Organische Schadstoffe werden in vielen Phasen unseres täglichen Lebens in den Wasserkreislauf eingeleitet. Die herkömmliche Abwasserbehandlung ist nicht zur effektiven Entfernung einiger dieser Stoffe, insbesondere von Arzneimitteln, geeignet. Die Fotokatalyse basierend auf der Suspension von katalytischen Nanopartikeln und ultraviolettem Licht stellt eine effiziente Methode dar, um diese organischen Stoffe im Abwasser zu reduzieren. Während das allgemeine Konzept der fotokatalytischen Wasserreinigung gut etabliert ist, fehlte ein beschreibendes und einfach anwendbares Modell der wesentlichen Abbauprozesse. Ein solches Modell ist entscheidend, um experimentelle Ergebnisse systematisch vergleichen zu können, und stellt eine wertvolle Hilfe bei der Optimierung von Prozessen dar. Diese Arbeit präsentiert einen Modellierungsansatz zur Simulation der kinetischen Prozesse basierend auf dem Langmuir-Hinshelwood-Mechanismus. Dieses Grundmodell wurde erweitert, um auch die Bildung von organischen Zwischenprodukten zu beschreiben. Diese Erweiterungen basieren entweder auf einem inkrementellen oder einen fragmentierenden Abbaumechanismus, der durch das Einbinden von überschüssigen Bindungen ergänzt werden kann. Die simulierte Konzentrationsentwicklung von Zwischenprodukten sowie die Entwicklung des verbleibenden organischen Kohlenstoffes werden für verschiedene Modellannahmen bezüglich ihrer Desorptionsraten von der Photokatalysatoroberfläche diskutiert. Die Modellparameter wurden aus dem Vergleich mit experimentellen Ergebnissen ermittelt. Grundlegende Experimente wurden unter Verwendung des Antibiotikums Ciprofloxacin und des Farbstoffs Methylenblau als Beispiele für organische Verbindungen und Titandioxid und Zinkoxid als fotokatalytische Materialien durchgeführt. Darüber hinaus wird die Anwendbarkeit des Modells auf komplexere Systeme durch den Vergleich mit dem fotokatalytischen Abbau von 14 Medikamenten im Abfluss von Kläranlagen demonstriert. Nach der Evaluierung des Modells wurde es in ein Open-Source-Softwarepaket implementiert, um eine breitere Anwendung zu ermöglichen und eine solide Grundlage für weitergehende Entwicklungen zu schaffen.:Abstract Kurzfassung Symbols Constants Abbreviations 1. Motivation 2. Introduction 2.1. Modeling and simulation 2.2. Heterogeneous photocatalysis 2.2.1. History 2.2.2. Semiconductor band structure 2.2.3. Interface between a semiconductor and a redox electrolyte 2.3. Photocatalytic material 2.3.1. Overview 2.3.2. Titanium dioxide 2.3.3. Zinc oxide 2.4. Light sources 2.4.1. Solar 2.4.2. Fluorescent tubes and mercury-vapor lamps 2.4.3. Light-emitting diodes 2.4.4. Organic light-emitting diodes 3. Materials and methods 3.1. Analytic methods 3.1.1. Nanoparticle characterization 3.1.2. Ultraviolet-visible absorption spectrometry 3.1.3. SPE-HPLC-MS/MS 3.1.4. Non-purgeable organic carbon 3.2. Experimental investigations 3.2.1. Model substances 3.2.2. Adsorption-desorption 3.2.3. Photocatalytic degradation 3.2.4. Wastewater treatment plant effluent 3.3. Modeling approach 3.3.1. Single organic species model 3.3.2. Multiple organic species model 3.4. Model implementation 3.4.1. Development objectives 3.4.2. Molecule parameters 3.4.3. Solving the differential equation system 3.4.4. Fit to experimental results 3.4.5. Availability 4. Results and discussion 4.1. Nanoparticle properties 4.2. Adsorption-desorption 4.3. Photocatalytic degradation 4.3.1. Single organic species model 4.3.2. Multi organic species model 4.4. Wastewater treatment plant effluent 4.4.1. Influence of effluent 4.4.2. Degradation of pharmaceuticals in the effluent 5. Conclusions Appendix A. Analytical solution B. Effluent pharmaceuticals concentrations C. pdom handbook List of figures List of tables Bibliography / Organic pollutants are discharged into the water cycle at many stages in our daily lives. Conventional wastewater treatments are ineffective in the removal of some of them, especially clearing pharmaceuticals. Photocatalytic degradation utilizing catalytic nanosuspensions under ultraviolet irradiation represents an efficient method to reduce those organic components in the wastewater. While the general concept of photocatalytic water purification is well established, a descriptive and easy to use model of the essential processes was missing. Such a model is critical to ensure the systematic comparability of experimental results and supports process optimization. This work presents a modeling approach to simulate the involved kinetic processes based on the Langmuir–Hinshelwood mechanism. Further, the fundamental model is extended to include the formation of intermediate organic components. This extension uses either an incremental degradation mechanism or a fragmentation based mechanism, that can include excess bonds. The simulated concentration evolution of intermediates, as well as the evolution of the total organic carbon, are discussed for different model assumptions concerning their desorption rates from the photocatalyst surface. The model parameters were estimated from comparison with experimental findings. Basic experiments were performed using the antibiotic ciprofloxacin, and the dye methylene blue as organic compounds and titanium dioxid and zinc oxide as photocatalytic materials. Furthermore, the application of the model to more complex systems is shown by the photocatalytic degradation of 14 pharmaceuticals in wastewater treatment plant effluent. Following successful evaluation of this model, it was implemented in an open-source software package to enable a wider adoption and a sound foundation for further developments.:Abstract Kurzfassung Symbols Constants Abbreviations 1. Motivation 2. Introduction 2.1. Modeling and simulation 2.2. Heterogeneous photocatalysis 2.2.1. History 2.2.2. Semiconductor band structure 2.2.3. Interface between a semiconductor and a redox electrolyte 2.3. Photocatalytic material 2.3.1. Overview 2.3.2. Titanium dioxide 2.3.3. Zinc oxide 2.4. Light sources 2.4.1. Solar 2.4.2. Fluorescent tubes and mercury-vapor lamps 2.4.3. Light-emitting diodes 2.4.4. Organic light-emitting diodes 3. Materials and methods 3.1. Analytic methods 3.1.1. Nanoparticle characterization 3.1.2. Ultraviolet-visible absorption spectrometry 3.1.3. SPE-HPLC-MS/MS 3.1.4. Non-purgeable organic carbon 3.2. Experimental investigations 3.2.1. Model substances 3.2.2. Adsorption-desorption 3.2.3. Photocatalytic degradation 3.2.4. Wastewater treatment plant effluent 3.3. Modeling approach 3.3.1. Single organic species model 3.3.2. Multiple organic species model 3.4. Model implementation 3.4.1. Development objectives 3.4.2. Molecule parameters 3.4.3. Solving the differential equation system 3.4.4. Fit to experimental results 3.4.5. Availability 4. Results and discussion 4.1. Nanoparticle properties 4.2. Adsorption-desorption 4.3. Photocatalytic degradation 4.3.1. Single organic species model 4.3.2. Multi organic species model 4.4. Wastewater treatment plant effluent 4.4.1. Influence of effluent 4.4.2. Degradation of pharmaceuticals in the effluent 5. Conclusions Appendix A. Analytical solution B. Effluent pharmaceuticals concentrations C. pdom handbook List of figures List of tables Bibliography

Die Firma Schubert baut TLM-Verpackungsmaschinen. TLM bedeutet Top Loading Maschine, d.h. die Aufgabe einer TLM-Maschine ist in der Regel das Aufrichten, Befüllen und Verschließen von Schachteln. TLM-Maschinen bestehen aus Teilmaschinen, die über Transmodulstrecken miteinander verbunden sind. Transmodule transportieren Produkte und Verpackungseinheiten, die Prozessvernetzung wird einfacher und es ergeben sich neue Möglichkeiten.

Most commercially available valves are able to produce a large flow rate or a fast response, but are incapable of producing both simultaneously. Commercially available valves that can achieve both are expensive as they require multiple stages of actuation and piloting pressures to deliver large flow rates quickly, preventing them from being broadly used in fluid power applications. This work investigates the design of an Energy Coupling Actuated Valve (ECAV) that is capable of solving this trade-off between large flow and fast switching times through the use of an innovative, high performance actuation system. The ECAV is a new development in valve technology in the area of hydraulic, high speed, proportional and digital on/off valves. High speed actuation is produced through the intermittent coupling of a kinetic energy source with a translational poppet or spool. This coupling process occurs through the use of magnetorheological fluid and a controlled magnetic flux through the fluid in the energy coupler. The ECAV has several design advantages including proportional force control and a large (7mm) stroke capability. Early results predict a nominal flow rate of 100 L/min at a 5 bar pressure drop can be achieved with a 3 ms on/off response time.

Wissenschaft trifft Praxis - das Motto der Tagung steht für einen Dialog, der in diesen Tagen besonders von folgenden Spannungsfeldern lebt: Komplexe Prozesse vs. einfache Maschinenbedienung, Adaptivität vs. Robistheit, Flexibilität vs. effizienz, technischer Vorsprung vs. technischer Aufwand. Zwischen diesen und anderen Themenfeldern gibt es Schnittmengen aber auch spannende Antagonismen. In 34 Vorträgen + 5 Plenarbeiträgen werden neue Gedanken und Lösungsansätze vorgestellt, die Wissen vermitteln und Anregungen bieten.

Getrieben durch einen rapid wachsenden Verbrauchermarkt für Lebensmittel und Getränke, insbesondere in Schwellenländern wie China, Brasilien und Indien, werden an den Verpackungssektor hohe Anforderungen hinsichtlich der Verpackungsqualität und -formen und nicht zuletzt der Stückzahl gestellt. Bei der Entwicklung von Verpackungssystemen stellt die Leistungssteigerung das vorrangige Ziel für die Verpackungsmaschinen- und Packstoffhersteller stellt dar. Die SIG Combibloc Systems GmbH, einer der weltweit führenden Systemanbieter von Packstoff und entsprechenden Füllmaschinen für Getränke und Lebensmittel, hat sich als Ziel gesetzt, die Leistung eines ihrer Verpackungssysteme um 50 % zu steigern.

Für die Entwicklung eines praxistauglichen Vorhersagemodells für die Strahlreinigung wird ein Ansatz motiviert, welcher auf der Zerlegung in abhängig vom Anwendungsfall parametrierbare Teilprozesse beruht. Als Ausgangspunkt der Modellierung dient eine reduzierte Konfiguration: der senkrecht auf eine glatte Verschmutzung auftreffende, kohärente isotherme Wasserstrahl. Für diesen Testfall wird die zweidimensionale numerische Berechnung der mittleren Strömung erprobt. Die Validierung erfolgt anhand eigener Messwerte, experimentell und numerisch ermittelter Daten aus der Literatur sowie analytischer Korrelationen für Reynoldszahlen bis Re = U D D/v = 37000.

Viele Prozesse in der Verarbeitungs- und Verpackungstechnik sind durch eine komplexe Wechselwirkung der Wirkpaarung Verarbeitungsgut, i.d.R. Packstoff und/oder Füllgut sowie dem Arbeitsorganen gekennzeichnet. In den überwiegenden Fällen können die Vorgänge und Prozessgrößen im Prozess selbst nicht erfasst werden und einzig das Endergebnis des Vorgangs bewertet werden, worüber ein empirischer Zusammenhang zu dem Prozesseingangsgrößen hergestellt werden. Der Prozess selbst stellt sich dabei als „Black-Box“ dar, bei dem die orts- und zeitaufgelösten Prozessgrößen der Verarbeitungsgüter in der Regel unbekannt und auch messtechnisch nur schwer zu erfassen sind. Physikalische Prozesssimulationen erlauben die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern (Stellgrößen des Prozesses) und den Prozessgrößen, wie beispielsweise vorherrschenden Temperaturen und deren Verteilung oder lokal wirkende Prozesskräfte und daraus resultierende Beanspruchungen der Verarbeitungsgüter unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften der Verarbeitungsgüter abzubilden. Vor diesem Hintergrund werden nachfolgend am Beispiel von Siegel- und Thermoformprozessen die Potenziale in Hinblick auf die Prozessanalyse und daraus abgeleiteter Prozessverbesserungen in der Kunststoffverarbeitung diskutiert.

In zahlreichen Branchen gibt es extrem zeitkritische Prozesse, deren exakte Bearbeitung entscheidend für die Produktqualität und die Produktionsgeschwindigkeit ist. Es wird eine Lösung vorgestellt, mit der die genannten Abhängigkeiten eliminiert und dadurch Reaktionszeiten im einstelligen μs-Bereich ermöglicht werden.

In diesem Vortrag geht es um Lebensmittelsicherheit, Sicherheitskonzepte und die Vermeidung von Kontaminationen.

Vortrag, gehalten auf der Tagung VDD 2015 in Radebeul am 12. März 2015.