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Organisationseinheit der BAM
Feuchte, insbesondere in Form von Flüssigwasser, stellt in Baustoffen ein hohes Schadenspotential dar. Um mit zerstörungsfreier Prüfung mögliche Risikostellen zu lokalisieren und Präventionsmaßnahmen zu ergreifen, sind Kenntnisse über das Porengefüge und Feuchtetransportmechanismen im Baustoff erforderlich. Eine wesentliche Problematik besteht derzeit in der Erfassung und Quantifizierung von Feuchteverteilungen bei Teilsättigung.
Wir verfolgen derzeit einen Ansatz, mittels Nuklear Magnetischer Resonanz (NMR) in Korrelation mit relativen Luftfeuchtmessungen den Flüssigwasseranteil bei Teilsättigung zu ermitteln. Mit Protonen-NMR lassen sich Relaxationszeiten von Wasserstoffprotonen in Abhängigkeit von ihrer Bindungsart und ihrer Umgebung - z. B. Porenstruktur und -größe - erfassen. Allerdings lässt sich bei Materialien mit sehr breiten Porengrößenverteilungen nicht klar differenzieren, ob kurze Relaxationszeiten durch größere teilgesättigte oder kleinere vollgesättigte Poren verursacht werden. Für die Korrelation mit der relativen Luftfeuchte im Baustoff erfolgt zunächst eine künstliche Regulierung im Klimaschrank. Durch einen neuentwickelten Ansatz von Hillerborg lassen sich dann bei jeder Luftfeuchte die adsorbierten Wasserschichtdicken und der Porensättigungsgrad für die vorhandenen Porengrößen berechnen. Mithilfe des berechneten Porensättigungsgrades lässt sich eine genauere Analyse der zeitlichen Entwicklung von Relaxationszeitenverteilungen (insbesondere bei Trocknungs- und Aufsättigungsprozessen) vornehmen. Somit sollen erstmals Aussagen zu kürzeren Relaxationszeiten bei teilgesättigten Porensystemen, die beispielsweise auch eine multimodale Porengrößenverteilung aufweisen, getroffen werden können.
In dieser Arbeit wird die Kombination aus NMR und der relativen Luftfeuchte an sehr porösen Dämmplatten aus Kalziumsilikat, die zur Wärmedämmung sowie der Entgegenwirkung von Schimmelbildung eingesetzt werden, angewendet. Untersucht werden 28 Proben à 6 Gruppen, die von unterschiedlichen Herstellern stammen bzw. unterschiedlich hergestellt wurden.
The future competitiveness of the process industry and their providers depends on its ability to deliver high quality and high value products at competitive prices in a sustain-able fashion, and to adapt quickly to changing customer needs. The transition of pro-cess industry due to the mounting digitalization of technical devices and their provided data used in chemical plants proceeds. Though, the detailed characteristics and con-sequences for the whole chemical and pharmaceutical industry are still unforeseeable, new potentials arise as well as questions regarding the implementation. As the digitali-zation gains pace fundamental subjects like the standardization of device interfaces or organization of automation systems must be answered. Still, process industry lack of sufficient system and development concepts with commercial advantage from this trend.
Compared to traditional batch processes, intensified continuous production allows new and difficult to produce compounds with better product uniformity and reduced con-sumption of raw materials and energy. Flexible (modular) chemical plants can produce various products using the same equipment with short down-times between cam-paigns, and quick introduction of new products to the market.
Full automation is a prerequisite to realize such benefits of intensified continuous plants. In continuous flow processes, continuous, automated measurements and closed-loop control of the product quality are required. Consequently, the demand for smart sensors, which can monitor key variables like component concentrations in real-time, is increasing. Low-Field NMR spectroscopy presents itself as such an upcoming smart sensor1,2 (as addressed, e.g., in the CONSENS project3).
Systems utilizing such an online NMR analyzer benefits through short development and set-up times when applied to modular production plants starting from a desired chemi-cal reaction3. As an example for such a modular process unit, we present the design and validation of an integrated NMR micro mixer based on computational modelling suited for a desired chemical reaction. This method includes a proper design of a con-tinuous reactor, which is optimized through computational fluid dynamics (CFD) for the demands of the NMR sensor as well as for the given reaction conditions. The system was validated with a chemical reaction process.
Intensified continuous processes are in focus of current research. Compared to traditional batch processes, intensified continuous production allows the synthesis of new and difficult producible compounds with better product uniformity and reduced consumption of raw materials and energy. Flexible (modular) chemical plants can produce various products using the same equipment with short down-times between campaigns, and quick introduction of new products to the market.
Full automation is a prerequisite to realize such benefits of intensified continuous plants. In continuous flow processes, continuous, automated measurements and closed-loop control of the product quality are required. Consequently, the demand for smart sensors, which can monitor key variables like component concentrations in real-time, is increasing. Low-Field NMR spectroscopy presents itself as such an upcoming smart sensor (as addressed, e.g., in the CONSENS project1,2).
Systems utilizing such an online NMR analyzer benefits through short development and set-up times when applied to modular production plants starting from a desired chemical reaction. As an example for such a modular process unit, we present the design and validation of an integrated NMR micro mixer based on computational modelling suited for a desired chemical reaction. This method includes a proper design of a continuous reactor, which is optimized through computational fluid dynamics (CFD) for the demands of the NMR sensor as well as for the given reaction conditions. The system was validated with a chemical reaction process.