|
|
Low-Cost Filtration Barriers for Ultrafine Particles Separation
Kejík, Pavel ; Fekete, Roman (oponent) ; Lapčík, Ĺubomír (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
A lot of applications use inorganic filtering media based on materials that use primary resources and their production is energy-intensive and thus costly and environmentally harmful. The aim of this study is to verify whether alkali-activated materials based on secondary resources, namely blast furnace slag (BFS) and fly ash (FA), can be used to produce porous media which could possibly replace ceramic and other inorganic filters. The research question was addressed using an experimental design based on an in-house developed MATLAB calculation scheme for composition mixtures based on the most important oxide ratios in the input raw materials. This way, the greatest control of the variable composition of the inputs was ensured. In addition, the work is more relevant in general because this computational tool takes the basic oxide composition of the resources into account, so the results can be generalized. The author also designed a pure one solid component mixture series for a comparison and better characterization of the effects of composition changes on the resulting product properties. The findings show that the strength of the 24-hour, 70 °C cured materials can exceed 7.6 MPa under a four point bending tensile test (in accordance with ČSN EN 12390 5), but to achieve a good porosity, the strength is always decreased. In the final composition slightly above 6.3 MPa was achieved. In general, the results show that the SiO2/Al2O3 ratio and the amount of alkali activator affect the strength the most. Pure BFS-based mixtures show more than twice the strength of the pure FA-based samples within the given compositions used for the experiments. The fineness of the pores achieved using fractionated raw materials (particle sizes in the range of tens to slightly over a hundred microns) is in the order of tenths to units of microns in most cases and approximately 0.2 microns in the final composition. The total porosity of the pressed bodies is closely under 40% which compared to the unclassified resource based materials, is nearly twice that much. Pure BFS-based samples show lower total porosities than the FA-based samples, apparently due to their entirely different particle morphology – irregularly angular in BFS and round in FA. The efflorescence phenomenon was mostly observed on FA-based materials. Energy-dispersive spectrometry (EDS) confirmed sodium hydroxide crystals undergoing gradual carbonation by atmospheric CO2. Permeability testing required asymmetrical barriers preparation due to the very fine porosity of the material. The asymmetrical barriers achieved water permeability of 138 L/h.m2.bar and air permeability of 1320 L/h.m2.bar.
|
|
|
Limit Modes of Particulate Materials Classifiers
Adamčík, Martin ; Štěpánek, František (oponent) ; Fekete, Roman (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
With material science demands on ever smaller particle sizes, new approaches and effective methods of their classification are needed. Turbulent flow field patterns and particle trajectories inside of a dynamic air classifier are investigated. Increasing computing power together with new turbulence models and approaches to simulate complex fully turbulent problems by solving Navier-Stokes equations allows studying and capturing smaller flow structures and properties more accurately. Particles below 10 microns are more susceptible to smaller local vortexes and particle fates are therefore more dependent on these local structures. Area of focus are the conditions required for classification of particles with sizes below 10 microns as this size is at the limit of air classification method possibilities. CFD software and the latest knowledge in turbulence modelling are used to numerically simulate flow field inside a dynamic air classifier. Effects of varying operating parameters on flow patterns and discrete phase classification outputs are investigated. Experimental verification of the simulated flow fields includes advanced imaging method (PIV) measurement of flow velocity and is used to visualize flow field structures in the classifier rotor blade passageway region. Predicted particle trajectories and their fates are experimentally verified by classification trials carried out on dynamic air classifier and the particle distribution curves are established by laser diffraction method. Tromp curves and efficiency of classification process are studied.
|
|
|
Vytváření kapalinové clony pro absorpci plynných exhalací
Krištof, Ondřej ; Fekete, Roman (oponent) ; Lapčík,, Lubomír (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá aplikací absorpčních metod pro separaci plynných polutantů ze znečištěných plynných směsí s využitím poloprovozního skrápěcího zařízení scrubber. Míra efektivnosti odstranění plynných polutantů byla stanovena na základě hydrodynamické distribuce tekutin ve vnitřním prostoru skrápěcí komory. Byly vykonány experimentální práce vedoucí k charakterizaci spirálové trysky TF-28 150, která byla použita k distribuci absopční kapaliny. Konkrétně byl vyšetřen dopadový vzor kapalinové clony produkovaný tryskou pomocí intruzivních metod, byly stanoveny efektivní úhly rozstřiku kapalinových clon, rozpadové režimy primární a sekundární atomizace a byla stanovena velikost kapek a rychlost kapaliny pomocí neintruzivních optických metod. Taktéž byly realizovány numerické simulace proudění modelové plynné fáze vnitřním prostorem skrápěcí hlavy a rozstřik kapaliny přes spirálovou trysku. Soubor získaných poznatků lze uplatnit při definování styčné mezifázové plochy a společně určení koeficientu celkového prostupu hmoty tak definovat celkovou kinetiku chemisorpce pro danou kombinaci absorbent absorbát.
|
|
|
Sypné vlastnosti vybraných partikulárních látek z pohledu různých měřicích technik
Bógyiová, Csilla ; Fekete,, Roman (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
Práca zahrňuje informácie o partikulárnych látkach a ich sypkých vlastnostiach. Správanie látok má veľký vplyv predovšetkým na ich skladovanie, dávkovanie a prepravu práškovitých materiálov. Vo farmaceutickom priemysle sa využívajú tokové vlastnosti napríklad na predpoveď výroby tabliet z partikulárnych látok. Pre návrh systému, ktorý sa zaoberá partikulárnymi látkami je nutné poznať alebo aspoň predpovedať tekutosť látok. Správanie materiálu nie je možné zistiť výpočtom. Správanie materiálu môžeme určiť experimentálne pomocou šmykovej skúšky. V tejto práci sú popísané základné typy prístrojov pre meranie tekutosti látok. Na dvoch typoch prístroja (Jenikeho šmykový prístroj a Freeman FT4) boli vykonané experimenty na materiáloch z farmaceutickej praxe. Ako doplnok tejto práce je uvedená správa, ktorá analyzuje havarijný stav výroby pyrolitického koksu v MOL Slovnaft. Havarijný stav bol spôsobený nerešpektovaním sypkého správania materiálu. Experimentálne meranie pri analýze havarijného stavu premerala autorka tejto práce.
|
|
|
Sypné vlastnosti jemných partikulárních materiálů jako funkce vybraných látkových parametrů
Slanina, Ondřej ; Roman,, Fekete (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
Teoretická část je věnována popisu partikulárních látek a jejich mechanickému chování se zaměřením na tokové vlastnosti. Velký důraz je kladen na měření smykových vlastností pomocí Jenikeho smykového stroje, na správný normovaný postup měření a na vyhodnocení pomocí Mohrových kružnic. Dále je teoretická část zaměřena na charakterizaci partikulárních látek pomocí různých metod, jako jsou vizuální, separační, sedimentační, povrchové metody a dále metody skenující pole a průtok. V praktické části se práce zabývá měřením tokových vlastností a povrchovou úpravou jemně mletého vápence Omyacarb VA o různé distribuci velikosti částic. Povrch byl upravován pomocí kyseliny stearové a stearanu vápenatého. Byl změřen vliv koncentrace povrchově upravující látky na tokovost materiálu. Tokovost komerčně dodávaného materiálu byla porovnána s materiály upravenými v rámci diplomové práce a bylo provedeno stanovení teoretického obsahu kyseliny stearové nebo stearanu vápenatého. Měření bylo prováděno pomocí Jenikeho smykového stroje. Dále byl materiál testován pomocí laserové difrakce a pomocí SEM, při které byla zároveň provedena i analýza povrchu částic pomocí EDS s prvkovým mapováním povrchu.
|
|
|
Sypné vlastnosti jemných práškovitých materiálů.
Zubek, Piotr ; Roman,, Fekete (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
Předmětem této diplomové práce je měření tokových vlastností práškovitých materiálů. V teoretické části je pojednáno o partikulárních látkách obecně a dále jsou popsány základní principy tokového chování práškovitých materiálů. Obsahem teoretické části je také popis Jenikeho smykového stroje a z něj odvozeného rotačního smykového stroje. V následující části je shrnut Standardní postup smykové zkoušky. Měření probíhalo na nové aparatuře Laboratoře chemického inženýrství, která je na Fakultě chemické VUT v Brně realizována v rámci řešení projektu Fondu rozvoje vysokých škol (FRVŠ) 1735/2012 „Aparatura měření sypných vlastností práškovitých materiálů“, kterého jsem spoluřešitel. K měření bylo zvoleno 5 vzorků vápence Omyacarb® společnosti Omya CZ s.r.o. Jednotlivé vzorky se lišily čtyřmi odlišnými distribucemi velikosti částic a jeden vzorek byl povrchově hydrofobně upraven kyselinou stearovou. Byly provedeny zkoušky na 3 hodnotách předsmykového napětí – 2,5 kPa, 5 kPa a 7,5 kPa. U vzorku s povrchovou úpravou nebylo měření provedeno v plném rozsahu, jelikož nebylo možno aplikovat pro konsolidaci dostatečné normálové napětí. Distribuční funkce velikosti částic uvedené v materiálových listech dodaných výrobcem byly ověřeny pomocí laserového analyzátoru velikosti částic Sympatec Helos KR zakoupeného v rámci Centra materiálového výzkumu na Fakultě chemické VUT v Brně.
|
|
|
Vytváření kapalinové clony pro absorpci plynných exhalací
Krištof, Ondřej ; Fekete, Roman (oponent) ; Lapčík,, Lubomír (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá aplikací absorpčních metod pro separaci plynných polutantů ze znečištěných plynných směsí s využitím poloprovozního skrápěcího zařízení scrubber. Míra efektivnosti odstranění plynných polutantů byla stanovena na základě hydrodynamické distribuce tekutin ve vnitřním prostoru skrápěcí komory. Byly vykonány experimentální práce vedoucí k charakterizaci spirálové trysky TF-28 150, která byla použita k distribuci absopční kapaliny. Konkrétně byl vyšetřen dopadový vzor kapalinové clony produkovaný tryskou pomocí intruzivních metod, byly stanoveny efektivní úhly rozstřiku kapalinových clon, rozpadové režimy primární a sekundární atomizace a byla stanovena velikost kapek a rychlost kapaliny pomocí neintruzivních optických metod. Taktéž byly realizovány numerické simulace proudění modelové plynné fáze vnitřním prostorem skrápěcí hlavy a rozstřik kapaliny přes spirálovou trysku. Soubor získaných poznatků lze uplatnit při definování styčné mezifázové plochy a společně určení koeficientu celkového prostupu hmoty tak definovat celkovou kinetiku chemisorpce pro danou kombinaci absorbent absorbát.
|
|
|
Low-Cost Filtration Barriers for Ultrafine Particles Separation
Kejík, Pavel ; Fekete, Roman (oponent) ; Lapčík, Ĺubomír (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
A lot of applications use inorganic filtering media based on materials that use primary resources and their production is energy-intensive and thus costly and environmentally harmful. The aim of this study is to verify whether alkali-activated materials based on secondary resources, namely blast furnace slag (BFS) and fly ash (FA), can be used to produce porous media which could possibly replace ceramic and other inorganic filters. The research question was addressed using an experimental design based on an in-house developed MATLAB calculation scheme for composition mixtures based on the most important oxide ratios in the input raw materials. This way, the greatest control of the variable composition of the inputs was ensured. In addition, the work is more relevant in general because this computational tool takes the basic oxide composition of the resources into account, so the results can be generalized. The author also designed a pure one solid component mixture series for a comparison and better characterization of the effects of composition changes on the resulting product properties. The findings show that the strength of the 24-hour, 70 °C cured materials can exceed 7.6 MPa under a four point bending tensile test (in accordance with ČSN EN 12390 5), but to achieve a good porosity, the strength is always decreased. In the final composition slightly above 6.3 MPa was achieved. In general, the results show that the SiO2/Al2O3 ratio and the amount of alkali activator affect the strength the most. Pure BFS-based mixtures show more than twice the strength of the pure FA-based samples within the given compositions used for the experiments. The fineness of the pores achieved using fractionated raw materials (particle sizes in the range of tens to slightly over a hundred microns) is in the order of tenths to units of microns in most cases and approximately 0.2 microns in the final composition. The total porosity of the pressed bodies is closely under 40% which compared to the unclassified resource based materials, is nearly twice that much. Pure BFS-based samples show lower total porosities than the FA-based samples, apparently due to their entirely different particle morphology – irregularly angular in BFS and round in FA. The efflorescence phenomenon was mostly observed on FA-based materials. Energy-dispersive spectrometry (EDS) confirmed sodium hydroxide crystals undergoing gradual carbonation by atmospheric CO2. Permeability testing required asymmetrical barriers preparation due to the very fine porosity of the material. The asymmetrical barriers achieved water permeability of 138 L/h.m2.bar and air permeability of 1320 L/h.m2.bar.
|
|
|
Sypné vlastnosti vybraných partikulárních látek z pohledu různých měřicích technik
Bógyiová, Csilla ; Fekete,, Roman (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
Práca zahrňuje informácie o partikulárnych látkach a ich sypkých vlastnostiach. Správanie látok má veľký vplyv predovšetkým na ich skladovanie, dávkovanie a prepravu práškovitých materiálov. Vo farmaceutickom priemysle sa využívajú tokové vlastnosti napríklad na predpoveď výroby tabliet z partikulárnych látok. Pre návrh systému, ktorý sa zaoberá partikulárnymi látkami je nutné poznať alebo aspoň predpovedať tekutosť látok. Správanie materiálu nie je možné zistiť výpočtom. Správanie materiálu môžeme určiť experimentálne pomocou šmykovej skúšky. V tejto práci sú popísané základné typy prístrojov pre meranie tekutosti látok. Na dvoch typoch prístroja (Jenikeho šmykový prístroj a Freeman FT4) boli vykonané experimenty na materiáloch z farmaceutickej praxe. Ako doplnok tejto práce je uvedená správa, ktorá analyzuje havarijný stav výroby pyrolitického koksu v MOL Slovnaft. Havarijný stav bol spôsobený nerešpektovaním sypkého správania materiálu. Experimentálne meranie pri analýze havarijného stavu premerala autorka tejto práce.
|
|
|
Limit Modes of Particulate Materials Classifiers
Adamčík, Martin ; Štěpánek, František (oponent) ; Fekete, Roman (oponent) ; Svěrák, Tomáš (vedoucí práce)
With material science demands on ever smaller particle sizes, new approaches and effective methods of their classification are needed. Turbulent flow field patterns and particle trajectories inside of a dynamic air classifier are investigated. Increasing computing power together with new turbulence models and approaches to simulate complex fully turbulent problems by solving Navier-Stokes equations allows studying and capturing smaller flow structures and properties more accurately. Particles below 10 microns are more susceptible to smaller local vortexes and particle fates are therefore more dependent on these local structures. Area of focus are the conditions required for classification of particles with sizes below 10 microns as this size is at the limit of air classification method possibilities. CFD software and the latest knowledge in turbulence modelling are used to numerically simulate flow field inside a dynamic air classifier. Effects of varying operating parameters on flow patterns and discrete phase classification outputs are investigated. Experimental verification of the simulated flow fields includes advanced imaging method (PIV) measurement of flow velocity and is used to visualize flow field structures in the classifier rotor blade passageway region. Predicted particle trajectories and their fates are experimentally verified by classification trials carried out on dynamic air classifier and the particle distribution curves are established by laser diffraction method. Tromp curves and efficiency of classification process are studied.
|
host ::
RSS.