Für die Weich- und Mittelhartzerkleinerung von Primär- und Sekundärrohstoffen werden zunehmend Profilwalzenbrecher eingesetzt. Trotz relativ geringer Zerkleinerungsgrade zeichnen sie sich durch einen geringen spezifischen Leistungsbedarf, hohe Durchsätze, eine einfache Konstruktion und Instandhaltung sowie eine störungsfreie Betriebsweise aus und sind auch bei adhäsivem Aufgabematerial anwendbar. Trotz der Bedeutung dieser Maschinen gibt es bisher nur unzureichende Auslegungsmethoden. Die theoretisch begründete Modellierung der Zerkleinerung in markant profilierten Walzenbrechern ist deshalb Gegenstand dieser Arbeit, um dadurch die Dimensionierungsgrundlagen zu verbessern und Einsatzmöglichkeiten in der Hartzerkleinerung abzuschätzen. Dazu werden im Rahmen einer Systembetrachtung zunächst die wesentlichen Prozessparameter der Zerkleinerung ermittelt und die Bauarten von Profilwalzenbrechern klassifiziert (Kapitel 2). Die Darstellung der bekannten Berechnungsmodelle für die Hauptzielgrößen „Grenzdurchsatz“, „Produktgranulometrie“ und „Leistungsbedarf“ ist Gegenstand von Kapitel 3. Darauf aufbauend wird in Kapitel 4 ein neues, physikalisch begründetes Auslegungsmodell vorgestellt und das Untersuchungsfeld hinsichtlich der zu analysierenden Aufgabestoffart und Maschinengeometrie eingegrenzt. Die für dieses Modell erforderlichen Zerkleinerungstest- und Simulationsergebnisse werden in Kapitel 5 und 6 dargestellt, bevor die Arbeit in Kapitel 7 mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick abschließt.

Mit zunehmenden mineralischen Ressourcenbedarf steigen die Anforde-rungen an Aufbereitungsmaschinen wie den Center-Sizer. Um diesen An-forderungen gerecht zu werden, lag der Schwerpunkt bisher in der Ver-besserung der maschinenseitigen Modellbeschreibung, wobei für die Ma-terialmodelle zumeist stark vereinfacht blieben. Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung eines materialseitigen Modells basierend auf der Diskreten-Elemente-Methode, welches durch eine begründete Parametrierung sowie in Co-Simulation mit einem mehr-dimensionalen Maschinenmodell zur Belastungsprognose auf Center-Sizer dient. Sie leistet damit einen Beitrag zur Erweiterung der bestehenden Auslegungsmethode und bietet für weiterführende Forschungstätigkeiten eine substanzielle Grundlage. / As the demand for mineral resources increases, so do the requirements for processing machines such as the Center-Sizer. In order to meet these re-quirements, the focus has so far been on improving the model description on the machine side, whereby the material models mostly have remained simplified. The present dissertation deals with the development of a material model based on the discrete-element-method for the load prediction on center sizer by using determined parameterization method as well as the co-simulation with a multidimensional machine model. It contributes to the enhancement of the current method of structural design and it serves a substantial basis for further research projects.

Ultrafine particles (UFPs) with diameters smaller than 100 nm are omnipresent in ambient air. They are important sources for fine particles produced through the agglomeration and/or vapor condensation. With their unique properties, UFPs have also been manufactured for industrial applications. But, from the toxicological and health perspective, ultrafine particles with high surface-to-volume ratios often have high bio-availability and toxicity. Many recent epidemiologic studies have evidence UFPs are highly relevant to human health and disease. In order to better investigate UFPs, better instrumentation and measurement techniques for UFPs are thus in need. The overall objective of this dissertation is to advance out current knowledge on UFPs generation and measurement. Accordingly, it has two major parts: (1) ultrafine particle generation for laboratory aerosol research via electrospray (ES), and (2) ultrafine particle measurement for ambient aerosol monitor and personal exposure study via the development of a cost-effective and compact electrical mobility particle sizer. In the first part, to provide monodisperse nanoparticles, a new single capillary electrospray with a soft X-ray photoionizer as a charge reduction scheme has been developed. The soft X-ray effects on electrospray operation, particle size distribution and particle charge reduction were evaluated. To generate ultrafine particles with sufficient mass concentration for exposure/toxicity study, a TSE twin-head electrospray (THES) was evaluated, as well. The configuration and operational variables of the studied THES has been optimized. Three different nanoparticle suspensions were sprayed to investigate material difference. In the second part, to develop a miniature electrical mobility based ultrafine particle sizer (mini e-UPS), a new mini-plate aerosol charger and a new mini-plate differential mobility analyzer (DMA) have been developed. The performances of mini-plate charger and mini-plate DMA were carefully evaluated for ultrafine particles, including intrinsic/extrinsic charging, extrinsic charge distribution, DMA sizing accuracy and DMA transfer function. A prototype mini e-UPS was then assembled and tested by laboratory generated aerosol. Also a constrained least square method was applied to recover the particle size distribution from the current measured by a mini Faraday Cage aerosol electrometer.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / A semi-parametric approach incorporates parametric and nonparametric functions in the model and is very useful in situations when a fully parametric model is inadequate. The objective of this dissertation is to extend statistical methodology employing the semi-parametric modeling approach to analyze data in health science research areas. This dissertation has three parts. The first part discusses the modeling of the dose-response relationship with correlated data by introducing overall drug effects in addition to the deviation of each subject-specific curve from the population average. Here, a penalized spline regression method that allows modeling of the smooth dose-response relationship is applied to data in studies monitoring malaria drug resistance through the ex-vivo assays.The second part of the dissertation extends the SiZer map, which is an exploratory and a powerful visualization tool, to detect underlying significant features (increase, decrease, or no change) of the curve at various smoothing levels. Here, Penalized Spline Significant Zero Crossings of Derivatives (PS-SiZer), using a penalized spline regression, is introduced to investigate significant features in correlated data arising from longitudinal settings. The third part of the dissertation applies the proposed PS-SiZer methodology to analyze HIV data. The durability of significant weight change over a period is explored from the PS-SiZer visualization. PS-SiZer is a graphical tool for exploring structures in curves by mapping areas where rate of change is significantly increasing, decreasing, or does not change. PS-SiZer maps provide information about the significant rate of weigh change that occurs in two ART regimens at various level of smoothing. A penalized spline regression model at an optimum smoothing level is applied to obtain an estimated first-time point where weight no longer increases for different treatment regimens.

Für die Weich- und Mittelhartzerkleinerung von Primär- und Sekundärrohstoffen werden zunehmend Profilwalzenbrecher eingesetzt. Trotz relativ geringer Zerkleinerungsgrade zeichnen sie sich durch einen geringen spezifischen Leistungsbedarf, hohe Durchsätze, eine einfache Konstruktion und Instandhaltung sowie eine störungsfreie Betriebsweise aus und sind auch bei adhäsivem Aufgabematerial anwendbar. Trotz der Bedeutung dieser Maschinen gibt es bisher nur unzureichende Auslegungsmethoden. Die theoretisch begründete Modellierung der Zerkleinerung in markant profilierten Walzenbrechern ist deshalb Gegenstand dieser Arbeit, um dadurch die Dimensionierungsgrundlagen zu verbessern und Einsatzmöglichkeiten in der Hartzerkleinerung abzuschätzen. Dazu werden im Rahmen einer Systembetrachtung zunächst die wesentlichen Prozessparameter der Zerkleinerung ermittelt und die Bauarten von Profilwalzenbrechern klassifiziert (Kapitel 2). Die Darstellung der bekannten Berechnungsmodelle für die Hauptzielgrößen „Grenzdurchsatz“, „Produktgranulometrie“ und „Leistungsbedarf“ ist Gegenstand von Kapitel 3. Darauf aufbauend wird in Kapitel 4 ein neues, physikalisch begründetes Auslegungsmodell vorgestellt und das Untersuchungsfeld hinsichtlich der zu analysierenden Aufgabestoffart und Maschinengeometrie eingegrenzt. Die für dieses Modell erforderlichen Zerkleinerungstest- und Simulationsergebnisse werden in Kapitel 5 und 6 dargestellt, bevor die Arbeit in Kapitel 7 mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick abschließt.:Symbolverzeichnis III Tabellenverzeichnis XX Abbildungsverzeichnis XXI 1 Einleitung und Problemstellung 1 2 Systemanalyse von Profilwalzenbrechern 3 2.1 Einfluss- und Zielgrößen von Profilwalzenbrechern 3 2.2 Systematisierung und Einordnung von Profilwalzenbrechern 7 2.2.1 Klassifizierung von Profilwalzenbrechern 8 2.2.1.1 Klassifizierung nach konstruktiven Maschinenparametern 9 2.2.1.2 Klassifizierung nach der Belastungsart 18 2.2.2 Abgrenzung von Profilwalzenbrechern 25 3 Erkenntnisstand zur Zerkleinerung in Profilwalzenbrechern 29 3.1 Wertebereiche der Einfluss- und Zielgrößen von Profilwalzenbrechern 29 3.2 Auslegungsmodelle von Profilwalzenbrechern 32 3.2.1 Ermittlung des Grenzdurchsatzes 32 3.2.1.1 Einzugsbedingung für das Einzelkorn 32 3.2.1.2 Theoretisch begründete Ansätze für den Grenzdurchsatz 38 3.2.1.3 Empirische Ansätze für den Grenzdurchsatz 47 3.2.2 Ermittlung der Produktkorngrößenverteilung 49 3.2.3 Ermittlung des Leistungsbedarfs 54 3.2.3.1 Theoretisch begründete Ansätze für den Leistungsbedarf 57 3.2.3.2 Empirische Ansätze für den Leistungsbedarf 68 3.3 Wertung des Erkenntnisstandes und Präzisierung der Aufgabenstellung 75 4 Neues Auslegungsmodell für Profilwalzenbrecher 77 4.1 Aufbau des Modells 77 4.2 Voruntersuchungen zu den Einflussgrößen des Modells 78 4.2.1 Analyse maschinenbezogener Parameter 78 4.2.1.1 Primäroptimierung der Profilwalzengeometrie 79 4.2.1.2 Sekundäroptimierung der Profilwalzengeometrie 86 4.2.2 Analyse aufgabestoffbezogener Parameter 95 4.2.3 Analyse systembezogener Parameter 99 4.3 Bestimmung der Zielgrößen des Modells 101 4.3.1 Simulation der Einzelkornzerkleinerung in einem Modellwalzenbrecher 101 4.3.2 Aggregation der Simulationsergebnisse auf die Massestromzerkleinerung 102 4.3.3 Skalierung der Simulationsergebnisse auf den Originalwalzenbrecher 110 5 Zerkleinerungsversuche für das neue Auslegungsmodell 115 5.1 Grundlagen zur Einzelkorndruckzerkleinerung 115 5.1.1 Physikalische Beschreibung von Deformations- und Bruchprozessen 115 5.1.2 Empirische Analyse von Deformations- und Bruchprozessen 121 5.1.2.1 Einfluss- und Zielgrößen der Einzelkorndruckzerkleinerung 121 5.1.2.2 Korngrößeneffekt der Einzelkorndruckzerkleinerung 124 5.1.2.2.1 Versuchsergebnisse zum Korngrößeneffekt 124 5.1.2.2.2 Mathematisch-statistische Ansätze zum Korngrößeneffekt 128 5.2 Experimentelle Untersuchungen zur Einzelkorndruckzerkleinerung 132 5.2.1 Aufbau der Versuchsapparaturen 132 5.2.2 Durchführung der Versuche 134 5.2.3 Auswertung der Versuche 136 6 DEM-Simulationen für das neue Auslegungsmodell 141 6.1 Grundlagen zur DEM-Simulation 141 6.1.1 Beschreibung der DEM 141 6.1.2 Bisherige DEM-Simulationen von Zerkleinerungsprozessen 151 6.2 Kalibrierung des DEM-Gesteinsmodells 154 6.2.1 Statistische Simulationsplanung 156 6.2.2 Simulationsdurchführung 159 6.2.3 Voroptimierung 161 6.2.4 Nachoptimierung 164 6.3 Walzenbrechersimulationen mit dem kalibrierten DEM-Gesteinsmodell 166 6.3.1 Aufbau des Walzenbrechersimulationsprogramms 166 6.3.2 Ergebnisse der Walzenbrechersimulationen 169 6.3.2.1 Simulationsergebnisse zum Massedurchsatz des Walzenbrechers 169 6.3.2.2 Simulationsergebnisse zur Produktkorngrößenverteilung des Walzenbrechers 171 6.3.2.3 Simulationsergebnisse zum Leistungsbedarf des Walzenbrechers 174 7 Zusammenfassung und Ausblick 178 Literaturverzeichnis XXIV Anlagenverzeichnis XXXV

This master’s thesis is focusing on the research of chosen smoking types and their comparison in regard to emitted particles. Aerosol created during smoking represents a serious threat for human health. For purposes of this work an experimental set-up was constructed in the Laboratory of Aerosol Research at BUT FME and experiments simulating smoking process were carried out. The results of these experiments are presenting objective information about the constitution of produced aerosol which enters smoker’s lungs. There are many myths about the harmful effects of different types of smoking. The goal of this work is to verify and resolve these myths and set the foundation for possible upcoming research in this area.

The purpose of this study was to evaluate four different measuring methods as potentialquality control tests for Tungsten Carbide (WC) raw material used in the hard metalmanufacturing at Seco Tools Fagersta. This was warranted as the current quality testcalled the HcK test, is very time consuming and the results provided that are used formilling time calculations cannot be relied on. The four measuring methods chosen wasLaser diffraction, X-Ray diffraction, Brunauer Emmett Teller analysis and Fisher Sub-Sieve Sizer measurement. These measuring techniques were chosen by Seco ToolsThe project followed the general structure of the project cycle modified to fit the projectand involving the steps project planning, present state analysis, goals and requirementdetermination, evaluation elimination of options and final of choice of option. Thealternative methods were evaluated using an evaluation matrix containing therequirements determined to be the most relevant for the quality control process. Therequirements were measurement precision, operator influence, ease of use, time requiredand operator time required. The ability of the measurement method to distinguishbetween all of the different WC powders used a Seco Tools was put as a must requirementas the new method is meant to serve as a verification test as well as a quality test.The analysis methods were evaluated practically through experiments and therefore atesting strategy was established. Initial test on two powder types was performed so thatan early evaluation could be done. During this stage both the Laser diffraction and the XRaydiffraction were eliminated due to poor results. The BET analysis and the Fisher Sub-Sieve Sizer performed better and was therefore tested further. Randomized testing wasthe method chosen when testing with all powders to minimize the environmental impacton the testing as this could affect the results of the study.The testing showed that only the Fisher SSS was able to distinguish between all thedifferent powders making it the only viable option as a new quality test. This was onlypossible when measuring on agglomerated material and the values extracted couldtherefore not be used further in the production. The Fisher SSS also performed the bestwhen ranked against the rest of the requirements, showing a high precision whenmeasuring on deagglomerated material and a combination of the two tests was thereforeconsidered.When compared to the HcK test the Fisher SSS showed a significant reduction in lead timebut also a reduction in information gathered and eventual defects controlled. The FisherSSS provides only an average particle size measurement and since no correlation has yetbeen established between the measured particle size and the required milling times it wasrecommended that the HcK test remains.It was recommended that a study is started aimed at establishing a correlation betweenthe measured particle size and the required milling time is started to investigate if this ispossible.

One important source of coarse particulate matter in urban atmosphere is the resuspended street dust. The aim of this study was to determine the emission potential of street dust samples, to conduct shape and mineralogical analysis of resuspendable fraction and on the bases of the findings carry out a comparison between the different sampling sites. The dust samples were collected in February 2014 in three cities: Ostrava, Prague and Pilsen. For the purpose of this study, nine samples from the selected sites were dispersed in a resuspension chamber. The samples were collected in the center of every city in the following locations: the main square, the tram railway and the curbside. Morphological and elemental analysis was performed using a Scanning Electron Microscope with EDS detector. The presence of mineral components such as quartz, chlorite, calcite, feldspar and kaolinite was observed. In samples from Ostrava were found spherical-shaped particles composed of iron oxides. The samples of Pilsen contained amphibole mineral fibers - actinolite. X-ray Powder Diffraction at high sensitivity showed the presence of amphibole asbestos in the samples from Ostrava and Prague. The mass of each size fraction of resuspended samples was determined. The mass size distribution was bimodal (2.5 µm and 8 µm),...

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