Bachelor's Thesis

Design and construction of an electrostatic precipitator for capture of nano/micro particles

Final Thesis 8.55 MB

Author of thesis: Bc. Michael Bidlák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Tomáš Kazda, Ph.D.

Abstract:

In this bachelor’s thesis, an analysis of the operating principle of an electrostatic precipitator at elevated temperatures was carried out. During the design process, it was necessary to consider a number of factors. The aim of this thesis was to design, construct, and experimentally verify an electrostatic precipitator intended for use in the spray-dry synthesis process with the capability of capturing nanoparticles. Experiments were conducted on the constructed device to evaluate particle capture efficiency; However, undesirable particle agglomeration occurs during operation, indicating the presence of moisture and that is negatively affecting the efficiency of particle collection.

Keywords:

electrostatic precipitator, precipitator, spray-dry process, corona discharge, high voltage, ionization

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Bača, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Šedina (člen)
Ing. Radek Bilko, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Student Michael Bidlák vypracoval bakalářskou práci na téma „Návrh a konstrukce elektrostatického odlučovače pro záchyt nano/mikro částic“. Práce byla zaměřena na návrh a realizaci elektrostatického odlučovače určeného pro zvýšení výtěžku spray-dry syntézy, kde měl sloužit jako navazující separační stupeň za standardně používaným cyklónovým odlučovačem. Koncept elektrostatického odlučování i základní principy fungování těchto zařízení jsou v odborné literatuře dobře popsány, hlavním cílem práce proto bylo jejich praktické přizpůsobení podmínkám laboratorního zařízení a experimentální ověření navrženého řešení.

V úvodních fázích řešení probíhaly konzultace pravidelně, nicméně postup prací nebyl dostatečně plynulý a systematický. Student pracoval spíše v kratších časově omezených etapách, mezi nimiž často nedocházelo k očekávanému posunu v řešení dílčích úkolů. Dokonce se stávalo, že výstupem navazující konzultace byl plán úkolů z konzultace předchozí. To se následně promítlo do celkového harmonogramu práce.

Finální návrh zařízení byl vyhotoven až v průběhu března, což významně omezilo prostor pro vlastní konstrukční práce, experimentální ověřování i případnou optimalizaci návrhu. Student se tak dostal do časového presu, ve kterém bylo možné realizovat pouze základní funkční ověření navrženého zařízení. Řada potenciálně přínosných optimalizačních kroků, které mohly vést ke zlepšení parametrů systému, již nemohla být z časových důvodů realizována.

Určitou komplikací byla také skutečnost, že finální podoba práce vznikala souběžně s dokončováním experimentální části. K revizím textu jsem se tak dostal ve stavu, kdy ještě nebyla dokončena měření a vyhodnocení výsledků, a k části experimentální kapitoly ani k závěrům práce jsem tak nemohl poskytnout standardní rozsah připomínek a doporučení.

Přestože práce vykazuje řadu nedostatků souvisejících především s organizací řešení, rozsahem experimentálního ověření a celkovou dotažeností výsledků, student navrhl a realizoval funkční zařízení a v základním rozsahu splnil požadavky zadání. Práce poskytla určité zkušenosti s implementací elektrostatického odlučovače do procesu spray-dry syntézy a vytvořila základ pro případný další rozvoj této problematiky.

S ohledem na uvedené skutečnosti doporučuji bakalářskou práci k obhajobě a navrhuji hodnocení 68 bodů, klasifikace D. Points proposed by supervisor: 68

Grade proposed by supervisor: D

Náplní bakalářské práce studenta Michaela Bidláka bylo navržení a konstrukce elektrostatického odlučovače pro zachycení nano a mikro částic. Student se v rámci úvodu práce obšírně věnuje popisu principu spray-dry syntézy jednotlivým krokům procesu, morfologii a vlastnostem částic a faktorům které ovlivňují jejich odlučitelnost. Následně popisuje princip fungování elektrostatického odlučování a faktory které ovlivňují účinnost odlučování částic, a nakonec shrnuje technické požadavky na návrh finálního zařízení. V rámci této poslední části se již objevuje i praktické měření průtoku plynu na spray-dry zařízení Pilotech. Tato část mohla být pro větší přehlednost součástí následující kapitoly zaměřené na samotný návrh elektrostatického odlučovače. V následující kapitole student popisuje samotnou konstrukci odlučovače a v neposlední řadě jeho testování.
V textu se vyskytuje řada překlepů a nepřesných výrazů (dohází k přeměně, obnos zachycených částic, odolnost tepla atd.) Tabulka 6.2. obsahuje desetinné tečky místo čárek. V částech textu v rámci kapitol 2 až 6 se autor čas od času opakuje. U většiny obrázků v rámci textu jsou popisy os velmi malé a špatně čitelné u Obrázku 6.1 je popis jedné z os v angličtině. Jako nedostatek práce vnímám i to že autor sice uvádí že konstruuje odlučovač, ale jaká materiál a jaké částice bude odlučovat se v práci takřka nedozvíme až na straně 46 se objevuje zkratka LFP bez bližšího upřesnění o jaký materiál se jedná a jaké materiály byly použity pro přípravu vstupního roztoku. Čtenář tak dostane informaci, že testování probíhá na částicích LFP, ale zcela chybí informace, co to je za materiál k čemu slouží a jaké jsou jeho vlastnosti. V rámci návrhu zařízení student uvádí že provedl simulaci rozložení elektrického pole v oblasti elektrod a odkazuje na Obrázek 6.2. jehož popisky os jsou opět prakticky nečitelné a současně neuvádí SW ve kterém tuto simulaci provedl. Následně vypočítává potřebnou délku koronového výboje pro zachycení 900 nm částic bez vysvětlení proč se soustředí na 900 nm částice a jakou to má návaznost k materiálu LFP. K výsledné délce 45,16 cm pak uvede že je potřeba jisté zvětšení pro pokrytí možných odchylek a následně uvede že zvolená délka je 62 cm bez bližšího upřesnění proč zrovna 62 cm a ne třeba 50 cm. V části výběru elektrod a zhodnocení vhodného materiálu kapitola 6.2 pak uvádí že jako nejvhodnější materiál pro nabíjecí elektrodu byl zvolen titan. Tato informace se pak opakuje i v části s výkresy finálního zařízení v kapitole 7.2, avšak v praktické části zaměřená na vliv nabíjecí elektrody je testován bronzový, ocelový a měděný drát. V části věnující se měření odlučitelnosti částic informace o materiálu drátu zcela chybí jen je uváděn jeho průměr. Text práce tak působí poněkud chaoticky. V rámci části věnující se analýze zachycených částic 8.4 zcela chybí diskuse k jednotlivým tabulkám a obrázkům a stejně tak odkazy na ně v textu. Snímky z elektronového mikroskopu Obrázek 8.3 a 8.5 jsou příliš malé a měřítko je takřka nečitelné. Zcela zde chybí porovnání rozdílu velikostí částic a jejich morfologie mezi metodou cyklonového odlučování a ESP odlučování, které autor na těchto obrázcích porovnává. V textu se také opět z ničeho nic bez vysvětlení významu objevují zkratky EDS a SEM bez toho že by v předchozím textu bylo vysvětleno že k analýze výstupních částic budou použity tyto metody a na jakém principu fungují. V rámci celkového zhodnocení se tak auto soustředí hlavně na účinnost systému, která jak uvádí dosáhla v nejlepší konfiguraci 76,7%. Práce působí celkově velmi nesourodě teoretická část zaměřující se na princip spray-dry a elektrostatické odlučování je zpracována poměrně dobře, avšak praktická část je výrazně horší zdá se tak, že byla tvořena ve spěchu nebo nekoordinovaně.
Samotný rozsah práce odpovídá bakalářské práci a její zadání tedy že byl zkonstruován odlučovač je také splněno. Práci tak doporučuji k obhajobě, avšak vzhledem k velkému množství nedostatků a nesrovnalostí ji hodnotím 69b tedy známkou D. Topics for thesis defence:
  1. Proč nebyl použit jako materiál nabíjecí elektrody titan, který byl v textu prvotně uváděn. Jak by se projevilo na výsledcích, kdyby byla použita platina?
  2. Má titan menší elektrický odpor než hliník, jak uvádíte na konci strany 34?
  3. Dá se vámi zachycený materiál LFP přímo použít v elektrochemické cele jako katoda?
Points proposed by reviewer: 69

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová