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Title
Aufbau einer Makro-Thermowaage zur Untersuchung von Schüttungsreaktionen / von Claus Schlägner
Additional Titles
Design of a Macro-Thermobalance for the Investigation of Reactions in Packed Beds
AuthorSchlägner, Claus
CensorJordan, Christian ; Harasek, Michael ; Birkelbach, Felix
PublishedWien, 2018
DescriptionIII, 108 Blätter : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2018
Annotation
Zusammenfassung in englischer Sprache
Annotation
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
LanguageGerman
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Thermochemische Energiespeicher / Thermogravimetrie / Reaktionskinetik
Keywords (EN)Thermochemical Energy Storage / Thermogravimetry / Reaction kinetics
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-107519 Persistent Identifier (URN)
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Aufbau einer Makro-Thermowaage zur Untersuchung von Schüttungsreaktionen [6.37 mb]
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Abstract (German)

Ziel dieser Arbeit ist, ein neues Konzept für eine Makro-Thermowaage zu entwickeln, dieses umzusetzen und zu testen. Mithilfe der neuen Waage soll es möglich sein, größere Probenmassen (100 g aufwärts) zu charakterisieren. Zunächst werden bereits bestehende Modelle, anhand von veröffentlichten Daten, auf Stärken und Schwächen analysiert und darauf aufbauend ein neues Grundkonzept entworfen. Dieses wird zunächst in Form eines Kaltmodells umgesetzt und auf grundlegende Eigenschaften hin untersucht. Neben Versuchen erfolgen begleitend auch Strömungssimulationen. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse fließen in den Neubau eines ersten Prototyps aus Edelstahl ein. Dieser wird ebenfalls zuerst durch Versuche und Simulationen charakterisiert. In der Simulation wird hauptsächlich auf den Wärmeübergang von der Reaktorwand auf das Fluid eingegangen. Bei den Experimenten handelt es sich hauptsächlich um Blindversuche, wobei der Einfluss der Temperatur, die eine große Rolle spielt, untersucht wird. Um bleibende Fehler der Messung durch den Temperatureinfluss auszugleichen, wird ein mathematisches Modell vorgestellt. Nach Charakterisierung des Aufbaus erfolgen, zur weiteren Validierung, Versuche mit Magnesiumsulfat-Heptahydrat. Dieses bietet den großen Vorteil einer hohen Massenabnahme bei relativ niedrigen Temperaturen. Die Auswertung der Versuche zeigt, dass der Aufbau, auch bereits ohne Korrekturen, bei hohen Massenabnahmen eingesetzt werden kann. Bei einer Massenabnahme von etwa 50 g, konnte ein maximaler Fehler von 0,9 g festgestellt werden. Bei einem weiteren Versuch wurde sogar eine Abweichung von nur 0,02 g gemessen. Im letzten Abschnitt werden für den vorhandenen Aufbau einige Verbesserungen vorgestellt. Zuletzt wird für eine genauere Messung auf einen Neubau eingegangen. Dieser muss eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Heizraum und Reaktor gewährleisten.

Abstract (English)

The objective of the present master thesis is to build a new Macro-Thermobalance with a sample mass of 100 g and more. The purpose of this new balance is to obtain a better understanding of the behaviour of different substances. The first part of the thesis reviews and compares different concepts of Macro-Thermobalances, which can be found in the literature. Based on that information, a new concept is introduced and tested using a cold model. In addition to experiments, supporting simulations are conducted to achieve a better understanding of the balance characteristics. The knowledge and experience gained in the previous section helps to build a new setup and a metal reactor. The first step in this process is to characterise the system with experiments and simulations. The simulation helps to get a better insight into the heat transition between the reactor wall and the fluid. The following experiments are mainly blank tests which reveal that temperature is one of the main influence parameters in the setup. Since it is very difficult to obtain reproducible results with the blank tests, a mathematical model is introduced to compensate for measurement errors caused by the raising temperature during an experiment. To validate the whole setup, experiments with magnesium sulphate are conducted. This substance has the advantage of a big mass decrease at a relatively low temperature. The results show that the setup can be used for substances with an expected high mass loss. Hydrated magnesium sulphate is expected to have a mass decrease of 50 %. With a sample mass of nearly 100 g, a maximum discrepancy of 0,9 g between the real and the measured mass loss during the first experiment is observed. In the second experiment, the deviation is significantly lower with 0,02 g. The final section introduces several recommendations for an improvement of the existing setup, as well as a concept for a new setup. One of the main features of the new concept is a more uniform temperature distribution in the heating area and the reactor.

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