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Entwicklung einer kompakten Testapparatur zur automatischen Optimierung des Betriebes von UF-Modulen
Art der Abschlussarbeit
Diplomarbeit
Autoren
- Wricke, M.
Betreuer
- Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Uhl
Weitere Betreuer
Dr.-Ing. Peter Berg, inge AG
Abstract
KurzdarstellungrnDie Hauptaufgabe der vorliegenden Diplomarbeit war es, ein Konzept für eine intelligente Anlagensteuerung zu entwickeln mit deren Hilfe die Investitions- und Betriebskosten von Ultrafiltrationsanlagen durch eine systematische Optimierung der Betriebsweise gesenkt werden können. Dazu wurde ein Programmablauf entworfen, der es der Anlagensteuerung erlaubt, auf Änderungen der Betriebsbedingungen automatisch zu reagieren und den Filtrationsprozess anzupassen. Mit der entwickelten Methodik werden die Zusammenhänge zwischen den Prozess- und Betriebskenngrößen von UF-Anlagen und den damit verbundenen Kosten mathematisch beschrieben. Dies ermöglicht, bereits bei der Versuchsdurchführung die Auswirkungen einer Veränderung von Betriebsparametern auf die Betriebs- und Investitionskosten zu berücksichtigen und damit die Versuchsplanung und rn–durchführung zu optimieren. rnDie Optimierungsmethodik ist in der Lage, die bzgl. der Minimierung der Produktionskosten „günstigsten“ Betriebseinstellungen zu berechnen. Für die Übertragung auf einen großtechnischen Maßstab sind jedoch noch Scale-Up-Versuche im Parallelbetrieb durchzuführen. Durch die Integration der Optimierungsmethodik in die Anlagensteuerung soll in einem zweiten Schritt eine automatische Anpassung des Anlagenbetriebes an eine sich verändernde Rohwasserbeschaffenheit mit dem Ziel der Sicherung einer wirtschaftlichen Betriebsweise der UF-Anlage ermöglicht werden.rnIm Zusammenhang mit dem BMBF Verbundvorhaben „T-Rack“ sollen drei kompakte Kleinstversuchsanlagen konstruiert und gebaut werden. Der Prototyp dieser Versuchsanlage wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit konzipiert und realisiert. Die Hauptaufgabe der mobilen Kleinstanlage besteht in der Durchführung von Versuchen zur Optimierung der Membranfasergeometrie bzgl. des Durchmessers und der Länge von Membrankapillaren bei unterschiedlichen Wasserqualitäten. Mit der Kleinstanlage können zudem die für eine Auslegung von großtechnischen Anlagen benötigten Eckdaten wie Filtrationszeiten, erreichbare Ausbeuten, Volumenströme, geeignetes Reinigungsregime und erforderliche Membranflächen bestimmt werden. rnDie Funktionsfähigkeit der Kleinstversuchsanlage konnte im Rahmen von Filtrationsversuchen mit Prozessabwässern in einer Papierfabrik nachgewiesen werden. Die Kleinstversuchsanlage soll auch für die Überprüfung der Optimierungsmethodik, die im Rahmen dieser Diplomarbeit entwickelt wurde, genutzt werden. rnrnSchlagwörter: Ultrafiltration, Kleinstversuchsanlage, Betriebsoptimierung, Betriebs- und Investitionskosten, automatisch angepasster AnlagenbetriebrnrnAbstractrnThe main task of this diploma thesis was to educe a concept for an intelligent system control in order to reduce investment- and operating costs of UF-systems through a systematic optimization of the operational mode. Therefore a program sequence was designed that allows the system control to react automatically on changes of the operation- and raw water conditions and to adjust the filtration process. The developed method mathematically describes the coherences between the process- and performance characteristcs of UF-systems and the connected costs. By regarding the effects of changes of the operation parameters on the operation- and investment costs, the design and execution of filtration experiments can be optimized.rnIn order to minimize the production costs of ultrafiltration plants the best values of the operating parameters are being calculated. For the transmission on a large-scale dimension scale-up-experiments still have to be carried out. By integrating the optimization method into the system control the operating mode can be automatically adjusted to changing raw water conditions.rnIn coherence with the research project “T-Rack” three compact piloting plants ought to be constructed and built. The prototype was planned and constructed within this diploma thesis. With the mobile testing plant, research experiments concerning the effect of length and diameter of capillary membranes on the filtration characteristics with different water conditions can be carried out with little effort. Furthermore, the attended key data for the design of large-scale systems, like duration of filtration sequences, recovery, flux rates, cleaning regime, and required membrane surface, can be determined with this piloting plant.rnThe functional operability of the piloting plant was proven by conducting filtration-tests with process water in a papermill. Furthermore, the piloting plant will be used to evalute the optimization method, that has been developed in the context of this diploma thesis.rnrnkeywords: ultrafiltration, compact piloting plant, optimization of operating parameters, operating- and investment costs, automatically adjusted operation mode rn
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Berichtsjahr
2008