Hochschule für Technik und Umwelt FHNW
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Publikation Windsichter mit Zyklon(Hochschule für Technik FHNW, 27.03.2016) Cvetkovic, Darko; Vogel, FrédéricAusgangslage: Die Themen dieser Bachelor Thesis sind Windsichter und Zyklone. Die Arbeit ist eine Fortsetzung des Projekts P5 „Auslegung eines Zyklons zur Auftrennung von Holzstaub“. Der Auftraggeber dieser Projektarbeit ist Prof. Dr. Frédéric Vogel vom Institut für Biomasse und Ressourceneffizienz der Fachhochschule Nordwestschweiz. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Anlage bestehend aus einem Windsichter und einem Zyklon als Vorzeigeobjekt für den Unterricht zu bauen. Die Anlage soll als Vorzeigeobjekt im Modul Verfahrenstechnik dienen, welches von Prof. Dr. Frédéric Vogel im Bachelor-Studiengang Energie- und Umwelttechnik unterrichtet wird. Vorgehen: Zu Beginn der Arbeit wurde die Auftragsklärung durchgeführt. Es galt herauszufinden wie eine Klassierung von mehreren hundert Kilogramm Holzstaub in wenigen Stunden zu bewerkstelligen und ob dies im Rahmen der Projektarbeit realisierbar ist. Dies wurde aufgrund der resultierenden Anlagegrösse und möglicher Kosten verworfen und der Fokus wurde auf eine Anlage gelegt, welche als Vorzeigeobjekt im Unterricht genutzt werden kann. Nach der Auftragsklärung wurde das Basic Engineering gestartet. Für die Anlage wurde nach passenden Komponenten gesucht. Diese wurden in die Auslegungsberechnungen eingesetzt und mit Hilfe eines 3D-CAD Models wurde die Anlage entwickelt. Daraufhin wurden Offerten eingeholt und eine Budgetabschätzung erstellt, um die Finanzierung des Projektes zu klären. Im Detail Engineering wurde das Model optimiert, Fertigungszeichnungen erstellt und Komponenten bestellt. Nach dieser Phase folgten die Montage, Inbetriebnahme und ein erster Funktionstest. Hauptergebnisse: Die Anlage wurde im Rahmen der Projektarbeit ausgelegt, gebaut, in Betrieb genommen und getestet. Sie steht als Vorzeigeobjekt für den Unterricht zur Verfügung. Der Windsichter, die Rohrleitungen, der Behälter für das Aufgabegut, die Kübel und der Zyklon wurden aus durchsichtigem Kunststoff hergestellt. Dies erlaubt einen Einblick in die einzelnen Trennprozesse der Anlage sowie die Transportprozesse in den Rohrleitungen. Der Ventilator, der Frequenzumrichter und das Manometer sind in der Anlage fest installiert. Über den Frequenzumrichter lassen sich die Drehzahl des Ventilators und so der Luft-Volumenstrom in der Anlage steuern. Für das Aufgabegut im Unterricht wurde Kunststoffgranulat aus Polypropylen gewählt. Ein kleiner Teil des Aufgabeguts wurde geschreddert, um eine Partikelgrössenverteilung im Aufgabegut zu erreichen. Das Aufgabegut ist weich genug, um die Apparate und Rohre nicht zu verkratzen. Der Zyklon kann Partikel mit einem Durchmesser von 5 bis 25 μm abscheiden. Dies in Abhängigkeit der Beladung und des Volumenstroms. Um kleinere Partikel aus dem Luftstrom abzuscheiden, ist ein HEPA-Filter am Luftaustritt des Zyklons installiert worden. Die Luftgeschwindigkeit im Windsichter kann über den Luft-Volumenstrom berechnet werden. Den Luft-Volumenstrom kann man mithilfe der Irisblende bestimmen. Die Anlage ist in einem Gestell aus Aluminium-Profilen aufgebaut und das Gestell steht auf Rollen. Die Anlage ist so konzipiert, dass sie einfach transportiert werden kann und sie passt durch Türen und in einen Warenlift. Ausblick: Als Einsatzzweck für die Anlage sind Laborversuche für die Studierenden denkbar. Die Studierenden könnten Auslegungsrechnungen zu der gegebenen Anlage durchführen, diese mit einem Versuch auf die Probe stellen und die Resultate diskutieren. Es sind auch weitere Projekte möglich, um die Anlage zu verbessern oder zu erweitern. Die Dosiervorrichtung sollte überarbeitet werden. Zudem könnten weitere Messpunkte installiert wer-den. Es gibt Pläne, die Anlage für das Klassieren von kleinen Holzstaubchargen zu benutzen. Basierend darauf, ob sich der Windsichter für diese Aufgabe gut eignet, kann eine grössere Anlage gebaut werden, welche den gewünschten Durchsatz ermöglicht.11 - Studentische ArbeitPublikation Equation of state and thermodynamic properties for mixtures of H2O,O2, N2, and CO2 from ambient up to 1000 K and 280 MPa(Elsevier, 05.03.2019) Mangold, Fabienne; Pilz, Stephan; Bjelic, Sasa; Vogel, FrédéricSupercritical water oxidation (SCWO) is an effective technique to treat wet organic wastes. Its modeling requires an accurate calculation of thermodynamic properties. In this work an equation of state (EOS) is proposed which accurately predicts the thermodynamic state of mixtures of water, oxygen, nitrogen, and carbon dioxide for a wide range of compositions, temperatures, and pressures including supercritical conditions. The EOS includes a volume translation, an evolved alpha-function and non-quadratic mixing rules. The introduced parameters are regressed to experimental data. From the pressure-explicit EOS, enthalpy, specific heats at constant volume and constant pressure, and fugacity coefficients are derived and calculated. The binary mixtures H2O/O2, H2O/N2, H2O/CO2, N2/CO2 as well as the ternary mixture H2O/O2/N2 are well predicted by the proposed EOS with relative errors below 10% and 15%, respectively. The region of low temperature and high pressure is most difficult to predict with relative errors up to 20%.01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Hydrothermal oxidation of fecal sludge. Experimental investigations and kinetic modeling(American Chemical Society, 17.10.2016) Hübner, Tobias; Roth, Markus; Vogel, FrédéricHydrothermal oxidation (HTO) provides an efficient technique to completely destroy wet organic wastes. In this study, HTO was applied to treat fecal sludge at well-defined experimental conditions. Four different kinetic models were adjusted to the obtained data. Among others, a distributed activation energy model (DAEM) was applied. A total of 33 experiments were carried out in an unstirred batch reactor with pressurized air as the oxidant at temperatures of <470 °C, oxygen-to-fuel equivalence ratios between 0 and 1.9, feed concentrations between 3.9 and 9.8 molTOC L−1 (TOC = total organic carbon), and reaction times between 86 and 1572 s. Decomposition of the fecal sludge was monitored by means of the conversion of TOC to CO2 and CO. In the presence of oxygen, ignition of the reaction was observed around 300 °C, followed by further rapid decomposition of the organic material. The TOC was completely decomposed to CO2 within 25 min at 470 °C and an oxygen-to-fuel equivalence ratio of 1.2. CO was formed as an intermediate product, and no other combustible products were found in the gas. At certain reaction conditions, the formation of unwanted coke and tarlike products occurred. The reaction temperature and oxygen-to-fuel equivalence ratio showed a significant influence on TOC conversion, while the initial TOC concentration did not. Conversion of TOC to CO2 could be well described with a first-order rate law and an activation energy of 39 kJ mol−1.01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift