Numerical simulation of droplet dispersion within meso-porous membranes

Analysis of membrane processes in fluid processing, and their main influencing operating conditions are relevant in a variety of industrial applications. Increasing regulatory scrutiny and environmental considerations are forcing industries across all sectors, from food and pharma to oil and gas, to further understand and optimise the handling and formulation of liquid systems for efficient process design. In a generic setup for emulsification and liquid formulation the flow and dispersion behaviour of a liquid oil droplet on its way through a porous water filled membrane is analysed. A set of high-resolution numerical simulations of a single oil droplet dispersed in water through a porous membrane structure with varying contact angles is performed. In this work cluster analysis of volume-of-fluid simulation results to obtain statistical droplet size distributions is conducted and further analysed to highlight the effect of the contact angle as well as pressure drop on the dynamics of the system. It is observed that based on the membrane surface activity the droplet behaviour changes from filtration with coalescence when the membrane is lipophilic to emulsification with droplet break-up when the membrane is lipophobic. Furthermore, the pressure drop is identified as a key factor for the dynamics of the droplet process and the frame in which it occurs. These results highlight that the membrane wettability is a determining factor for the emulsification or filtration effectiveness of a membrane for various applications

Gas/particle Interaction in Ultrasound Agitated Gas Flow

AbstractAcoustic waves imply specific force and stress distributions onto particles in a gaseous environment. In this paper time-dependent and time-averaged acoustic forces of resonant standing ultrasound waves on rigid particles and agglomerates in gaseous environment are investigated by numerical simulation. The calculated resonant standing wave field is validated using experimental data. Acoustic forces are calculated for cylindrical and spherical particle geometries and the resulting values are compared with analytic correlations from literature. The position of the bodies in respect to the sound source was varied to study the local dependence of the acoustic force. Characteristics of gas/particle interaction in ultrasound agitated gas flow are discussed

Flexible Piezoelectric Drop-On-Demand Droplet Generation

[EN] The size of droplets generated by piezoelectric drop-on-demand (DOD) droplet generators can be varied to a certain degree within one order of magnitude. This variation means that the droplet size is not solely determined by the nozzle diameter, and the droplet generation process is not restricted to drops extruded through a nozzle in conventional operation. By varying the electronic driving pulse, different droplet sizes can be obtained. To investigate the interaction of piezoelectric pulse excitation and the finally produced droplets, different approaches are applied. A comparison of a modal analysis of a pure piezo based on mechanical admittance calculations proofs the usability of electrical impedance measurements. This kind of measurements are then compared to finite-element simulations of a coupled piezo system – one as actuator, the other as pressure sensor – to extend the usable methods with the result that the fluid is of minor influence on the modal frequencies. Last, two phase fluid flow simulations with consequent pressure wave evaluations of the fluid show different pressure wave frequency specta than the modal analysis.We would like to thank the German Research Foundation (DFG) for financial support of this project.Riefler, N.; Wriedt, T.; Fritsching, U. (2017). Flexible Piezoelectric Drop-On-Demand Droplet Generation. En Ilass Europe. 28th european conference on Liquid Atomization and Spray Systems. Editorial Universitat Politècnica de València. 621-627. https://doi.org/10.4995/ILASS2017.2017.484662162

Synthesis of Pure and Fe-Doped TiO2_2 Nanoparticles via Electrospray-Assisted Flame Spray Pyrolysis for Antimicrobial Applications

We report a straightforward aerosol-based approach to synthesizing pure and Fe-doped TiO$_2$ nanoparticles by continuous electrospray-assisted flame spray pyrolysis (EAFSP). Initially, pure TiO$_2$ nanoparticles were prepared by electrospraying titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) (TDIP) at varying concentrations onto a grounded flame. In this regard, various in situ (phase Doppler anemometry, high-speed camera, and scanning mobility particle sizer) and ex situ (small-angle X-ray scattering, transmission electron microscopy, and BET adsorption isotherms) diagnostics were applied for the analysis of the in-flight droplet characteristics in the spray, such as droplet μ-explosions, as well as primary and agglomerate nanoparticle evolution within the process and the particulate product. Moreover, single-particle ICP-MS (inductively coupled plasma–mass spectrometry) in situ measurements have been conducted to get insight into the process that causes various particle morphologies and to open up the option of an in situ determination of the particle formation route. Subsequently, the EAFSP method was utilized to produce Fe-doped TiO$_2$ nanoparticles. The influences of the Fe$^{3+}$ dopant concentration on the particle size, crystal structure, crystallite sizes, phase formation, oxygen vacancy defects, and optical gaps were systematically investigated. The presented EAFSP synthesis, in contrast to conventional flame spray pyrolysis (FSP) with gas atomization of the solvent/precursor, eliminates the need for dispersion gas and complex solvents, making it a more efficient and environmentally friendly method for nanoparticle synthesis. Finally, we studied the application potential of EAFSP-synthesized pure and Fe-doped TiO$_2$ nanoparticles for fighting bacteria resistant to an antibiotic, here spectinomycin-resistant Escherichia coli. A clear inhibitory effect of the Fe-doped TiO$_2$ nanoparticles could be observed during the growth of bacteria in the liquid medium, up to 99.4%. These results point out the high potential of the designed Fe-doped TiO$_2$ nanoparticles to act as antimicrobial agents and treatments against infections

Energie- und Ressourceneffizienz in der Wärmebehandlung und Thermoprozesstechnik

Die effiziente Nutzung von Energie und Rohstoffen gewinnt in den allen Produktionsprozessen zunehmend an Bedeutung. Steigende Energiepreise und Umweltanforderungen sowie der zunehmende Kostendruck durch die Globalisierung zwingen auch klein- und mittelständische Unternehmen, sich mit dem Thema Energie- und Ressourceneffizienz verstärkt auseinanderzusetzen. Potentielle Effizienzsteigerungen in Prozessen und Anlagen gründen nach dem Stand der Technik auf innovativen Prozessen und Produkten und wesentlich aus der Optimierung ganzer Prozess- und Fertigungsketten, der effizienten Verknüpfung von Verfahrens- und Prozessschritten sowie einer ganzheitlichen Optimierung bereits etablierter Produktionsabläufe. Um den Austausch von Know-how und Erfahrungen im Bereich energie- und ressourceneffizienter Fertigungs- und Prozessketten in der Wärmebehandlung und Thermoprozesstechnik voranzutreiben werden im Seminar u.a. folgenden Bereiche vorgestellt: Anlagen der Wärmebehandlung und Thermoprozesstechnik Vernetzung von Stoff- und Energieflüssen Bilanzierung von Stoff- und Energieströmen Möglichkeiten der Stoff- und Energieeinsparung Analyse und Optimierung der Prozessführung Optimierung von Steuer- und Regelkreisen Bewertung von Maßnahmen bezgl. Einspar- und Verwertungspotential Strategien und Prozessführung für Kühl- und Heiz- / Erwärmprozesse von Bauteilen in Thermoprozessen. Das Seminar richtet sich an Ingenieure und Techniker sowie Praktiker aus den Bereichen Entwicklung und Konstruktion und insbesondere die Betreiber von Thermoprozessanlagen in der Härtereitechnik und der Wärmebehandlung. Die Vortragenden sind Anwender und Entwickler/Anlagenbauer aus der Wärmebehandlung, der Werkstoff- und Thermoprozesstechnik.Breme

Proceedings SPRAY 2010, 3.-5. Mai 2010, Heidelberg

SPRAY 20109. Workshop über Sprays, Techniken der Fluidzerstäubung und Untersuchungen von SprühvorgängenHeidelberg, 3. - 5. Mai 2010Die Spray-Workshops sollen Ingenieuren und Wissenschaftlern aus Forschung und Industrie Gelegenheit bieten, sich mit aktuellen Problemen und Lösungsansätzen der Fluidzerstäubung, den entsprechenden Messtechniken sowie der physikalischen Modellbildung von Sprayprozessen und deren numerischer Behandlung auseinander zu setzen. Der Workshop Spray 2010 in Heidelberg war der neunte in dieser Reihe.In den Spray-Workshop 2010 integriert war das Jahreskolloquium des DFG-SPP Prozess-Spray: Herstellen funktionaler Feststoffpartikeln in Sprühverfahren von den Anforderungen an das Pulver und an seine Eigenschaften zum geeigneten Prozess. Die Proceedings zu diesem Workshop mit den eingereichten Tagungsbeiträgen sind nach dem Modus des Open Access auf dem E-Lib Server der Staats- und Universitätsbibliothek der Universität Bremen elektronisch publiziert und über ihre URN (uniform resource name) zitierfähig.E. Gutheil / U. FritschingBreme

Proceedings SPRAY 2012, 21.-22. Mai 2012, Berlin

SPRAY 2012, 21.-22. Mai 2012, Berlin Die Spray-Workshops sollen Ingenieuren und Wissenschaftlern aus Forschung und Industrie Gelegenheit bieten, sich - über ihre jeweiligen Einsatzgrenzen hinweg - mit aktuellen Problemen und Lösungsansätzen der Fluidzerstäubung, den entsprechenden Messtechniken sowie der physikalischen Modellbildung von Sprayprozessen und deren numerischer Behandlung auseinander zu setzen. Die Spray-Workshops werden seit 1994 in loser Reihenfolge im deutschsprachigen Raum durchgeführt. Der aktuelle Workshop Spray 2012 ist der 10. in dieser Reihe. In den aktuellen Spray-Workshop integriert ist das Jahreskolloquium des DFG-SPP Prozess-Spray: Herstellen funktionaler Feststoffpartikeln in Sprühverfahren von den Anforderungen an das Pulver und an seine Eigenschaften zum geeigneten Prozess. Durch diese Einbindung soll das Thema der Fluidzerstäubung und seine aktuellen Entwicklungen und der Fortschritt im SPP in breiter Anwendung vorgestellt und diskutiert werden. Die Proceedings zu diesem Workshop mit den eingereichten Tagungsbeiträgen sind auf CD erschienen und werden nach dem Modus des Open Access auf dem E-Lib Server der Staats- und Universitätsbibliothek der Universität Bremen elektronisch publiziert. Sie sind damit dauerhaft und stabil archiviert und werden über eine dauerhaft verfügbare Internetadresse mittels URN (uniform resource name) zitierfähig. S. Drusch / U. Fritschin