Reconstructed CT data of filter cakes
datacite.FundingReference.funderName | Deutsche Forschungsgemeinschaft | |
Contributing person | Peuker, Urs Alexander (orcid: 0000-0002-8349-4493) | |
datacite.description.TableOfContents | CT data, image stack B70 (glass beads), 3225 images; CT data, image stack BCS201 (quartz), 3111 images; scan parameters for B70 (glass beads), 1 image; scan parameters for BCS201 (quartz), 1 image | |
Documentation of the data | Resource Type: X-ray microscopy 3D image data as image stack (HDF5 format) Methods: cake filtration according VDI 2762-2 in in-situ flow cell (pressure nutsch). The suspension of solid particles and aqueous solution (solid volume fraction 45 v.-% (B70) or 40 v.-% (BCS201) is stirred at 250 min-1 for 4 min while degassed at pU = 0.2 bar. After filling the suspension into the nutsch and starting the vacuum pump, the filtrate is collected inside a condensate separator. The filter medium consists of a calendered polypropylene woven fabric (05-1010-SK 006, Sefar, Switzerland). For all measurements, filtration ends after gas breakthrough. After filtration and CT measurement, the flow cell is thoroughly weighed and dried (24 h at 80 °C). Data Processing: Reconstruction by Filtered Back Projection algorithm with Xradia XMReconstructor, v14 software. | |
References to related material | Publication 'Stochastic 3D modeling of artificial filter cake structures based on µ-CT image' | |
Description of the data | field of view: 4 x 4 cm², sample size: 5 x 5 x 12.9 mm³ (B70)/5 x 5 x 12.4 mm³ (BCS201), source filter (ZEISS standard): LE5 (B70)/LE4 (BCS201), acceleration voltage / power: 50 kV/4 W, optical magnification: 4x, pixel size: 4.00 μm (B70)/3.98 µm (BCS201), exposure time 8 s (B70)/4 s (BCS201), projections: 2001 @360°, camera binning: 2 | |
Type of the data | Image | |
Total size of the dataset | 9047270710 | |
Author | Löwer, Erik | |
Upload date | 2024-04-12T11:14:52Z | |
Publication date | 2024-04-12T11:14:52Z | |
Publication date | 2026-06-11T15:46:16Z | |
Data of data creation | 2024 | |
Publication date | 2024-04-12 | |
Abstract of the dataset | CT data of two filter cakes, built from glass beads (B70) and quartz sand (BCS201) in an in-situ pressure nutsch according german guideline VDI 2762-2. The soda-lime glass beads (density 2.55 g/cm³, 72.30 m.-% SiO2, 13.30 m.- % Na2O, 8.90 m.-% CaO and 4.00 m.-% MgO) of the size of 70 < x < 110 μm were purchased from Sigmund Lindner GmbH, Germany, and are manufactured via dry spraying. The quartz sand (density 2.65 g/cm³, 99.1 m.-% SiO2 with traces of Fe2O3, Al2O3 and TiO2 with < 0.3 m.-%) was purchased from Strobel quartzsand GmbH, Germany, in the fraction x < 200 μm, coming from a comminution process. For the filtration experiments, the solids are suspended in an aqueous solution of de-ionized water, potassium iodide (25 mM) and glycerol (24 m-%), resulting in a density of 1.10 g/cm². After filtration until gas breakthrough, the filter cakes are measured tomographically (ZEISS Xradia 510 Versa). Research data to publication 'Stochastic 3D modeling of artificial filter cake structures based on µ-CT image'. Image data from µ-CT measurements of filter cakes, which serve as a model basis and validation of the artificial filter cakes for the publication. Abstract: In order to link the properties of a feed stream to those of a product stream in separation operations such as cake filtration, a more comprehensive database is required. For this purpose, a stochastic 3D model for generation of virtual filter cake structures is constructed and calibrated to tomographic image data of experimentally built filter cake structures. Within this model, artificial particles are simulated using mixed Gaussian random fields on a sphere, which are then spatially arranged to form a three-dimensional artificial filter cake that is validated with respect to geometric descriptors that were not used for model fitting, such as constrictivity, porosity, tortuosity and specific surface area. By adjusting interpretable parameters of the model, a large data base of systematically varying artificial filter cakes can be generated, allowing for transfer functions to be determined and structure-property relationships to be statistically investigated. | |
Public reference to this page | https://opara.zih.tu-dresden.de/handle/123456789/2676 | |
Public reference to this page | https://doi.org/10.25532/OPARA-292 | |
dc.language | eng | |
Publisher | Technische Universität Bergakademie Freiberg | |
Licence | Attribution 4.0 International | |
URI of the licence text | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
Specification of the discipline(s) | 4 | |
Title of the dataset | Reconstructed CT data of filter cakes | |
dc.title.alternative | B70 (glass beads) and BCS201 (quartz) | |
Research instruments | ZEISS Xradia 510 Versa with in-situ flow cell (self-built) | |
Underlying research object | quartz sand (99.1 m.-% SiO2, traces of Fe2O3, Al2O3 and TiO2 with < 0.3 m.-%), size below 200 µm, purchased from Strobel quartzsand GmbH, Germany, manufactured by comminution. Density 2.65 g/cm³. | |
Underlying research object | soda lime glass beads (72.30 m.-% SiO2, 13.30 m.-% Na2O, 8.90 m.-% CaO and 4.00 m.-% MgO), size: 70 ... 110 µm, purchased from Sigmund Lindner GmbH, Germany, manufactured via dry spraying. Density 2.55 g/cm³. | |
Underlying research object | Aqueous solution of de-ionized water, 25 mM potassium iodide (purity > 99.9 m.-%, Carl Roth, Germany) and 24 m.-% glycerol (C3H8O3, purity > 98.5 m.-%, Carl Roth, Germany). Density of 1.10 g/cm². | |
Software | Xradia XMReconstructor (Version 14) | |
Software | ZEISS Scout and Scan (Version 14) | |
Project abstract | Eine große Fragestellung bei der Auslegung von kuchenbildenden Filtrationsprozessen ist immer noch: Welche Filtrationseigenschaften besitzt ein gegebenes Partikelsystem? Nach dem Stand der Technik ermöglichen die etablierten Korrelationen, wie die Carman-Kozeny-Gleichung, es nicht aus einer Partikelgrößenverteilung den spezifischen Filtrationswiderstand oder die Kapillardruckverteilung mit technisch ausreichender Genauigkeit zu berechnen. Daher existieren in diesem Gebiet viele spezifische empirische Ansätze, die nur für enge Betriebsfenster jeweils validiert wurden und so keine Allgemeingültigkeit aufweisen. Für eine Prozesssimulation kann damit der Schritt von verteilten Partikeleigenschaften zu Poreneigenschaften nicht abgebildet werden. Das Ziel des Vorhabens ist daher die Korrelation von verteilten mehrdimensionalen Partikeleigenschaften, d.h., es wird neben Partikelgröße auch bspw. die Partikelform als verteilte Größe berücksichtigt, mit verteilten Kenngrößen der 3D-Morphologie von Filterkuchen, die aus diesen Partikeln gebildet werden. Als solche Kenngrößen können Porenradien- oder Tortuositätsverteilungen genannt werden. Hierzu werden experimentelle verfahrenstechnische Methoden mit digitalen computerbasierten Analyse- und Modellierungstechniken kombiniert. Analytische Partikelgrößenmessungen und tomographische Bilddaten der betrachteten Partikelsysteme und der daraus resultierenden Filterkuchenstrukturen dienen dabei als Grundlage für die Charakterisierung der Partikeleigenschaften und der 3D-Morphologie von zwei- und dreiphasigen Filterkuchen mittels parametrischer stochastischer Modelle. Einerseits werden die mehrdimensionalen Verteilungen von Partikeleigenschafts-Vektoren (z.B. Partikelgröße und Formkenngrößen) sowie von Kenngrößen des resultierenden mehrphasigen Filterkuchens mit parametrischen Copula-Ansätzen modelliert. Andererseits werden parametrische 3D Strukturmodelle kalibriert, um zusätzliche virtuelle 3D-Strukturen, so genannte digitale Zwillinge, von Partikeln bzw. mehrphasigen Filterkuchensystemen zu generieren, die im statistischen Sinne zu den tomographischen Bilddaten äquivalent sind. Sowohl die Copula-Modelle als auch die 3D-Strukturmodelle lassen sich mit nur wenigen Parametern beschreiben, wodurch eine effiziente Charakterisierung der jeweiligen Partikel- und Porensysteme erzielt wird. Anschließend werden Regressionsansätze verwendet, um Transferfunktionen aufzustellen, die Parameter der Modelle zur Beschreibung der Partikelsysteme auf die Parameter zur Beschreibung der Filterkuchenstrukturen abbilden. Diese Korrelation soll zukünftig prädiktive Aussagen zum auf Struktureigenschaften basierenden Prozessverhalten (bspw. Entfeuchtung, Waschung, Dispersion) eines Filterkuchens ermöglichen, die lediglich aus der Kenntnis der (multivariaten) Wahrscheinlichkeitsverteilung der zugrundeliegenden mehrdimensionalen Partikeleigenschaften abgeleitet werden. | |
Project title | Entwicklung von multivariaten Struktur- und Prozessmodellen für Filterkuchen, durch die Kombination von experimentellen verfahrenstechnischen und digitalen computerbasierten Methoden |
Files
Original bundle
1 - 4 of 4
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- Name:
- B70_glass_beads_-_scan_Parameters.PNG
- Size:
- 348.91 KB
- Format:
- Portable Network Graphics
- Description:
- Information about measurement parameters of CT device for material B70 (glass beads)
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- Name:
- BCS201_quartz_-_scan_Parameters.PNG
- Size:
- 355.13 KB
- Format:
- Portable Network Graphics
- Description:
- Information about measurement parameters of CT device for material BCS201 (quartz)
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- Name:
- image_data_B70_glass_beads.h5
- Size:
- 4.24 GB
- Format:
- Unknown data format
- Description:
- image stack of B70 (glass beads) filter cake
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- Name:
- image_data_BCS201_quartz.h5
- Size:
- 4.19 GB
- Format:
- Unknown data format
- Description:
- image stack of BCS201 (quartz) filter cake
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