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BIBEBUVABSc in MaschinentechnikOptimierung eines HydrozyklonesMaschinentechnik / Betreuer: Lukas MoserExperte: Dr. Tobias KockelFür das Projekt greenCarb werden seit einigen Jahren an der Berner Fachhochschule Anlagen entwickelt,welche Biomasse mittels hydrothermaler Karbonisation (HTC) oder Pyrolyse in Kohle umwandeln. Als Produktaus dem HTC-Reaktor entsteht ein Kohleschlamm. Nach einer Filterung, die das Grobgut abtrennt,erhält man eine Suspension aus Wasser und feinsten Kohlepartikeln. Um diese Partikel abzuscheidenwurde eine Versuchsanlage mit einem Hydrozyklon gebaut. Die Abscheideleistung dieser soll mittels Simulationenverbessert werden.Nils TrachselDer Hydrozyklon gehört zu denFliehkraftabscheidern und wirdindustriell eingesetzt um Feststoffpartikelaus Suspensionen abzuscheiden.Durch den tangentialenEinlauf wird das Aufgabegut ineinem abwärtsgerichteten Wirbelin den konischen Teil geleitet. Inder Verengung des Querschnittswird Fluid nach innen verdrängtwo sich ein zweiter, aufwärtsgerichteterWirbel bildet, der durchden Oberlauf austritt. Durch die inden Wirbeln auftretenden Fliehkräftebewegen sich Partikel zurZyklonwand und werden durchden Unterlauf ausgetragen. DieGeometrie und Betriebsparameterwie Druckabfall oder Volumenstrombeeinflussen dabei Kennwertewie die Grösse der kleinstenabgeschiedenen Partikel und dieMassenverteilung.Die aus dem HTC-Verfahren entstehendeSuspension wurde bisherentweder direkt der Kanalisationzugeführt oder noch gelagert.Mit Hilfe eines Hydrozyklons sollder Anteil an Feststoff im Wassererhöht werden, um eine Trocknungrentabel zu machen.suspension liegt. Um aufwändigeUmbauten und Versuchsreihen zuvermeiden, soll der Trennvorgangdurch numerische Strömungssimulation(CFD) simuliert und optimiertwerden.Die Strömungszustände in einemZyklon sind sehr komplex und instationär,um dies korrekt abzubildenwird mit Turbulenzmodellenhöherer Ordnung (LES) in Zeitschrittensimuliert. Der Rechenaufwandund die Berechnungszeitwerden dadurch sehr gross. DieStrömungen reagieren sehr sensibelauf Veränderungen der Randbedingungen,genaue Ergebnissesind nur mit genauen Vorgabenerreichbar.Um die Ergebnisse mit Messungenüberprüfen zu können, wurdenmit einer ProbesuspensionVersuchsreihen durchgeführt andenen die Betriebsparameter undPartikelverteilungen ermittelt wurden.Die Drücke und Volumenströmeder kontinuierlichen Phasekonnten validiert werden. Der Abscheidevorgangder Partikel unddie Grössenverteilungen werdenvom angewendeten Diskretphasenmodellaber nicht korrekt dargestellt.Durch die Erfahrungen aus denSimulationen und dem Vergleichmit Mess- und Literaturdaten wurdedie gesamte Anlage überarbeitet.Änderungen an den Armaturenführten bereits mit derbestehenden Anlage zu erheblichenVerbesserungen. Mit dengemachten Konstruktionverschlägenzur optimierung der Geometriewird ein zweites Funktionsmusterhergestellt. Dieses sollzusammen mit einer neuen Pumpedie einen grösseren Einsatzbereichermöglicht als Grundlage fürweitere Optimierungen dienen.Porträt fDie Geometrie des Versuchszykloneswurde mit empirisch ermitteltenFormeln aus der Literaturausgelegt. Eine erste Versuchsreihezeigte, dass die Feststoffkonzentrationam Unterlauf nurunwesentlich über der Aufgabe-230 ti.bfh.ch