This specific-purpose mathematical model was developed for the drying process in a multi-cylinder drying section. The unsteady state of one-dimensional heat conduction equation has been applied to mathematical model of both, cylinder shell and paper web. The internal mass transfer of the paper web has not been included in this work. The calculations of the simulation program use an implicit numerical method. The drying path length along the machine direction has been divided into 4 drying phases for each drying cylinder. Each drying phase has been divided in small sub-elements. In each sub-element, the heat and mass transfer across boundary conditions have been solved simultaneously in the simulation program, which runs with MatLAB®.

Die Vakuum-Mikrowellentrocknung in Multimodekammern stellt eine Möglichkeit zur schnellen und fehlerfreien Trocknung von porösen Körpern dar. In der vorliegenden Arbeit wurden der Einfluss von spezifischer absorbierter Leistung, Kammerdruck, Probenlänge, Probendicke und Anfangsfeuchte auf die Trocknung von Schnittholz untersucht. In Abhängigkeit von Holzart und Anordnung konnten Trocknungsgeschwindigkeiten von bis zu 7 %/min erzielt werden. Die daraus resultierenden Trocknungszeiten ermöglichen die Nutzung einer kontinuierlichen Prozessführung, die die Beobachtung von einzelnen Brettern erlaubt. Die Ergebnisse der Arbeit erlauben eine Bewertung der Entwicklung von Feuchte- und Temperaturverteilung im Material bei Variation der genannten Parameter. Es werden Ansätze zur Steuerung eines kontinuierlichen Mikrowellentrocknungsprozesses und zur Gestaltung geeigneter Applikatoren vorgestellt. / One possibility to dry porous materials at high rates and without structural damage is vacuum microwave drying, a combination of low pressure and microwave application. The influence of specific absorbed power, pressure level, length and thickness of the sample and initial moisture content on drying was investigated by the example of wood. Drying rates of up to 7 %/min were reached depending on the wood species and the configuration. The resulting drying times are suitable to design a continuous process, which allows single board processing. The results of this work give the possibility to evaluate the development of moisture and temperature fields within the material during variation of the mentioned parameters. Basic approaches are discussed for the control of a continuous microwave drying process and for the qualified design of applicators.

Das Verlangen nach neuen Materialien mit Eigenschaften, die noch vor zwanzig Jahren für die Wissenschaft und Industrie unerreichbar waren, hat neue Perspektiven für die technische Keramik eröffnet. Auf Grund niedriger Aufheizraten und hohem Beschädigungsrisiko der Probe, ist das Entbindern das schwierigste und vor allem ein sehr teueres Verfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine mathematische Beschreibung des Entbinderungs-Prozesses geliefert und verschiedene Bindersysteme auf die Möglichkeit ihres Einsatzes bei MW-unterstütztem Entbindern von Keramiken untersucht. Um die rechnerischen Aussagen zu überprüfen, wurde eine Reihe von Versuchen in der auf dem thermogravimetrischen Prinzip basierenden Anlage zum Entbindern von Keramik durchgeführt. Aus den Versuchsergebnissen wurden Schlussfolgerungen gezogen und mit theoretischen Aussagen verglichen.

In dieser Arbeit werden verschiedene MOF Materialien die sich für die Wasseradsorption eignen hinsichtlich Ihrer Wasseradsorptionseigenschaften untersucht. Das vielversprechendste Material wird ausgewählt und an einem Prüfstand für Lufttrocknerkartuschen untersucht. Für diese Messungen ist eine geeignete Formgebung des Pulvers von Nöten, welche eine wichtige Rolle in dieser Arbeit spielt. Das Material Cu3(BTC)2 wurde hier zu monolithischen Formkörpern verarbeitet. Eine weitere Art der Formgebung war das Pressen von Papieren sowie das direkte Kristallwachstum auf Zellulose Fasern. Desweiteren wurden die Materialien hinsichtlich der Trocknung von n-Heptan untersucht, was hier als Referenz für Dieselkraftstoffe herangezogen wurde. Die Analytik wurde mittels Karl-Fischer Titration duchgeführt. MOF Materialien wurden in beiden Fällen mit kommerziell verwendeten Zeolithen und Silikagel verglichen. / Metal-organic frameworks (MOFs) were investigated for their possible use in drying of compressed air in air braking systems for commercial vehicles. Another possible application was the drying of diesel fuel. In this context, n-heptane was chosen as a reference for diesel fuel. Selected metal-organic frameworks were characterized regarding the water adsorption properties by recording water adsorption isotherms. The most promising material was further investigated on a air-drying cartridge test rig. In order to perform these tests, the powder had to be processed to monolithic structures, beads or paper sheets,i.e. a shape that is suitable for the given application. The MOF Cu3(BTC)2 was sucessfully extruded to monolithic structures, which were used in the test rig experiments. Another possibility for immobilization of Cu3(BTC)2 was the crystal growth on pulp fibers. N-heptane drying isotherms were measured on selected samples making use of Karl-Fischer coulometric titration. In both applications, MOF materials were compared with silica based desiccants.

Das Trocknen von feuchten Gütern mit Impuls-Infrarot auf Basis funktioneller Keramiken (IR.C) ist eine neue und hocheffektive Technologie, die von den Autoren entwickelt wurde. Im Unterschied zum klassischen marktüblichen Infrarot dringt IR.C dank seiner Eigenschaften mit Lichtgeschwindigkeit tief und schonend in das Gut ein und regt dort von innen heraus das Wasser zum Verdunsten an. Die Eindringtiefe kann sowohl mit unterschiedlichen Keramiken als auch mit unterschiedlicher Impulsstärke eingestellt werden. Es wird an einer großen Zahl verschiedener Trocknungsgüter, angefangen von sensiblen landwirtschaftlichen Erzeugnissen bis hin zu robusten technischen Produkten nachgewiesen, dass mit IR.C im Vergleich zur verbreiteten konvektiven Trocknung die Effizienz nach Zeit und Energie um das 4- bis 10-fache verbessert werden kann. Gegenüber dem klassischen Infrarot ist IR.C oft 2 bis 4 x effizienter. IR.C kann mit verschiedenen primären Energiearten, auch mit thermosolarer Energie, angeregt und in unterschiedliche Trocknerarten integriert werden.

Im Rahmen der Arbeit wurde die Pelletierung von Braunkohlenfaserholz (Braunkohlenxylit) in Kombination mit unterschiedlichen Biomassen (Holzhackschnitzel, Waldhackschnitzel, Rapsstroh, Weizenstroh) untersucht, wobei für die Pelletierung Ring- und Flachmatrizenpressen eingesetzt wurden. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Bindemittel (Kartoffelstärke und Zellleim) auf die Agglomeratqualität untersucht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Pelletierung von Xylit-Biomasse-Mischungen, unter Beachtung der spezifischen Rohstoffeigenschaften und des Pressaggregats, problemlos möglich ist. Allerdings erreichen die bisher hergestellten Verbundpellets noch nicht die Qualität von Holzpellets.

Seit langem wird Obst durch Trocknen haltbar gemacht. Dazu werden vorwiegend die Lufttrocknung und Konvektionstrocknungsverfahren eingesetzt. Jedoch werden auch neuere Techniken entwickelt, um die Produktqualität zu steigern oder die Produktion zu verbessern. Von der IBT.InfraBio Tech GmbH in Freiberg wurde die STIR®-Technologie vorgestellt. Diese neue Technologie wird u. a. zum Trocknen von Lebensmitteln eingesetzt. Dazu wird von einem Strahler Infrarotstrahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs abgegeben, der den Absorptionswellenlängen von Wasser sehr ähnlich ist. Dadurch werden Wassermoleküle im Inneren des zu trocknenden Lebensmittels zum Schwingen angeregt, wodurch Wärme entsteht und das Wasser ausgetrieben wird. Somit kommt es nicht nur zu einer erheblichen Energieeinsparung, der Trocknungsprozess nimmt auch weniger Zeit in Anspruch. Es war jedoch zu untersuchen, ob auch die Produktqualität der STIR®-getrockneten Waren einen Vorteil gegenüber den konventionell getrockneten Lebensmitteln bietet. Zur Untersuchung boten sich getrocknete Äpfel an, da für deren Herstellung die STIR®-Technologie bereits kommerziell eingesetzt wurde. Im Handel waren ebenso einige Sorten verschiedener konventionell getrockneter Apfelprodukte erhältlich, welche mit den STIR®-getrockneten Produkten verglichen werden konnten. Dabei wurde der Untersuchungsschwerpunkt auf das Zucker-Abbauprodukt HMF und die qualitätsgebenden Pflanzenphenolen gelegt. Dazu wurde zunächst eine geeignete RP-HPLC-Methode zur Trennung und Detektion der Phenolcarbonsäuren und Flavonoide sowie von HMF erarbeitet, bevor die Extraktion optimiert werden konnte. Mit dieser Methode sollten dann verschiedene frische Äpfel sowie insbesondere mit unterschiedlichen Verfahren getrocknete Äpfel untersucht werden. Daneben wurde die Fähigkeit, Radikale abzufangen, in den Extrakten der verschiedenen frischen und getrockneten Äpfel sowie von diversen Standards, welche im Extrakt erwartet worden waren, analysiert. Zunächst wurden frische Äpfel unterschiedlicher Sorten, aber auch frische Äpfel gleicher Sorten von unterschiedlichen Händlern untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Sorten untereinander stark in ihrem Polyphenolmuster unterschieden, wobei in den einzelnen Stoffklassen immer eine oder zwei Verbindungen in besonders hohen Gehalten auftraten. Dies sind 5 Chlorogensäure und 4-p-Cumaroylchinasäure als Phenolcarbonsäure-Derivate, die Flavanole (-)-Epicatechin und Procyanidin B2, die Phloretin-Glycoside Phloretin-2’-Xyloglucosid und Phloretin-2’-Glucosid und das Flavonol Quercitrin. Diese kamen jedoch immer in unterschiedlichen Mengen und Verhältnissen vor. Die Absolut-Gehalte innerhalb einer Sorte variierten ebenfalls zum Teil erheblich, wobei die relativen Gehalte innerhalb einer Sorte hingegen enger zusammen lagen. Im Verlauf der Lagerung dreier Apfelsorten bei ca. 6 °C wurde zunächst eine Zunahme des Gehaltes an 5-Chlorogensäure sowie bei den Sorten Elstar und Jonagold von (-)-Epicatechin sowie Procyanidin B2 festgestellt. Ab der 22. Lagerungswoche wurde dann eine leichte Abnahme beobachtet. Zum besseren Verständnis des Verhaltens der Polyphenole beim Trocknungsprozess wurden verschiedene Erhitzungsversuche durchgeführt. So wurden Äpfel dreier Sorten über sechs Stunden getrocknet, wobei zum Teil deutliche Abnahmen in den Polyphenolgehalten auftraten. Dies betraf insbesondere die Flavan-(3)-ole sowie deren Dimere, deren Gehalt zum Teil auf weniger als die Hälfte des Ausgangsgehaltes im Frischapfel abnahmen. Die Gehalte der Hydroxyzimtsäurederivate – 5-Chlorogensäure und 4-p-Cumaroylchinasäure – nahmen hingegen nur wenig ab. Daneben waren aber auch Zunahmen z. B. der Kaffeesäure festzustellen, welche u. a. aus 5-Chlorogensäure freigesetzt werden konnte. Unterschiedliche Auswirkungen durch die Erhitzung konnten nicht nur bei den verschiedenen Polyphenolen beobachtet werden. Ebenfalls traten diese bei der Trocknung unterschiedlicher Apfelsorten auf. Besonders die Polyphenole der Sorte Braeburn wurden stärker in ihrem Gehalt verringert. Geeigneter zum Trocknen erscheinen die Sorten Jonagold und Elstar, bei denen es nur zu einer geringen Abnahme im Gehalt infolge der Trocknung kam. Neben dem Abbau der Polyphenole wurde die Bildung des Zuckerabbauproduktes HMF untersucht. Zusätzlich trat eine weitere Verbindung auf, welche sich ebenfalls als ein Zuckerabbauprodukt herausstellte. Diese Verbindung wurde besonders bei saurer Fructose-Erhitzung gebildet und aus dieser Erhitzungslösung isoliert. Durch Vergleich von UV- und Massen-Spektren mit verschiedenen Standards konnte die Verbindung als DDMP identifiziert werden. Zur Quantifizierung des DDMP lag kein Standard definierter Reinheit vor, weshalb die Komponente als HMF berechnet wurde. Generell verhielten sich diese beiden Substanzen im Verlauf der Trocknung ähnlich, wobei DDMP erst im späteren Trocknungsverlauf in größeren Mengen gebildet wurde. Die Gehalte erreichten in der Regel nur ein Drittel bis ein Fünftel des HMF-Gehaltes. Zudem wurden Äpfel der Sorte Jonagold einer Charge unter Versuchsbedingungen mit Konvektionstrocknung mit und ohne Umluft sowie mit STIR®-Trocknung bei verschiedenen Temperaturen und Zeiten getrocknet und deren Gehalte verglichen, wobei immer ein Endwassergehalt von ca. 5 % angestrebt wurde, um ein knackiges und lagerstabiles Produkt zu erzielen. Bei der Konvektionstrocknung ohne Umluft erwiesen sich 80 °C und 4 Stunden am günstigsten, mit Umluft 60 °C und 5 Stunden sowie 80 °C und 1½ Stunden. Eine Trocknung bei 100 °C war hingegen in beiden Fällen unvorteilhaft, da hierbei sowohl die Polyphenolgehalte abnahmen als auch die HMF- und DDMP-Gehalte anstiegen. Für die STIR®-Trocknung erwies sich besonders eine Trocknung bei 60 °C für drei Stunden, auch aufgeteilt auf eine Vortrocknung von 2 Stunden und eine Nachtrocknung von einer Stunde, als günstig. Temperaturen von 75 °C allein oder nur bei der Nachtrocknung wirkten sich sehr ungünstig aus, da hierbei ebenfalls Abnahmen bei den Polyphenolen auf bis zu 40 % des ursprünglichen Gehaltes im Frischapfel sowie deutliche Zunahmen im HMF- und DDMP-Gehalt zu verzeichnen waren. Diese Ergebnisse wurden darüber hinaus durch die abschließend durchgeführten Untersuchungen der Radikalfängereigenschaften mittels DPPH-Test bestätigt. Dabei blieb die Fähigkeit, Radikale abzufangen, bei niedrigeren Trocknungstemperaturen im Vergleich zum Frischapfel besser erhalten als bei hohen Trocknungstemperaturen. Temperaturen von 100 °C bei der Konvektionstrocknung führten zur Abnahme auf bis zu 60 % im Vergleich zum Frischapfel, Temperaturen von 75 °C bei STIR® zur Abnahme von bis zu 50 %. Somit konnte insgesamt gezeigt werden, dass sowohl für die Konvektions- als auch für die STIR®-Trocknung von Äpfeln Parameter zur Produktion eines qualitativ hochwertigen Endproduktes ermittelt werden können. Hierbei spielen neben der optimierten Temperatur und Zeit der Trocknung auch die geeignete Sortenwahl eine entscheidende Rolle.

Im Mittelpunkt der Arbeit steht die prozess- und steuerungstechnische Untersuchung der biologischen Trocknung von Restabfällen im dynamischen Reaktor. Die gezielte Kombination von biologischen und mechanischen Prozessen innerhalb eines Reaktors führt zu Eigenschaften des Outputmaterials, die die prinzipielle Überlegenheit des dynamischen Reaktors hinsichtlich Prozessbeeinflussbarkeit und Produktqualität deutlich belegen. Die vorgestellte Steuerungslösung besteht aus einem Modul zur Klassensteuerung, der in eine übergeordnete Ablaufsteuerung eingebettet wurde. Diesem Aufbau liegt die Feststellung zu Grunde, dass beim diskontinuierlich geführten Prozess die Eigenschaften des Reaktor-Abfall-Systems von Charge zu Charge sehr unterschiedlich ausfallen können. Mit fortschreitender Prozesszeit können bestimmte Eigenschaften, im konkreten Fall Wassergehalt und Aktivität des Materials aus dem Prozessverlauf selbst bestimmt werden. Voraussetzung dazu ist die Schaffung von vergleichbaren Prozessbedingungen durch eine vorgegebene Reihenfolge von Handlungen zu Beginn des Prozesses. Ab einem bestimmten Informationsstand kann die bis dahin schematische in eine automatische Prozessführung überführt werden. In dieser werden an die aktuelle Prozesssituation angepasste Handlungen ausgeführt.

Das Verlangen nach neuen Materialien mit Eigenschaften, die noch vor zwanzig Jahren für die Wissenschaft und Industrie unerreichbar waren, hat neue Perspektiven für die technische Keramik eröffnet. Auf Grund niedriger Aufheizraten und hohem Beschädigungsrisiko der Probe, ist das Entbindern das schwierigste und vor allem ein sehr teueres Verfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine mathematische Beschreibung des Entbinderungs-Prozesses geliefert und verschiedene Bindersysteme auf die Möglichkeit ihres Einsatzes bei MW-unterstütztem Entbindern von Keramiken untersucht. Um die rechnerischen Aussagen zu überprüfen, wurde eine Reihe von Versuchen in der auf dem thermogravimetrischen Prinzip basierenden Anlage zum Entbindern von Keramik durchgeführt. Aus den Versuchsergebnissen wurden Schlussfolgerungen gezogen und mit theoretischen Aussagen verglichen.

Die Qualität der hergestellten Brennstoffpellets wird wesentlich vom Holzanteil und Wassergehalt des Pelletiergutes sowie von der Presskanallänge der eingesetzten Pelletpresse bestimmt. Werden die Pellets ohne Holzzusatz aus Braunkohlenxylit hergestellt, erreichen diese nahezu das Festigkeitsniveau kommerzieller Holzpellets. Wesentlich für das Trocknungsverhalten von Xylit- und Xylit-Holz-Pellets ist deren Zusammensetzung, die Trocknungstemperatur ist nur von untergeordneter Bedeutung. Als domininierender Bindemechanismus konnte der Faserformschluss identifiziert werden, wobei dieser durch Adhäsions- und Kristallisationseffekte infolge der hydro-mechanischen Aktivierung des Rohmaterials im Nassaufschlussprozess begünstigt wird. Die Xylit- und Xylit-Holz-Pellets erfordern eine auf im Vergleich zu Holzpellets aschereiche Brennstoffe ausgelegte Feuerungstechnik, wobei durch die Holzzugabe verbrennungstechnische Vorteile wie geringere NOx- und SO2-Emissionen erreicht werden können.