Chemie lngenieur Technik (68) 5 1 S5 S 568-570 Q VCH Verl;qsgesell$chaft rnbH, 0.69469 Wt:inhelm, 1996

0009~286X/960505-0568 $10 00+.25/0

Werten gut uberein (s. Abb. 4). Trocknungsverlauf und Trocknungsdauer konnten damit hinreichend genau aus der Warmezufuhr an das Trocknungsgut ermittelt werden.

Abbildung 4. Trocknungsverlauf - MeBwerte und Simulation.

x I kglkg 0.0

0 MeOwerte -Berechnung

.................... I .....................................

0.4 1.

C 0.2

! O J I

0 100 200 t l h

Anhand der in die Vakuumkammer ein- und aus- tretenden Stoffstrome wurden weiter die Zweipunktrege- lung des Behalterinnendruckes und die Reglereinstellung simuliert.

Das Model1 eignet sich sowohl zur Dimensionie- rung des Trockners als auch zur Festlegung der Betriebspa- rameter und kann zur Sicherung der Trocknungsqualitat beitragen. Es lassen sich die Trocknungszeit, der Energie- verbrauch und die Trocknungskosten ermitteln sowie die Produktionskapazitat planen.

Die Autoren danken dem Bundesminister fur Wirtsckaft (BMWi), der AiF und der DGjH f i r die Forderung des Pro- jekts 941 1 B, sowie der Bundesforschungsanstalt fur Forst- und Holzwirtsckaft Hamburg und der Tecknischen Universi- tat Zvolen fur die interdisziplinare Zusammenarbeit.

Eingegangen am 20. November 1995 [K 19991

A Ah, M P

t t* T

4

- U

X

Formelzeichen [m2] Flache Wkg] spezifische Verdampfungsenthalpie “31 Masse [Pal Druck [W/m2] Warmestromdichte [hl Zeit [hl [KI Temperatur 1-1 normierte Gutfeuchte,

[kgkg] Gutfeuchte

Zeitkonstante, = (xo - X * ) / X o

= (X - x*)/(XKn - X * )

G r i e c h i s c h e S y m b o l e

a [W/m2/K] Warmeiibergangskoeffizient T [-I normierte Zeit, = ( t - tKn)/(t* - tKn) Y [-I normierte Trocknungsgeschwindig-

keit. = -du/ds

T i e f g e s t e l l t e I n d i z e s 0 An fangswert G trockenes Gut Kn Knickpunkt m Exponent der Reynoldszahl P Phasengrenze S Sattigungszustand * Gleichgewichtszustand

Literatur [l] T R E B U L A , P . , H r s g .

[2] V A N E K , M . , Hrsg.

Vacuum Drying of Wood, TU Zvolen 1993.

3. IUFRO Int. Wood Drying Conf., Wien 1992

Dissertation, Univ Hamburg 1958. [4] AiF-Projekt 9411 B, Rationeller Betrieb von

Vakuumschnittholztrocknern, TU

[3] N O A C K , D,

Dresden 1993/1995. [5] K E Y L W E R T H , R . ; N O A C K , D .

Holz als Roh- und Werkstoff 22 S. 29/36.

Dissertation, TU Dresden 1996. [6] B E H N K E , C .

1964) Nr. 1,

Verfahren zur On-line-Rhdometrie M A R K U S M U L L E R U N D P E T E R O T T O B R U N N *

Die Einhaltung der Produkt-FlieReigenschaft ist fur Wei- terverarbeitung und Gebrauch von groRer Bedeutung. Beispiele sind Klebstoffe zum Etikettieren von Getranke- flaschen oder das Gebrauchsverhalten von Korperreini- gungsmitteln. Die Einstellung der Viskositat ist daher eine wichtige verfahrenstechnische Aufgabe. Die wichtigsten heute im Einsatz befindlichen On-line-MeRtechniken fur Flussigkeitseigenschaften basieren fast ausschlieRlich auf der Erfassung viskosimetrischer oder quasi-viskosimetri- scher Eigenschaften von Stromungen. Das hier vorgestellte Verfahren beruht dagegen auf der Durchstromung einer Ku- gelschuttung.

1 Grundlagen Die Durchstromung einer Kugelschuttung wird im allgemei- nen bei Newtonschen Flussigkeiten nach E R G U N [ 11 durch G1. (1) beschrieben.

f Re = C, + C, ReC3 (1)

Dabei sind C, bis C, zu bestimmende Konstanten, Re die Reynolds-Zahl (s. G1. (2)) und f der Widerstandsbeiwert (s. G1. ( 3 ) ) .

* Dip1:Ing. M M U L L E R , Prof. Dr. P . 0 BRUNN. Lehrstuhl fur Stromungsmechanik, Universitat Erlangen-Niirnberg, CauerstraRe 4. D-91058 Erlangen.

Chemie lngenieur Technik (68) 5 I 9 6 569

Ap d, e3 = u2pL (1 - E )

(3)

u ist hier die mittlere Leerrohrgeschwindigkeit, Ap der Druckverlust, die Viskositat, E die Porositat, L die Stro- mungslange, d, der mittlere Kugeldurchmesser und p die Dichte. In der Literatur werden fiir Reynolds-Zahlen Re Werte groBer als 1000 und fur die Konstanten Werte C, = 181, C, = 2 und C, = 0,96 angegeben [2].

Interessant sind jedoch oft Reynolds-Zahlen Re mit Werten bis zu 1. Fur diesen Fall vereinfacht sich G1. (1) zu G1. (4). Damit ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit, dem Druckverlust und der Viskositat.

Ap d i e3 f R e = - ? U L ( l - & ) 2 = c 1

(4)

FaRt man nun noch die Konstante und die GeometriegroRen zusammen, so ergibt sich G1. (5):

Dabei gilt:

K' = K n (D/2)2 (6)

wobei V der Volumenstrom und D der Durchmesser der Packung ist. Bei einer Messung mit konstantem Volumen- strom vereinfacht sich G1. (6) weiter zu:

(7) 'PMeR

PEich VMeR = VEich

Damit entfallen sowohl bei G1. (5) als auch bei G1. (6) die Be- stimmung von GeometriegroRen. Normalerweise hat man es nicht mit Newtonschen, sondern mit nicht-Newtonschen Flussigkeiten zu tun, fiir die 9 variabel ist (abhangig von Scherrate p oder Schubspannung 7 ) . Es hat sich gezeigt [3,4], daR fiir die Viskositat eine Zuordnung uber die Schubspannung 7 nach G1. (8) zu befriedigenden Losungen fiihrt, wobei bei rein viskosen Flussigkeiten der Faktor K, zu eins gesetzt werden kann:

d,E AP t = K I P - 6 (1 - & ) L

Dabei wird die Schubspannung ahnlich wie bei einer Rohr- stromung ermittelt. Das Verfahren bringt Vorteile mit sich: - einfache Ermittlung der Viskositat, - geringe Ein- und Auslauflangen, -

- beliebige Rohrdurchmesser, relativ hohe Volumen-

- keine Volumenstromermifflung notwendig.

kompakte Bauweise, keine bewegten Teile,

strome realisierbar und

2 Versuchsaufbau In Abb. 1 ist die benutzte Versuchsapparatur abgebildet. Ein Kolben driickt die Flussigkeit vom unteren Ende durch die MeRzelle in den oberen Vorratsbehalter. Die gesamte Anlage befindet sich in einem Wasserbad, das von einem externen

Abbildung 1. Skizze der Versuchsapparatur.

Thermostaten auf konstanter Temperatur gehalten wird. Die MeBzelle besitzt einen Durchmesser von 20 mm und eine Lange von 130 mm.

Die Einlauflange betragt 20 mm. Die Lange L auf der der Druckverlust ermittelt wird betragt maximal 90 111111. Fur die vorliegenden Versuche wurden Quarz-Kugeln ein- heitlicher GroBe mit einem Durchmesser d, von 0,794 und 9 mm verwendet. Vor der MeBzelle wurde ein feines Draht- gitter angebracht, das eventuell vorhandene Verunreini- gungen aus der Flussigkeit abtrennen sollte. Die Kugeln selbst wurden zwischen zwei Lochplatten fixiert. Als Ver- suchsfliissigkeit wurde ein WeiRo1 der Fa. Fauth und eine OVWasser-Emulsion der Fa. Kluber-Chemie verwendet, die ublicherweise als Schmiennittel zum Einsatz kommt.

3 Versuchsergebnisse In Abb. 2 ist der Druckverlust in Abhangigkeit des Volumen- stroms der zwei Versuchsflussigkeiten dargestellt.

Sehr gut erkennbar ist der lineare Zusammen- hang zwischen Druckverlust und Volumenstrom des New- tonschen WeiBols. Da in der doppelt-logarithmischen Auf- tragung von Abb.2 die Steigung eins ist, stellt WeSol ein Newtonsches Fluid dar, bei dem der Wert der Viskositat nach G1. (5) im Mittel 0,028Pa s betragt. Mit einem Rota- tionsviskosimeter (HAAKE CV100, ME15) wurde der Wert von 0,026 Pa s ermittelt.

Fur die Wasser/Ol-Emulsion ergibt sich aus den Daten ein sog. Power-law-Verhalten. Mit Hilfe der Gln. (5) und (7) wurden die Ergebnisse in Abb.3 dargestellt (p = t / ~ ) und mit Ergebnissen aus dem Rotationsviskosime- ter verglichen. Im Rahmen der MeRgenauigkeit kann fiir beide Flussigkeiten festgestellt werden, da13 die Viskositats- kurven hinreichend gut ubereinstimmen.

570

weio(ll: T = Z T : d =0.794mm :

i 4 E= 0.388 . 1 .

WIO-Emulsion: .

d =9.Wmm :

- 1 A. ..... * P

4 * !

- "...* ~ ~ ~ - - 4 : T = Z T

e = 0.45 00 4*oooo ;

4

Chemie lngenieur Technik (68) 5 I 96 5. 570-573 0 VCH Verlagrgerellschaft mbH, D-69469 Weinheim, 1996

0009-286X/960505-0570 5 10.00+.25/0

Abbildung 2. Druckverlust in Abhangigkeit des Volumenstroms.

lo4 0 ON-Emulsion ;

1 0 1 I * . , . , - m i 0 8 ~~~~~~i * 9 * f a O J

1 o - ~ 1 o - ~ 1 0 - 2 1 0 - 1

Volumenstrom V I ~ m i n

Abbildung 3. Vergleich der Viskositat zwischen dem Rotationsviskosime- ter und der Kugelschuttung (PMS).

lol

HAAKECVlOO

i 2 .................*I ....................................

8 o* :

.

.I B F v) /:I*o~. i ~ T=25OC K , = l ~

1 0

5 10-1 ................................... : ......................... Q ........................................... * :

10-2

100 101 102 1 o3 Scherrate yl s-'

AbschlieRend 1aBt sich feststellen, daB dieses neue Verfahren als On-line-Viskosimeter eine neue Per- spektive darstellt. Vor allem die Kompaktheit, der einfache Aufbau und die leichte Handhabung bieten gegenuber an- deren Systeme wesentliche Vorteile.

Wir danken der Arbeitsgemeinschaff industrieller For- schungsvorhaben e. V fiir die finanzielle Unterstiitzung. Die- ses AiF-Vorhaben (Nr 9361) ist QUS den Mitteln des Bundes- ministers fiir Wirtschaff gefordert worden.

Eingegangen am 26. September 1995 [K 19831

Literatur BIRD, R . B . ; STEWART, E . W . ; LIGHTFOOT, E . N . Transport Phenomena, John Wiley & Sons, New York 1960.

Dissertation, Universitat Karlsruhe 1982. CHAKRABARTI, 5 . ; SEIDL, B.; VORWERK, J. ; B R U N N , P.O. Rheol. Acta 30 (1991) S. 114. VORWERK, J.; B R U N N , P.O. Non-NewtonianFluid Mech. 41 (1991) S. 119.

HAAS. R .

- Methoden zur Auswertung von MeOsignaJen der FlieOinjektions- a na I yse

A D N A N R I T Z K A , R O L A N D U L B E R U N D B E R N D H I T Z M A N N *

1 Problemstellung Die genaue, preiswerte und vor allem schnelle Bestimmung unterschiedlichster Verbindungen spielt in der chemischen Verfahrenstechnik eine zentrale Rolle. Dementsprechend hat sich die Zahl an Sensoren in der letzten Zeit drastisch erhoht [ 11. Besonders die Kombination von miniaturisierba- ren elektronischen Bauteilen mit hochspezifischen biologi- schen oder biochemischen Systemen fiihrt zu Sensoren, die speziell auf ein MeBproblem angepaBt werden konnen. Der Einsatz von Biosensoren auf Halbleiterbasis wie z. B. pH- sensitive Feldeffekttransistoren (pH-FET) in einer FlieB- injektionsanalyse (FLA) nutzt desweiteren die Vorteile einer umfassend automatisierten Arbeitsweise. Mit entspre- chenden Probenahmesystemen ist es ebenfalls moglich, die Sensorsysteme zur On-line-Analytik zu verwenden.

Aber gerade eine On-line-Analytik setzt voraus, daB nicht nur die eigentliche Analyse moglichst automati- siert betieben werden kann, sondern auch die Auswertung der MeRergebnisse schnell ablauft und genaue Ergebnisse liefert. Dies ist dann nicht der Fall, wenn die durch den Bio- sensor aufgenommenen Signale von hderungen der MeB- bedingungen beeinflufit werden. Da im automatisierten Be- trieb Storungen nicht ausgeschlossen werden konnen, mus- sen storungsunabhangige Auswertemethoden genutzt wer- den. In dem vorliegenden Fall wird deutlich, wie eine Schwankung des pH-Wertes die MeRsignale von Biosenso- ren auf der Basis von pH-sensitiven FET so stark verandert, daR eine Auswertung auf herkommlichem Weg ungenaue Ergebnisse liefert. In der vorliegenden Untersuchung wer- den alternative Auswertemethoden vorgestellt, die wesent- lich genauere Ergebnisse liefern.

2 Untersuchtes Sensorsystem Der Biosensor in dem gewahlten Sensorsystem besteht aus einem pH-FET, dessen Gate mit Glucoseoxidase (GOD, EC 1.1.1.3) beschichtet wurde. Das Enzym ist dabei in einer Membran immobilisiert. Liegt nun Glucose als Substrat vor, so katalysiert GOD deren Umsetzung, wobei saure Reaktionsprodukte entstehen [Z] . Die dabei eintretende lo- kale pH-hderung in der Enzymmembran wird mit dem FET ermittelt und ist der Analytkonzentration propor- tional. h d e r n sich nun aber pH-Wert oder die Pufferionen- konzentration (z. B. in einer Zellkultivierung), so beeinflus- sen sie die inneren Vorgange in der Sensormembran ent- scheidend.

* A . R I T Z K A , R . U L B E R , Dr. 6. HITZMANN,Univ. Hannover, Institut fur Technische Chemie, Callinstr. 3, D-30167 Hannover.