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Das Sieden ist eine bevorzugte Form der Wärmeübertragung in der konventionellen und nuklearen Kraftwerktechnik, aber auch in vielen Anwendungen prozeßtechnischer Industriebranchen, z. B. chemische Siedereaktoren, lebensmitteltechnische Eindampfprozesse oder Erdöldestillationen, weil sich dabei vergleichsweise zur Wärmeübertragung ohne Änderung des Aggregatzustandes viel höhere Wärmestromdichten erzielen lassen. Schlüsselgröße für die verfahrenstechnische Auslegung von Verdampfern im Apparatebau und auch für die Beurteilung und Optimierung der Verdampferleistung im Betrieb ist der Wärmeübergangskoeffizient (WÜK). Mit zunehmender Energieverknappung gewinnt seine genaue Kenntnis immer größere Bedeutung, wie die Entwicklung der letzten 20 Jahre zeigt. Wegen der vielen Einflußgrößen des komplexen Siedevorgangs, wie z. B. Wandüberhitzung, Druck, Stoffdaten, Wandrauhigkeit und -geometrie ist die genaue Ermittlung des WÜK nicht einfach. Aus diesem Grund sind selbst die Berechnungsgleichungen des WÜK für reine Stoffe noch mit großen Unsicherheiten behaftet und liefern sichere Ergebnisse nur dann, wenn mindestens ein experimenteller Meßwert bekannt ist. Noch komplexer gestaltet sich die Sachlage im Falle siedender Gemische, die - anders als für die meist auf siedende Reinstoffe beschränkten energetischen Anwendungen - für prozeßtechnische Anwendungen, z. B. in Chemie, Lebensmittelverfahrenstechnik und Erdöldestillation, die Regel sind. Dabei ist man noch mehr auf experimentelle Daten angewiesen, weil es allgemein anwendbare, d. h. alle Einflußparameter umfassende Berechnungsgleichungen für Stoffgemische noch nicht gibt.
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.
An der Technischen Fachhochschule Wildau wurde ein Verbund Prozeßleitsystem-Rechnernetz entwickelt und in Kooperation mit der Firma Hartmann & Braun, Frankfurt realisiert und in Betrieb genommen. Das Verbundsystem wird sowohl für die Berechnung thermischer Trennprozesse (stationäre Simulation) und für die direkte Steuerung der Apparaturen im Technikum für thermische Verfahrenstechnik verwendet. Dabei ist ein On-line-Datenaustausch zwischen Rechnerteil und Prozeßleitsystem möglich.
Farbstoffe aus den Wurzeln der Rubia tinctorum und anderer Krapp-Sorten zählten über Jahrtausende zu den wichtigsten Textilfarbstoffen. Sie wurden jedoch - bis auf einige Spezialanwendungen - von den preisgünstigeren synthetischen Farbstoffen verdrängt. Ein neues Umwelt- und Gesundheitsbewußtsein der Menschen führt neuerdings dazu, daß Pflanzenfarbstoffe seit einigen Jahren in besonderen Anwendungsbereichen der Textilienfärberei wieder zunehmend im industriellen Maßstab Interesse finden.
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.
Ein künstliches neuronales Netz (KNN) ist dem biologischen neuronalen Netz, wie es z. B. im menschlichen Gehirn vorliegt, nachempfunden. Dieses besteht aus 10^10 bis 10^11 Nervenzellen (Neuronen), wobei jeweils eine mit 10^3 bis 10^4 anderen Zellen verbunden ist. Eine Zelle besteht u. a. aus dem Zellkörper mit Zellkern, Dendriten und Synapsen. Über die Dendriten erhält die Zelle elektrische Impulse, die im Zellkern aufsummiert werden. Wird ein Schwellwert (engl. bias) überschritten, so wird ein Signal über die Synapsen an andere Neuronen gesendet. Analog enthält ein KNN „künstliche“, formal-mathematische Neuronen, die in Schichten (engl. layer) angeordnet und über Synapsen nach bestimmten Regeln miteinander verknüpft sind. Durch die Vielzahl von Verknüpfungsmöglichkeiten ergeben sich eine Vielzahl von KNN-Typen und -Anwendungen. In dieser Arbeit werden das Funktionsprinzip des formalen Neurons, wichtige Netztypen und KNN-Anwendungen in der Wärmeübertragung besprochen.
An artificial neural network (ANN) type multilayerperceptron with sigmoid activation function and errorbackpropagation learning algorithm was applied to predict heat transfer performances in a wide range of pressure and wall superheat at bubble boiling in free convection of two single component systems. For both systems the ANN prediction results were compared with the commonly used conventional correlation and gave in one case a comparable in the other a better accuracy. To improve the accuracy of ANN prediction it is possible to use interpolated experimental data for training and to optimise the network configuration.
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.
Das Sieden und besonders das in dieser Arbeit ausschließlich behandelte vollausgebildete Blasensieden ist immer dann die bevorzugte Form der Wärmeübertragung an Flüssigkeiten, wenn hohe Wärmeströme pro Heizflächeneinheit und pro K Heizwandüberhitzung übertragen werden sollen. In vielen Fällen werden dabei nicht reine Stoffe, sondern Stoffgemische eingesetzt, z. B. bei der Kühlung von Chemiereaktoren oder bei der thermischen Trennung von Stoffgemischen (Destillation, Rektifikation und Eindampfung zwecks Kristallisation). Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Wärmeübergangskoeffizient beim Blasensieden von Gemischen wegen des kombinierten Wärme- und Stoffübergangs in der Regel kleiner als bei reinen Stoffen ist. Besonders bei hohen Wärmestromdichten, hohen Drücken und hohen relativen Flüchtigkeiten der beteiligten Stoffkomponenten kann dieser „Gemischeffekt“ den Wärmeübergangskoeffizienten um Faktor 10 und mehr herabsetzen, was in der Apparateauslegung berücksichtigt werden muss.