten werden durch zwei Diagramme dargestellt, die aus den
Werten der Zeit an der Abszisse und der Temperaturdifferenz an der Ordinate
aufgebaut sind. Die Temperaturdifferenz entspricht der Differenz zwischen der
Temperatur über die Schicht (TIR1) und der Umgebungstemperatur zu jedem Zeitpunkt.
30
0 54 1081622162703243784324865405946487027568108640
20
40
60
80
100
120
Delta tita ohne Wassereindüsung
Delta tita mit 0,4 Mpkt wmax
Zeit [s]
Te
mp
era
turd
iffe
ren
z [°
C]
Abb. 3.7 Temperaturverlauf bis zum stationären Zustand im Induktionsbereich bei m =
5500 g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18 kW; mW= 0,4 MWmax
Der Temperaturverlauf der Aufheizzeit ist vom Anfang der gleichzeitigen Induktion und
Wassereindüsung, bis zum Erreichen des stationären Zustands dargestellt. Wie es
ersichtlich ist, die Zeitdauer, die die Temperaturen bei dem Versuch mit Eindüsung bis
zur Stationierung gebraucht ist, ist kürzer als dieser wenn kein Wasser in der Schicht
eingebracht ist. Es kann gesehen werden, dass sogar die stationären Lufttemperaturen
ohne Wasser zweimal langsamer erreicht sind. Das ist infolge dessen, dass wenn
Wasser in die Schicht eingedüst wird, werden niedrige maximale Temperaturen erreicht
im Vergleich zu den Temperaturen ohne Wassereindüsung. Diese Temperaturgrenze
verursacht diese kürze Zeitdauer bis zur Stationierung.
0 60 1201802403003604204805406006607207808409000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Delta teta ohne WassereindüsungDelta teta mit 0,4 Mpkt wmax
Zeit [s]
Te
mp
era
turd
iffe
ren
z [°
C]
Abb. 3.8 Temperaturverlauf bis zum stationären Zustand nach dem Induktionsbereich
bei m = 5500 g, wL = 1,8 m/s, Pind = 18 kW; mW= 0,4 MWmax
31
Entgegengesetzt dazu ist das Abkühlverhalten. Von Abbildung 3.8 kann eine
Schlussfolgerung gemacht werden und zwar, dass die Partikeln bzw. die Luft, wenn
eine Wassereindüsung durchgeführt ist, langsamer den stationären Zustand erreichen.
Die Ursache dafür liegt in der Anwesenheit von Wasser in der Wirbelschicht aufgrund
der Verdunstung im Induktionsbereich und danach.
3.4 Betrachtungen der zudosierbaren Wassermenge
Der letzte Teil der Ergebnisse zeigt die Verläufe der Temperaturen und der Feuchte
während des Versuchs mit den konstanten Parametern m = 5500 g, wL = 1,8 m/s, Pind =
18 kW; mW = 0,4 M*wmax. Danach sind in der Tabelle 3.3 die Werte bei der
Berechnung von der eingebrachten Wassermenge zusammengefasst. Ziel dieser
Darstellung ist ein Vergleich zwischen den berechneten und den gemessenen Werten
für die eingedüste Wassermenge zu machen.
Die Temperatur- und die Feuchtewerte werden von dem Feuchtemessgerät
entnommen. Um ziemlich genaue Ergebnisse zu bekommen, sind Mittelwerte nur von
einem stationären Bereich berechnet.
0 500 1000 1500 2000 25000
20
40
60
80
100
Lufteintrittsfeuchte
Lufteintrittstemperatur
Luftaustrittsfeuchte
Luftaustrittstemperatur
Zeit [s]
Te
mp
era
tur
[°C
], r
ela
tiv
e
Lu
ftfe
uc
hte
[%
]
Abb. 3.9 Verlauf der Temperatur und der Feuchte bei m = 5500 g, wL = 1,8 m/s, Pind =
18 kW; mW= 0,4 MWmax
Wie es in Abbildung 3.9 zu sehen ist, weisen die Lufttemperatur und die Feuchte am
Eintritt konstante Werte während des ganzen Versuchs. Eine Änderung gibt es nur bei
den Austrittswerten. Zwischen den schwarzen Linien in der Abbildung ist der konstante
32
Bereich, die an der Berechnung der Beladungen teilnimmt, bezeichnet. Die Temperatur
und die Feuchte am Austritt sind umgekehrt proportional zu einander. Wenn die
Temperatur steigt, nimmt die Feuchte der Luft ab und umgekehrt. Die Steigerung der
Temperatur und der Feuchte ist stark von der eingespeisten Leistung abhängig.
Alle gemessenen und berechneten Werte sind in der folgenden Tabelle
zusammenfassend dargestellt:
Tabelle 3.3 Übersicht über die gemessenen und berechneten Werte des
Wassenmassenstromes bei m = 5500 g; wL = 1,8 m/s; Pind = 4 kW; mW= 0,4 MWmax
Gemessene Werte des Versuches:
Teta Luft ein (°C)
Teta Luft aus (°C)
Fi Luft ein % r.F.
Fi Luft aus % r.F.
Wasser-Massenstrom
gW/MinMassenstromLuft kg/h
28,04 83,44 51,29 7,7 108,31
451,1Berechnete Werte:
pds einPa
pds ausPa
pd einPa
pd ausPa
Y einkgW/kg tr.L.
Y auskgW/kg tr.L.
Wasser-Massenstrom
gW/Min3799,81 54391,3 1949 4190,33 0,01236 0,02720 111,55
Die berechneten Werte des Wassermassenstroms stimmen sehr gut überein.
3.5 Vergleich zwischen den gemessenen Werten des Testo Feuchtemessgeräts
und des Multifunktionsmesskoffers
Zu bemerken sind die Verluste, die sich durch empirische Formel berechnen lassen.
Es ist notwendig ein Vergleich zwischen dem Programm DASYLab und dem Testo
Feuchtemessgerät zu machen. Aus der Abbildung 3.10 kann man eine Tendenz
feststellen – die gegebenen Dateien stimmen überein.
33
0 500 1000 1500 2000 250020
40
60
80
100Temperatur TIR3 von MesskofferTemperatur TIR3 vom Testo
Abb 3.10 Vergleich zwischen den gemessenen Werten des Testo-
Feuchtemessgerätes und des Multifunktionsmesskoffers
34
Zusammenfassung
Das Ziel der durchgeführten Versuche ist die Untersuchung der Auswirkungen der
variierten Parameter auf die induktive Erwärmung von Wirbelschicht. Höhere Werte
des Wirkungsgrades haben eine große Bedeutung für die Industrieprozesse.
Basierend der Versuchsergebnisse können die optimalen Prozessparameter ermittelt
werden, um die Verluste zu reduzieren und höhere Wirkungsgrade zu erzielen.
Die untersuchten Parameter (Induktionsleistung und Wassereindüsung) üben einen
großen Einfluss auf das Wirbelschichtverhalten aus. Generell konnten schnelle
Aufheizzeit und hohe Werte des Wirkungsgrades erreicht werden.
Die Variierung der Generatorleistung zeigt zwei Effekte auf das
Wirbelschichtverhalten. Mit der Erhöhung der Leistung erhöht sich auch die
Ausgangstemperatur. Andererseits steigt die Schichtpulsation auch mit der Erhöhung
der Leistung aufgrund der erhöhten Bildung von Partikelkollektiven.
Es kann aber keine eindeutige Tendenz für den Wirkungsgrad festgestellt werden. Der
Wirkungsgrad ist abhängig von stattfindenden Verlusten unterschiedlicher Art, deren
Werte bei allen Versuchen im Bereich von 63% und 67% liegen.
Die Wassereindüsung führt zur Verringerung der Gasaustrittstemperatur. Die
Temperaturreduzierung wird deutlicher mit der Erhöhung der eingedüsten
Wassermenge.
Wenn die Versuche mit und ohne Wassereindüsung verglichen werden, kann man
festhalten, dass die Aufheizzeit bei der ersten Gruppe deutlich kürzer ist. Die Schicht
wird schnell stationiert und die Versuchsdurchführungszeit wird verringert. Die
Abkühlzeiten bei der zweiten Gruppe sind entsprechend kürzer.
Ausblick
Die Untersuchung des induktiven Energieeintrags in Wirbelschichtapparaten hat ihre
große Entwicklung mit der Arbeit von Antje Roßau, die die grundlegenden Prinzipien
eingeleitet hat. Das eröffnet viele Perspektiven für weitere Entwicklungen dieses
Gebiets. Die in dieser Arbeit zusammengefassten Ergebnisse zeigen einige Aussagen
über die Einbringung einer reinen Flüssigkeit in die Schicht. Dies seinerseits leitet
noch viele Forschungsaufgaben wie die Einbringung von Suspensionen ein. Dieser
Versuchssatz ist für Prozesse wie Granulation und Agglomeration von wichtiger
Bedeutung und es sollen dementsprechend neue Modelle und konstruktive
Anforderungen abgeleitet werden.
35
Literaturverzeichnis
Lazarova, P. (2013). Praktikumsarbeit: "Untersuchung des Verweilzeitverhaltens von Partikelpopulationen in kontinuierlichen Wirbelschichtapparaten". Magdeburg.
Marx, S. (2014). Bachelorarbeit: "Untersuchung des Fluidisierungsverhaltens von elektrisch leitfähigen Inertpartikeln mit dem Ziel eines induktiven Energieeintrags in Wirbelschichten". Magdeburg.
Roßau, A. (2013). Dissertation: "Induktiver Energieeintrag in eine fluidisierte Schuttung". Magdeburg.
Tonev, Z. (2012). Praktikumsarbeit: "Experimentelle Untersuchungen zur Verweilzeitbestimmung von Partikelpopu-lationen in einer kontinuierlichen Wirbelschichtrinne". Magdeburg.
Tonev, Z. (2014). Bachelorarbeit: "Untersuchung zur induktiven Beheizung mit Eindüsung in Wirbelschichtapparaten". Magdeburg.
Veselinov, M. (2013). Masterarbeit : "Untersuchung des Verweilzeitverhaltens von Partikelpopulationen mittels eines innovativen Messverfahrens in kontinuierlichen Wirbelschichtapparaten". Magdeburg.
36