Trotz einer weiten Verbreitung in industriellen Prozessen ist die Rektifikation von viskosen Gemischen noch nicht systematisch untersucht. Theoretische Modelle zur Bestimmung der Trennleistung sind in der Regel an niedrigviskose Testsysteme angepasst und ihre Anwendung für hochviskose Flüssigkeiten ist unzuverlässig. Das hat zur Folge, dass Rektifikationskolonnen für Trennaufgaben mit viskosen Gemischen häufig überdimensioniert sind und unnötig hohe Investitions- und Betriebskosten in Kauf genommen werden. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Modells auf Basis von Hydrodynamischen Analogien zur theoretischen Bestimmung der Trennleistung bei der Rektifikation viskoser Gemische. Dazu wurde die Strömung von viskosen Flüssigkeiten in strukturierten Packungen mit Hilfe von Röntgentomographie untersucht und eine neue Methode zur verbesserten Darstellung der tomographischen Bilder entwickelt. Ein Modellierungsansatz zur Beschreibung des Stoff- und Wärmetransports in fluiden Trennprozessen wurde so erweitert, dass er zur Untersuchung der Rektifikation von viskosen Polymerlösungen genutzt werden kann. Dabei wurde neben den Ergebnissen der tomographischen Untersuchungen auch Messungen an einem neuartigen Versuchsaufbau zur Trennleistungsmessung von Systemen mit nichtverdampfenden Komponenten berücksichtigt. Abschließend erfolgte ein Vergleich von Simulationsergebnissen mit experimentellen Daten und eine Simulationsstudie zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Parameter auf die Trennleistung.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Klebverbindungen erfreuen sich einer wachsenden Beliebtheit. Sie sind leicht und eignen sich beispielsweise für Multimaterialverbindungen und die Verbindung dünner Bauteile, weshalb sie für den Leichtbau prädestiniert sind. Die Qualität einer Klebverbindungen kann jedoch nicht allein aus den Kennwerten der einzelnen Ausgangsmaterialien bestimmt werden, da diese im Wesentlichen vom Zusammenspiel der verwendeten Werkstoffe und dem sich dadurch ausbildenden Mehrschichtsystem in der Klebschicht abhängt. Als weitverbreitete Methode zur Bestimmung der Verbindungsqualität wird der Zugscherversuch eingesetzt, der jedoch auf stark vereinfachten Annahmen über die Spannungsverteilung in der Klebschicht beruht und den Mehrschichtaufbau vernachlässigt.
In einem abgeschlossenen Forschungsprojekt am Kunststoff-Zentrum SKZ und Fraunhofer IIS in Würzburg wurde deshalb zusammen mit Industriepartnern eine neue und mehrdimensionale in-situ Computertomographie-Messmethodik entwickelt, mit welcher die Messung der lokalen Verformungen diverser Klebverbindungen unter definierter Last ermöglicht wird. Dabei wurde zunächst ein solches in-situ CT-Messgerät mit einer Voxelauflösung von unter 10 µm für den herkömmlichen Zugscherversuch in Anlehnung an DIN EN ISO 1465 gefertigt und eine Software zur Auswertung der Messdaten mittels Digitaler Volumenkorrelation programmiert. Insgesamt wurden vier verschiedene vorwiegend elastische Polyurethan-Klebstoffe mittels in-situ CT untersucht, die lokalen Deformationen bei Belastung bestimmt und die daraus resultierenden Schubdehnungen berechnet. Im Zuge des Projektes konnte allerdings nicht gezeigt werden, dass die gemessenen lokalen Verformungen des Klebstoffs bei Belastung Aufschluss über örtlich vorherrschende Spannungen im Klebstoff geben.
Aktualisiert: 2022-10-27
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Der Transport suspendierter Partikel und deren Abscheidung in porösen Materialien, z.B. (Tiefen-) Filtern, hängen von einer Vielzahl von Parametern ab. Diese Komplexität führt dazu, dass sich die Partikelbeladung eines Filters im Wesentlichen nur empirisch ermitteln lässt. Experimentelle Untersuchungen von Tiefenfiltrationsprozessen werden darüber hinaus dadurch erschwert, dass Filter üblicherweise opak sind und die Größe der Partikel im Mikrometerbereich liegt.
Die beiden letztgenannten Schwierigkeiten können mit Hilfe der Röntgenmikrotomographie überwunden werden. Als Ergebnis erhält man ein dreidimensionales Abbild des Filters als auch der abgelagerten Partikel, welches eine detaillierte Auswertung ermöglicht. Ein für den Prozess wesentlicher Parameter, das Geschwindigkeitsfeld der Trägerflüssigkeit, ist röntgentomographisch jedoch nicht messbar. Quantitative Geschwindigkeitsmessungen lassen sich wiederum mittels Magnetresonanztomographie durchführen.
Kombiniert man beide Messverfahren, so lassen sich auch die Vorteile beider Verfahren, nämlich die hohe räumliche Auflösung der Röntgentomographie sowie die Möglichkeit der Geschwindigkeitsmessung mittels Magnetresonanztomographie, gleichsam nutzen. Das Ziel der Arbeit ist es, aus der Kombination der beiden Messverfahren ein tief greifendes Verständnis über die Mechanismen des Tiefenfiltrationsprozesses zu gewinnen.
Aktualisiert: 2020-03-11
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