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Beim Sieden von Gemischen wird in der Regel die Konzentration der siedenden Flüssigkeit und die dazugehörige Gleichgewichtskonzentration des Dampfes benötigt, um die relative Verschlechterung des Wärmeübergangs als Effekt des gleichzeitigen Wärme- und Stoffübergangs mit verschiedenen Korrelationen modellieren und berechnen zu können. Für diesen Zweck ist die in Teil I und II beschriebene Standard-Siedeapparatur mit Probenahmevorrichtungen ausgestattet worden, um aus Flüssigkeit und Dampfphase Proben entnehmen und gaschromatographisch analysieren zu können. Dieser Teil des Forschungsvorhabens enthält eine Beschreibung der gaschromatographischen Analytik, insbesondere Angaben zu Kalibrierungen, Messgenauigkeiten und analytischen Messergebnissen. Diese kommen zukünftig - über dieses Forschungsvorhaben hinaus - auch lehrbegleitend bei Konzentrationsbestimmungen in studentischen Laborarbeiten zur Anwendung.
Ändert sich in einem Plattenwärmeübertrager der Aggregatzustand, sind die ablaufenden Prozesse des Wärmeüberganges komplexer als beim einphasigen Wärmeübergang. Im VDI-Wärmeatlas sind deshalb noch keine Berechnungsgleichungen für diese Arten der Wärmeübertragung in Plattenwärmeübertragern enthalten [1]. Es wird lediglich festgestellt, dass Hersteller von Plattenapparaten ihre diesbezüglichen Kenntnisse unpubliziert zurückhalten. Um die Tauglichkeit der in diesem Forschungsvorhaben zu untersuchenden Plattenapparate als Verdampfer und Kondensatoren festzustellen, sind deshalb experimentelle Untersuchungen notwendig. Das vorliegende Ergebnis einer Literaturrecherche soll dazu dienen, Erkenntnisse im Hinblick auf Gestaltung einer Versuchsanlage und Auswertung damit zu ermittelnder Messdaten zu gewinnen.
Pflanzenfarbstoffe kommen derzeit nur in Spezialanwendungen zum Einsatz, da synthetische Farbstoffe wesentlich kostengünstiger erhältlich sind. Das Interesse an Naturfarbstoffen steigt jedoch zusehends mit wachsendem Umwelt- und Gesundheitsbewusstsein der Menschen, z. B. in der Lebensmittel- und Textilindustrie. Herkömmliche Färbetechniken sind für industrielle Anwendungen ungeeignet, da früher mit der ganzen Pflanzenmasse manuell gefärbt wurde, für den Einsatz mit heutigen Färbemaschinen aber nur konditionier- und dosierfähige, in der Regel volllösliche Farbstoffe in Frage kommen. Auch der in dieser Arbeit untersuchte, als „Färberröte“ seit jeher bekannte, rote Krappwurzelfarbstoff war im „Chemiezeitalter“ nahezu in Vergessenheit geraten. Seit einigen Jahren ist er wieder vermehrt Gegenstand von Forschungsarbeiten sowohl in der Landwirtschaft als nachwachsender Rohstoff, wie auch in der Textilfärbung und in der verfahrenstechnischen Wertstoffabtrennung. Halbquantitative Vorversuche mit einer einfachen Apparatur hatten gezeigt, dass der Krappwurzelfarbstoff mit drei Extraktionsstufen im wässrigen Kreuzstrom mit guter Ausbeute extrahierbar war und bei Extraktionstemperaturen um 90 °C die besten Färbeergebnisse lieferte. In dieser Arbeit werden Einflüsse verschiedener verfahrenstechnischer Parameter des Extraktionsprozesses auf Farbstoffausbeute, Extraktionskinetik und Färbequalität quantitativ untersucht als Beitrag zur Entwicklung eines Industrieverfahrens zur Isolierung eines konditionierfähigen Färbeproduktes.
Die Maßstabsübertragung vom Labormaßstab hin zur Großanlage ist eines der zentralen Anliegen der Verfahrenstechnik. Die dabei auftretende Frage nach dem optimalen Pilotierungsmaßstab wird infolge der explosionsartigen Entwicklung der Rechentechnik und unter dem Druck der Kosten verstärkt aufgeworfen. Die Aktualität dieser Frage widerspiegelt sich auch in der Extraktionstechnik, die dem allgemeinen verfahrenstechnischen Trend hin zum Experimentieren in verkleinertem Maßstab verbunden mit rechnerischer Prozeßmodellierung in zunehmendem Umfang folgt. Eine zweite Frage, die sich ebenfalls in Verbindung mit den Kosten sowohl im Technikum- wie auch im Produktionsmaßstab immer wieder stellt, ist die Entscheidung zwischen maßgeschneiderten Einzweckanlagen einerseits und andererseits Mehrzweck- oder Mehrproduktanlagen.
Beide Fragen waren wesentlich zu berücksichtigen, als es darum ging, einen Extraktionsversuchsstand im Technikum für Thermische Verfahrenstechnik der TFH Wildau einzurichten. Ziel war dabei eine kleinstmögliche Apparatur unter Wahrung des Bezuges zur technischen Apparategröße zu konzipieren, zu beschaffen und in Betrieb zu nehmen, so, daß einerseits der vorlesungsbegleitende Laborbetrieb des Lehrfaches Thermische Verfahrenstechnik so breit wie möglich abgedeckt wird und andererseits die F&E-Tauglichkeit sowohl hinsichtlich Apparategröße wie auch hinsichtlich der meßtechnischen Ausstattung erreicht wird. Das Ergebnis war eine Mehrzweck-Miniplantanlage, mit der sowohl die extraktive wie auch - simultan oder getrennt - die destillative Abtrennung von Wertstoffen oder Schadstoffen aus flüssigen Stoffgemischen möglich ist.
Ausgehend von Druckverlust und Wärmeübergang im einphasig turbulent durchströmten, glatten Rohr wurde eine dimensionslose Gütezahl G als Verhältnis von Nusseltzahl und Widerstandsbeiwert eingeführt, die es ermöglicht die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Plattenapparate vergleichsweise abzuschätzen. Die beispielhafte Anwendung auf zwei Testapparaten mit unterschiedlicher Plattenprägung ergab eine besserer relative Wirtschaftlichkeit der weichen Platte vergleichsweise zur harten Platte im Bereich kleiner und mittlerer Re-Zahlen für einen weiten Bereich der Pr-Zahl, die aber mit zunehmender Re-Zahl abnimmt. Der Druckverlustunterschied zwischen Testapparaten und Referenzapparat sollte in weiterführenden Untersuchungen behandelt werden.
Plattenwärmeübertrager bieten gegenüber Rohrbündelapparaten technische Vorteile durch effektivere Wärmeübertragung und damit verbunden Kostenvorteile. In den letzten Jahrzehnten haben gedichtete Plattenwärmeübertrager erhebliche Marktanteile gewonnen. Bedingt durch ihre Bauart aus geprägten Wärmetauscherplatten und Abdichtungen mittels Elastomerdichtungen sind sie in ihren Anwendungsmöglichkeiten jedoch auf einen Temperaturbereich zwischen –10 °C bis 160 °C begrenzt. Durch die Entwicklung eines neuartigen Fertigungsverfahrens zum automatischen Verschweißen von Einzelplatten zu Plattenpaketen werden die Produkträume statt mit Dichtungen durch das Verschweißen der Platten gegeneinander abgedichtet. Dieser kompakte Apparat ohne jegliche Dichtungen kann bei niedrigeren und höheren Temperaturen und hohen Drücken eingesetzt werden. Damit eröffnen sich neue Einsatzmöglichkeiten in der Kälteindustrie, der chemischen Industrie, in der Prozesstechnologie – hierbei insbesondere im zweiphasigen Nassdampfbereich – und im Bereich der Nahrungsmittelproduktion.
Elektromembranverfahren spielen eine wichtige Rolle in natürlichen Vorgängen, wie z. B. bei der Ernährung von Gehirnzellen, und sind von der Solarenergienutzung (elektrolytische Wasserstofferzeugung) und der elektrischen Energieerzeugung (PEM-Brennstoffzelle) über Abwasserreinigung, Wasserentsalzung und Wertstoffrückgewinnung (Elektrodialyse mit bipolaren Membranen oder mit Ionenaustausch) bis hin zum Einsatz in chemischen Syntheseverfahren auch technisch vielseitig einsetzbar. Sie sind aber noch wenig bekannt und längst nicht ausreichend erforscht. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden zur mathematischen Modellierung der Elektrodialyse mit Ionenaustauschermembranen.