Universiẗat, Diss., 2004--Bonn.

In the available work the usability of pile fibre stitch-bonded nonwovens was examined as depth filter medium. Different pile fibre stitch-bonded nonwovens were manufactured and tested based on the structure of textile depth filter media and stitch-bonding process expertise. Experimental work involved technological investigations about characteristics of pile fibre stitch-bonded nonwovens 'Kunit' regarding fibre material and machine related parameters. The qualitative influence of the density gradient between flow-in and flow-out side was further investigated. Hydrodynamic application of webs by means of high-energy water jets and laminating of fine fiber spun-bonded nonwovens (Meltblown) were described as suitable processes for one-sided compression of pile fibre stitch-bonded nonwovens. The compressed samples are called 'Hycoknit' and 'Melaknit'. Manufactured pile fibre stitch-bonded nonwovens were evaluated based on textile-physical and particle-related tests. In the analyses results were compared with commercial depth filter media of filter classes F5 to F8. Therefore, the new pile fibre stitch-bonded nonwovens possess high dust storage capacities. Initial separation efficiency is comparable with standard filter media values of filter classes F5/F6. Separation efficiency vastly increases and reaches the level of fine dust filter media of filter classes F7/F8 at the end of testing. Depending on manufacturing parameters, pressure difference and separation efficiency are in a wide range producible. Thereby, economically meaningful and environmentally friendly multiple use of filter media becomes possible. Due to various characteristics, the new materials can be used, apart from filter media, for insulation, protection, upholstery as well as hygienic and medical purposes. / In der vorliegenden Arbeit wurde die Einsetzbarkeit von Polfaser-Vlieswirkstoffen als Tiefenfiltermedium untersucht. Basierend auf dem Aufbau textiler Tiefenfiltermedien und den Kenntnissen zur Nähwirktechnik wurden unterschiedliche Polfaser-Vlieswirkstoffe gefertigt und getestet. Die experimentellen Arbeiten umfassten technologische Untersuchungen zu erzielbaren Eigenschaften von Polfaser-Vlieswirkstoffen Kunit in Abhängigkeit vom Faserstoff und maschinen-technischen Parametern. Ein weiterer Schwerpunkt war die zielgerichtete Beeinflussung des Dichtegradienten zwischen An- und Ausströmseite. Beschrieben wurden als geeignete Verfahren zur einseitigen Verdichtung von Polfaser-Vlieswirkstoffen das hydrodynamische Aufbringen von Vliesen mittels energiereicher Wasserstrahlen und das Auflaminieren von Feinfaser-Spinnvliesstoff (Meltblown). Die verdichteten Varianten werden mit Hycoknit und Melaknit bezeichnet. Bewertet wurden die gefertigten Polfaser-Vlieswirkstoffe auf Basis textil-physikalischer und partikelbezogener Prüfungen. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte im Vergleich zu handelsüblichen Tiefenfiltermedien der Filterklassen F5 bis F8. Die Ergebnisse zeigen, dass die neuen Polfaser-Vlieswirkstoffe hohe Staubspeicherkapazitäten besitzen. Der Anfangsabscheidegrad ist vergleichbar mit den Werten von Standardfiltermedien der Filterklassen F5/F6. Bereits nach kurzer Bestaubungszeit steigt der Abscheidegrad steil an und befindet sich am Ende der Prüfungen auf dem Niveau von Feinstaubfiltermedien der Filterklassen F7/F8. In Abhängigkeit von den Fertigungsparametern sind sowohl der Druckdifferenzverlauf als auch der Abscheidegrad in einem breiten Bereich einstellbar. Im Filtermedium angesammelte Partikel sind durch Druckluftimpulse im beträchtlichen Umfang entfernbar. Eine ökonomisch sinnvolle und umweltbewusste Mehrfachnutzung der Filtermedien wird damit möglich. Anwendbar sind die neuartigen Materialien auf Grund des möglichen breiten Eigenschaftsspektrums neben dem Einsatz als Filtermedium unter anderem für Isolationszwecke, im Schutzbereich, zur Polsterung sowie in der Hygiene und Medizin.

Strahlwäscher sind durch Ihre Fluiddynamik gekennzeichnet, was eine detaillierte Simulation erschwert. Es konnte gezeigt werden, dass die in der Literatur üblichen empirischen Ansätze aufgrund Ihrer Vereinfachungen den Prozess nur ungenau beschreiben und daher nur für eingeschränkte Bedingungen gelten. Die für die Auslegung von Strahlwäschern relevanten Größen, die erreichbare Pressung und die Stoffaustauschfläche, für beliebige Betriebspunkte wurden in dieser Arbeit durch eine dreidimensionale CFD Simulation berechnet. Es wurden entsprechende Unterprogramme implementiert, um den Stoffübergang im Strahlwäscher zu berechnen. Die chemische Absorption wurde sowohl für die Tropfen als auch für den sich ausbildenden Wandfilm berechnet und als Senke an die Gasphase zurückgegeben. Die Tropfengröße und der Sprühwinkel haben einen essentiellen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse im Strahlwäscher. Diese, im wesentlichen von der Düse abhängigen Größen, wurden experimentell mit der Phasen-Doppler-Anemometrie bestimmt. Die Simulationsergebnisse wurden durch Versuche in einer Technikumsanlage verifiziert.

In the available work the usability of pile fibre stitch-bonded nonwovens was examined as depth filter medium. Different pile fibre stitch-bonded nonwovens were manufactured and tested based on the structure of textile depth filter media and stitch-bonding process expertise. Experimental work involved technological investigations about characteristics of pile fibre stitch-bonded nonwovens 'Kunit' regarding fibre material and machine related parameters. The qualitative influence of the density gradient between flow-in and flow-out side was further investigated. Hydrodynamic application of webs by means of high-energy water jets and laminating of fine fiber spun-bonded nonwovens (Meltblown) were described as suitable processes for one-sided compression of pile fibre stitch-bonded nonwovens. The compressed samples are called 'Hycoknit' and 'Melaknit'. Manufactured pile fibre stitch-bonded nonwovens were evaluated based on textile-physical and particle-related tests. In the analyses results were compared with commercial depth filter media of filter classes F5 to F8. Therefore, the new pile fibre stitch-bonded nonwovens possess high dust storage capacities. Initial separation efficiency is comparable with standard filter media values of filter classes F5/F6. Separation efficiency vastly increases and reaches the level of fine dust filter media of filter classes F7/F8 at the end of testing. Depending on manufacturing parameters, pressure difference and separation efficiency are in a wide range producible. Thereby, economically meaningful and environmentally friendly multiple use of filter media becomes possible. Due to various characteristics, the new materials can be used, apart from filter media, for insulation, protection, upholstery as well as hygienic and medical purposes. / In der vorliegenden Arbeit wurde die Einsetzbarkeit von Polfaser-Vlieswirkstoffen als Tiefenfiltermedium untersucht. Basierend auf dem Aufbau textiler Tiefenfiltermedien und den Kenntnissen zur Nähwirktechnik wurden unterschiedliche Polfaser-Vlieswirkstoffe gefertigt und getestet. Die experimentellen Arbeiten umfassten technologische Untersuchungen zu erzielbaren Eigenschaften von Polfaser-Vlieswirkstoffen Kunit in Abhängigkeit vom Faserstoff und maschinen-technischen Parametern. Ein weiterer Schwerpunkt war die zielgerichtete Beeinflussung des Dichtegradienten zwischen An- und Ausströmseite. Beschrieben wurden als geeignete Verfahren zur einseitigen Verdichtung von Polfaser-Vlieswirkstoffen das hydrodynamische Aufbringen von Vliesen mittels energiereicher Wasserstrahlen und das Auflaminieren von Feinfaser-Spinnvliesstoff (Meltblown). Die verdichteten Varianten werden mit Hycoknit und Melaknit bezeichnet. Bewertet wurden die gefertigten Polfaser-Vlieswirkstoffe auf Basis textil-physikalischer und partikelbezogener Prüfungen. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte im Vergleich zu handelsüblichen Tiefenfiltermedien der Filterklassen F5 bis F8. Die Ergebnisse zeigen, dass die neuen Polfaser-Vlieswirkstoffe hohe Staubspeicherkapazitäten besitzen. Der Anfangsabscheidegrad ist vergleichbar mit den Werten von Standardfiltermedien der Filterklassen F5/F6. Bereits nach kurzer Bestaubungszeit steigt der Abscheidegrad steil an und befindet sich am Ende der Prüfungen auf dem Niveau von Feinstaubfiltermedien der Filterklassen F7/F8. In Abhängigkeit von den Fertigungsparametern sind sowohl der Druckdifferenzverlauf als auch der Abscheidegrad in einem breiten Bereich einstellbar. Im Filtermedium angesammelte Partikel sind durch Druckluftimpulse im beträchtlichen Umfang entfernbar. Eine ökonomisch sinnvolle und umweltbewusste Mehrfachnutzung der Filtermedien wird damit möglich. Anwendbar sind die neuartigen Materialien auf Grund des möglichen breiten Eigenschaftsspektrums neben dem Einsatz als Filtermedium unter anderem für Isolationszwecke, im Schutzbereich, zur Polsterung sowie in der Hygiene und Medizin.

Strahlwäscher sind durch Ihre Fluiddynamik gekennzeichnet, was eine detaillierte Simulation erschwert. Es konnte gezeigt werden, dass die in der Literatur üblichen empirischen Ansätze aufgrund Ihrer Vereinfachungen den Prozess nur ungenau beschreiben und daher nur für eingeschränkte Bedingungen gelten. Die für die Auslegung von Strahlwäschern relevanten Größen, die erreichbare Pressung und die Stoffaustauschfläche, für beliebige Betriebspunkte wurden in dieser Arbeit durch eine dreidimensionale CFD Simulation berechnet. Es wurden entsprechende Unterprogramme implementiert, um den Stoffübergang im Strahlwäscher zu berechnen. Die chemische Absorption wurde sowohl für die Tropfen als auch für den sich ausbildenden Wandfilm berechnet und als Senke an die Gasphase zurückgegeben. Die Tropfengröße und der Sprühwinkel haben einen essentiellen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse im Strahlwäscher. Diese, im wesentlichen von der Düse abhängigen Größen, wurden experimentell mit der Phasen-Doppler-Anemometrie bestimmt. Die Simulationsergebnisse wurden durch Versuche in einer Technikumsanlage verifiziert.

Die Partikelabscheidung aus Gasen findet bei einer Vielzahl industrieller Prozesse Anwendung. Die im Bereich der Emissionsminderung für die Abscheidung fester Partikel zumeist herkömmlich eingesetzten Anlagen gleichen einander stark und werden häufig auch als Entstaubungsanlagen oder -einrichtungen bezeichnet. Diese bestehen vorwiegend aus eckigen Gehäusen mit intern positionierten Filterelementen. Zum Schutz und zur Entlastung der Filterelemente finden häufig interne Prallbleche bzw. externe Fliehkraftabscheider Verwendung. Kaum bekannt und untersucht hingegen ist die Kombination von filternder Technologie mit Fliehkraftabscheidern innerhalb eines Gehäuses. Die vorliegende Arbeit untersucht das technologische Konzept kombinierter Bauformen und entwickelt zwei weitere Varianten. Die wissenschaftliche Untersuchung von deren Funktion erfolgt am eigens entwickelten Versuchsstand. Die zusätzliche experimentelle Analyse einer herkömmlichen Entstaubungseinrichtung ermöglicht die Gegenüberstellung der unterschiedlichen technologischen Konzepte. Überdies erfolgt die Entwicklung und Validierung eines numerischen Berechnungsmodells sowie der Vergleich mit verfügbaren Standard-Berechnungsmodellen. Ferner findet das validierte numerische Berechnungsmodell bei der strömungstechnischen Analyse der experimentell untersuchten kombinierten Bauformen Anwendung. Letztendlich erfolgt auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse die Definition von Vor- und Nachteilen sowie potentieller Anwendungsgebiete. Darüber hinaus werden für die zukünftige Dimensionierung allgemeingültige Regeln und eine Berechnungsvorschrift abgeleitet. / Particle separation of gases has been applied to a variety of industrial processes. Conventional concepts for the separation of solid particles resemble each other and are often referred to as dust collectors. They mainly consist of square housings with internal filter elements. For the protection and relief of the filter elements one often uses internal baffles and external cyclones. However, very little is known and studied regarding the combination of filtering technology and centrifugal separators within the same housing. This dissertation examines the state of the art of combined designs and presents the development of two further variants. Their scientific investigation took place on an especially designed test rig. An additional experimental analysis of a conventional dust collector allows the comparison of the developed different technological concepts. Moreover, experiments were carried out in order to develop and validate a numerical simulation model and to allow a comparison with available standard computational models. Furthermore, the validated numerical model has been applied to the aerodynamic analysis of the experimentally investigated combined designs. Moreover, based on the derived results, advantages and disadvantages as well as potential areas of application were identified. Eventually, some universal rules and a calculation rule have been derived for future designs and lay outs.

Die Partikelabscheidung aus Gasen findet bei einer Vielzahl industrieller Prozesse Anwendung. Die im Bereich der Emissionsminderung für die Abscheidung fester Partikel zumeist herkömmlich eingesetzten Anlagen gleichen einander stark und werden häufig auch als Entstaubungsanlagen oder -einrichtungen bezeichnet. Diese bestehen vorwiegend aus eckigen Gehäusen mit intern positionierten Filterelementen. Zum Schutz und zur Entlastung der Filterelemente finden häufig interne Prallbleche bzw. externe Fliehkraftabscheider Verwendung. Kaum bekannt und untersucht hingegen ist die Kombination von filternder Technologie mit Fliehkraftabscheidern innerhalb eines Gehäuses. Die vorliegende Arbeit untersucht das technologische Konzept kombinierter Bauformen und entwickelt zwei weitere Varianten. Die wissenschaftliche Untersuchung von deren Funktion erfolgt am eigens entwickelten Versuchsstand. Die zusätzliche experimentelle Analyse einer herkömmlichen Entstaubungseinrichtung ermöglicht die Gegenüberstellung der unterschiedlichen technologischen Konzepte. Überdies erfolgt die Entwicklung und Validierung eines numerischen Berechnungsmodells sowie der Vergleich mit verfügbaren Standard-Berechnungsmodellen. Ferner findet das validierte numerische Berechnungsmodell bei der strömungstechnischen Analyse der experimentell untersuchten kombinierten Bauformen Anwendung. Letztendlich erfolgt auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse die Definition von Vor- und Nachteilen sowie potentieller Anwendungsgebiete. Darüber hinaus werden für die zukünftige Dimensionierung allgemeingültige Regeln und eine Berechnungsvorschrift abgeleitet. / Particle separation of gases has been applied to a variety of industrial processes. Conventional concepts for the separation of solid particles resemble each other and are often referred to as dust collectors. They mainly consist of square housings with internal filter elements. For the protection and relief of the filter elements one often uses internal baffles and external cyclones. However, very little is known and studied regarding the combination of filtering technology and centrifugal separators within the same housing. This dissertation examines the state of the art of combined designs and presents the development of two further variants. Their scientific investigation took place on an especially designed test rig. An additional experimental analysis of a conventional dust collector allows the comparison of the developed different technological concepts. Moreover, experiments were carried out in order to develop and validate a numerical simulation model and to allow a comparison with available standard computational models. Furthermore, the validated numerical model has been applied to the aerodynamic analysis of the experimentally investigated combined designs. Moreover, based on the derived results, advantages and disadvantages as well as potential areas of application were identified. Eventually, some universal rules and a calculation rule have been derived for future designs and lay outs.