Misch- und Wärmetransportvorgänge bewegter Schüttungen in Drehrohröfen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zur Messung des Kontaktwärmeübergangs zwischen Wand und Bett wurde eine Drehtrommel in Betrieb genommen. Diese wird von außen beheizt und die Temperaturprofile im Inneren der Schüttungen werden mit Thermoelementen gemessen, die durch die Wand ragen und mit der Trommel rotieren. Variiert wurden Füllungsgrad, Drehzahl und Material (Sand, Stahlkugeln). Aus dem Anstieg der Temperatur wurde der Wärmeübergang ermittelt. Aus dem zeitlichen Temperaturausgleich zweier Materialschichten unterschiedlicher Temperaturen wurde der Dispersionskoeffzient ermittelt und mit dem für den Stoffausgleich der Forschungsstelle Dortmund verglichen. An einem neuen Versuchsdrehrohrofen mit den Abmessungen 400 mm Innendurchmesser und 5 m Länge wurde die Messtechnik installiert, um den Gesamtwärmeübergang zu bestimmten. An verschiedenen axialen Stellen ragen Thermoelemente wiederum durch die Wand in die Schüttung. Die gemessenen Temperaturen werden durch Funk übertragen. Mehrere Versuche mit Sand als Material wurden durchgeführt. Die Versuche sind sehr zeitaufwändig, da der Ofen mehrere Stunden benötigt, um für den Versuchsparameter einen stationären Zustand zu erreichen. Zurzeit werden noch Versuche durchgeführt, da die bisherigen Messungen am Ofen noch nicht für eine hinreichend genaue Beschreibung des Gesamtwärmeübergangs ausreichen. Zur Beschreibung der Quervermischung des Bettes wurde ein neues mathematisches Modell entwickelt. Basis dieses Modells ist die Einführung eines ortsabhängigen Reibungskoeffizienten auf der Gleitlinie. Mit diesem Modell ist es erstmalig möglich, die Dicke der aktiven Schicht, den abfließenden Massenstrom und die örtliche Quervermischung ohne Anpassungsparameter zu berechnen. Die Ergebnisse stimmen gut mit den Messwerten des Projektpartners überein. Es wurde ebenfalls für den Bewegungsübergang von Rolling zu Slumping ein mathematisches Modell entwickelt. Zur Validierung wurden Versuche mit 14 verschiedenen Materialien durchgeführt. Unter zu Hilfenahme des Modells von Saeman für den axialen Transport kann mit diesem neuen Modell für verschiedene Betriebs- und Auslegungsparameter stets die axiale Position in einem Drehrohr bestimmt werden, bei der der Übergang von rolling zu slumping stattfindet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Analytical solution of the rolling – mode granular motion in rotary kilns. Chemical Engineering and Processing 45 (2006) 515-521
Liu, X.; Specht, E.; Guerra Gonzales, O.; Walzel, P.
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Mean residence time and hold-up of solids in rotary kilns. Chemical Engineering Science, 61 (2006) 5176-5181
Liu, X.; Specht, E.
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Modeling of the Regenerative Heat Flow of the Wall in Direct Fired Rotary Kilns. Heat Transfer Engineering, 29 (2008) 1, 57-66
Agustini, S.; Queck, A.; Specht, E.
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Study of temperature profile in the agitated bed of pilot scale externally heated rotary kiln. AICHE Spring Meeting, Tampara (Florida), 26.-30. April 2009
Sonavane, Y.; Specht, E.
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Analytical solution for the axial solids transport in rotary kilns. Chemical Engineering Science 64 (2009) 2, 428-431
Liu, X.; Zhan, J.; Specht, E.; Shi, Y.; Herz, F.
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Experimental investigation of solid bed depth at the discharge end of rotary kilns. Powder Technology
Shi, Y.; Specht, E.; Woche, H.
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Predicting the fraction of the mixing zone of rotary reactors. Chemical Engineering and Processing
Specht, E.; Zhang, X.
