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