Advanced

Calibration measurements in a catalysis reaction chamber using thermographic phosphors

Karlsson, Hanna LU (2015) FYSK01 20151
Department of Physics
Abstract
Accurate temperature measurements using thermocouples inside a catalysis reaction chamber is problematic due to the difficulties to attach the thermocouple to the catalysis sample. It is also of interest to accurately know the pressure inside the reaction chamber. In this work, thermographic phosphors have been utilized in order to determine the temperatures occurring inside a catalysis reaction chamber for typical catalysis measurement environments, and a pressure calibration has been performed. The phosphor was coated on top of the sample holder inside the reaction chamber and on phantom samples imitating real catalytic samples. The results show that the measured temperatures are higher at all locations on the sample holder compared to... (More)
Accurate temperature measurements using thermocouples inside a catalysis reaction chamber is problematic due to the difficulties to attach the thermocouple to the catalysis sample. It is also of interest to accurately know the pressure inside the reaction chamber. In this work, thermographic phosphors have been utilized in order to determine the temperatures occurring inside a catalysis reaction chamber for typical catalysis measurement environments, and a pressure calibration has been performed. The phosphor was coated on top of the sample holder inside the reaction chamber and on phantom samples imitating real catalytic samples. The results show that the measured temperatures are higher at all locations on the sample holder compared to the temperature readings of the thermocouple, and that the heat transfer to the phantom samples can be said to be fairly efficient. The results also shows that the pressure inside the chamber changes quadratically with a change in flow through the chamber. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Kanelbulle och katalysator: Temperaturerna som förändrar världen

Temperatur är något som de flesta av oss talar om dagligen. Det må handla om vädrets föränderlighet eller värmepannans oförmåga att värma upp huset; oavsett vad så är temperatur en faktor som diskuteras. För en katalysator i en kemisk omvandling är korrekt temperatur avgörande, och kan spela stor roll för framtidens utvecklingar inom såväl industri som samhället i stort.

Föreställ dig en fredag eftermiddag i köket då jobbet precis har blivit färdigt för dagen. Det är dags för fredagsmys och du är sugen på en löjligt god kanelbulle, helt i enlighet med den som Per Morberg tillagade igår kväll i "Vad blir det för mat?". Det första du gör är att sätta på ugnen på rätt... (More)
Kanelbulle och katalysator: Temperaturerna som förändrar världen

Temperatur är något som de flesta av oss talar om dagligen. Det må handla om vädrets föränderlighet eller värmepannans oförmåga att värma upp huset; oavsett vad så är temperatur en faktor som diskuteras. För en katalysator i en kemisk omvandling är korrekt temperatur avgörande, och kan spela stor roll för framtidens utvecklingar inom såväl industri som samhället i stort.

Föreställ dig en fredag eftermiddag i köket då jobbet precis har blivit färdigt för dagen. Det är dags för fredagsmys och du är sugen på en löjligt god kanelbulle, helt i enlighet med den som Per Morberg tillagade igår kväll i "Vad blir det för mat?". Det första du gör är att sätta på ugnen på rätt temperatur enligt receptet, men så slås du av en tanke. Hur kan man vara säker på att temperaturen i ugnen faktiskt är den som vredet utanpå visar? Om temperaturen inte är korrekt kommer den löjligt goda kanelbullen att bli förstörd och oaptitlig, och en förstörd och oaptitlig bulle är inte det man är sugen på en fredagskväll.

Att använda en katalysator i en kemisk omvanlding kan på sätt och vis liknas vid att baka kanelbullar. En katalysator är ett ämne som påskyndar en omvandling mellan andra ämnen till ett nytt ämne, liksom jästen i bulldegen. Allt vetemjöl, socker och kanel skulle inte kunna bli den där goda bullen lika enkelt om jästen inte fanns där och snabbade på bakningen genom att göra degen luftig. För liksom jästen i brödet så är en katalysator i en kemisk process helt beroende av vilka temperaturer som används, och det nya ämnet kan inte bildas lika snabbt och effektivt utan katalysatorn. Om temperaturen är fel kommer därför det nya ämnet antingen att inte skapas alls, eller i mindre utsträckning än vad det hade kunnat göra.

Katalysatorer används idag i någon form i ungefär 90\% av alla kemiska produkter som produceras och det är därför viktigt att ha god kunskap om de processer som en katalysator kan sätta igång. Eftersom en katalysator börjar skapa det nya ämnet först vid en given temperatur så är det viktigt att veta vilken temperatur som råder där man vill att den kemiska processen skall äga rum. Detta kan man göra genom att studera ljus från vissa material kallade termografiska fosforer, vilka skickar ut ljus som beror av materialets egen temperatur. Genom att i förväg veta vilket sorts ljus som skickas ut vid en specifik temperatur kan man på så sätt bestämma temperaturen i katalysatorns omgivning, den så kallade mätkammaren.

I detta arbete har det visat sig att temperaturen i mätkammaren är högre än vad man tidigare trott, och att den dessutom varierar beroende på var i mätkammaren som mätningarna utförts. Detta innebär att det nu är möjligt att vara mer säker på vilka temperaturer som faktiskt råder i mätkammaren, och att det spelar stor roll var i kammaren som man placerar katalysatorn och ämnena som ska omvandlas. I förlängningen kommer det därför att innebära att mätningarna kan genomföras snabbare utan att man behöver undra vilken temperatur det är i mätkammaren, samt att nya katalysatorer kan utvecklas och undersökas med större precision. Precis liksom att du får löjligt goda kanelbullar en fredagkväll, kommer världen att få fler och bättre kemiska produkter att använda i alla delar av samhället. Allt tack vare att någon kollade vilka temperaturer som egentligen fanns där man verkligen behövde veta det. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Karlsson, Hanna LU
supervisor
organization
course
FYSK01 20151
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
Catalysis, thermographic phosphors, phosphor thermometry, calibration
ISSN
1102-8718
language
English
id
5436156
date added to LUP
2015-06-02 09:17:17
date last changed
2015-06-02 09:17:17
@misc{5436156,
  abstract     = {Accurate temperature measurements using thermocouples inside a catalysis reaction chamber is problematic due to the difficulties to attach the thermocouple to the catalysis sample. It is also of interest to accurately know the pressure inside the reaction chamber. In this work, thermographic phosphors have been utilized in order to determine the temperatures occurring inside a catalysis reaction chamber for typical catalysis measurement environments, and a pressure calibration has been performed. The phosphor was coated on top of the sample holder inside the reaction chamber and on phantom samples imitating real catalytic samples. The results show that the measured temperatures are higher at all locations on the sample holder compared to the temperature readings of the thermocouple, and that the heat transfer to the phantom samples can be said to be fairly efficient. The results also shows that the pressure inside the chamber changes quadratically with a change in flow through the chamber.},
  author       = {Karlsson, Hanna},
  issn         = {1102-8718},
  keyword      = {Catalysis,thermographic phosphors,phosphor thermometry,calibration},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Calibration measurements in a catalysis reaction chamber using thermographic phosphors},
  year         = {2015},
}