Das Projekt "Die Abscheidung von Arsen bei der Gewinnung von Nichteisenmetallen aus Magererzen und anderen Materialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MFC Industrial Holdings AG durchgeführt. Objective: To set up a 'clean technology' in order to prevent arsenic pollution when extracting non ferrous metals from low grade ores and other materials. General Information: Raw materials for the extraction of non-ferrous metals often contain arsenic which must be separated during the metallurgical processing of such materials. When employing the current methods of roasting or smelting of non-ferrous metal containing material, arsenic is volatilised in the form of arsenic oxide and then removed from the off-gas by condensation. Liquid phases are often formed during the condensation of arsenic oxide which can cause blocking of the off-gas duct. The removal of arsenic oxide build-up poses technical problems and is because of its poisonous nature dangerous for the personnel involved. As well, a small part of the arsenic oxide is dissolved in the liquid used for scrubbing the gas. The removal of arsenic from this liquid involves considerable technology. The object of the present work is the development of a process by which the arsenic in the off-gases is converted to arsenic sulphide, which is less volatile than arsenic oxide. As has been shown experimentally the condensation of arsenic sulphide vapour can be carried out by shock-cooling in aqueous solutions.
Das Projekt "Gewinnung von Suesswasser aus Meer- und Brackwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Dortmund, Abteilung Chemietechnik, Arbeitsgruppe Chemieapparatebau durchgeführt. In einem Testzentrum mit Pilot-Anlagen der Thermischen Entsalzungsverfahren werden experimentelle und theoretische Untersuchungen an VC-(Bruedenkompressions-)Anlagen und VTE-(Fallfilmverdampfungs-)Anlagen durchgefuehrt. Das Bruedenkompressionsverfahren ist das thermische Entsalzungsverfahren mit dem niedrigsten spezifischen Energiebedarf. Die laufenden Untersuchungen beschaeftigen sich mit dem apparatetechnischen Aufbau einer VC-Anlage im Hinblick auf hoehere Destillaterzeugnisraten bzw. auf geringere Wassergestehungskosten als bisher. Im Berichtszeitraum wurde eine von der Industrie zur Verfuegung gestellte VC-Anlage installiert und fuer bestimmte Versuchsbedingungen modifiziert. Das VTE-Verfahren zeichnet sich aufgrund der besseren Waermeuebergangsbedingungen durch kleinere apparative Dimensionen bei gleichem Wirkungsgrad aus. Nach Erstellung und Implementierung eines Rechnerprogrammes sollen die theoretisch ermittelten Modell-Daten an einer Versuchsanlage, die zur Zeit erstellt wird, verifiziert werden. Nach Ermittlung der realen Waermeuebergangsbedingungen sollen Optimierungsstrategien fuer VTE-Prozesse bzw. gekoppelte Verfahren aufgestellt werden.
Das Projekt "Nutzung der Sonnenenergie zur Gewinnung von Trinkwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Dortmund, Abteilung Chemietechnik, Arbeitsgruppe Chemieapparatebau durchgeführt. Die Sonneneinstrahlung als regenerative Energieform laesst sich in jede beliebige Form von Energie umwandeln, z.B. in Niedertemperaturwaerme oder in elektrische Energie durch photoelektrische Umwandlung. Die AG Chemieapparatebau verfuegt z.Zt. ueber zwei prinzipiell unterschiedliche Anlagen zur Wasserentsalzung, die mit Sonnenenergie betrieben werden, den Solarverdampfer und die mit Solarpaneele gekoppelte VC-Anlage.
Das Projekt "Kompression von Abdampf mithilfe eines gasmotorgetriebenen Schraubenverdichters in einer Brauerei" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Technologie GmbH durchgeführt. Objective: To demonstrate that vapor compression by means of a gas engine driven screw compressor shows high reliability and considerably reduces the energy consumption of the brewing process. General Information: By means of an internal combustion engine driven vapor compression plant the energy consumption in a brewery can be considerably reduced. The energy saving is achieved by increasing the temperature of the waste vapor during compression and subsequent release of the heat back to the wort and by using the waste of the combustion engine in the brewery. The demonstrated vapor compression plant is installed in a brewery with an annual output of 1200000 hl of beer. The waste vapor (5.4 t/y, 1 bar, 100 deg. C) coming from the wort copper (normally exhausted to the air) is pumped by the screw compressor driven by a gas engine (187 kW) up to 1.3 bar and 110 deg. C. The hot vapor is condensated in the vapor thermostar by heating the wort (3.3 MW). The hot condensate leaving the vapor condenser is cooled down by an additional heat exchanger (462 kW). This heat is used together with the usable waste heat from the gas engine (450 kW) for hot water production needed in the brewery. With a primary energy input (natural gas) of 550 kW and the usable heat output of 4,212 kW a primary energy ratio of 7.65 is yielded. Achievements: The plant runs successfully and is distinguished by high reliability with minimum costs for operation and maintenance. Numerous measurements have shown that in the field less fouling of the vapor condenser occurs than had been assumed. The condenser is only cleaned once a week, without any appreciable increase in the condensate pressure being noted towards the end of the week. The screw compressor, which is subject to only slight fouling, has so far not needed any cleaning. The integration of the vapor compression system in the brewing process has had no influence on the process as a whole. Energy measurements of the system have yielded the high primary energy ratio (usable heat/gas energy input) of 6.95 (with respect to the gross calorific value of natural gas) and 7.65 (with respect to the net calorific value). The annual saving in energy is about 1 million cubic meters of natural gas. This means an energy saving of 89 per cent. Unfortunately the efficiency of the screw compressor is less than expected and therefore the brake horse power higher than calculated. Presumably the water injection, which keeps the vapor output temperature down, has a greater influence in reducing efficiency than had previously been assumed. The electromagnetic clutch is the chief cause of vibrations. With the help of suitable balancing experiments, however, vibration can be reduced to an acceptable level. Economic feasibility calculations show that vapor compression plants have good market prospects in breweries with more than 1,400 brews per year (at present gas prices). In designing a brewery, this number can be achieved by a proper layout of ...
Das Projekt "Novel caloric materials by mastering hysteresis: a material science approach" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Studienbüro Materialwissenschaft, Fachgebiet Funktionale Materialien durchgeführt. Solid-state cooling could be a radically different energy solution substituting conventional vapor compression refrigeration in the future. The most promising refrigerants do not only change their magnetism during magnetization but also their crystal structure. The development of efficient magnetic refrigerants is to maximize the structural contribution to the total entropy change. In this way, hysteresis is an unwanted side-effect that leads to losses and hinders the full use of caloric effects. In this project, we will develop a thorough understanding of the sources of both intrinsic and extrinsic magnetic hysteresis, so that a strategy to minimize hysteresis can be found. Furthermore, we will develop optimized, high-performance caloric materials that deliver a large caloric effect but in a reduced magnetic field (ì0H = 1 T) that would greatly reduce the cost of a magnetic refrigerator. Our strategy is to use the extensive experience of our work-group in magneto/barocaloric materials and devices, and our expertise in materials science, which covers novel synthesis, advanced characterization, and understanding of magnetic properties, microstructure, and thermodynamics. We focus on the most promising magnetic refrigerants, Heusler-type Ni-Mn-based, La(Fe,Si)13-based and Fe2P-type MnFeP(Ge,Si) operating near to ambient conditions.
Das Projekt "Teilvorhaben: Stoffspezifische Trocknung von Kieselsäure in überhitztem Dampf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Operations GmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens 'LowCarbDry' ist die Entwicklung eines strombasierten, energieeffizienten und intelligenten Dampftrocknungsverfahrens, der zur Dekarbonisierung in der Industrie beiträgt. Die Hauptidee der Entwicklung besteht darin, die Technologie der Heißdampftrocknung (Superheated Steam SHS in engl.) mit der mechanischen Brüdenverdichtung (Spezialform der Wärmepumpe mit Wasser als Kältemittel) zu kombinieren, um den Energieverbrauch der Trocknung deutlich zu reduzieren (Faktor 2 bis 4 in Abhängigkeit von der angestrebten Prozesstemperatur) und gleichzeitig eine Kopplung zwischen dem Wärme- und Stromsektor zu erreichen (Shift von fossilen zu regenerativen Energien). Ein Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf der Weiterentwicklung und Optimierung der SHS-Technologie für die Sprühtrocknung von Kieselsäure. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung eines innovativen Verdichtungssystems, das durch die Konstruktion neuartiger Turbokompressoren und einer mehrstufigen Konfiguration einen Hochtemperaturlift (50-60K) ermöglicht. Um eine optimierte Integration beider Systeme zu ermöglichen, stellt ein weiterer Schwerpunkt des Projekts die Entwicklung modellprädiktiven Regelungsstrategien zur Optimierung der Energieeffizienz und Erhöhung des grünen Anteils der Energieinput durch die Nutzung von Echtzeit-Stromprognose. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird eine Demonstrationsanlage (ca. 40 kg/h Verdampfungsleistung) für die Sprühtrocknung von Kieselsäure entwickelt, gebaut und demonstriert. Schließlich wird ein Konzept für das Scale-up der Technologie entwickelt, um einen schnellen und effizienten Einsatz in der Produktion zu ermöglichen und einer erfolgreichen Verwertung der Ergebnisse zu erzielen.
Das Projekt "Aerosoldynamik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg, Fachbereich 9 Elektrotechnik, Fachgebiet Prozess- und Aerosolmesstechnik durchgeführt. An aerosol is a suspension of solid and/or liquid particles in a gas. Aerosol dynamical processes are used in the production of materials for high-technology applications such as optical waveguides, thin films for microelectronics, quantum dots and powders for the manufacture of advanced ceramics, as well as technical products such as pigments and carbon blacks. However, aerosols can also affect human health and the environment. Basic similarities exist in technical as well as natural aerosoldynamical processes. Since an aerosol is a dynamical system, interactions between particles, between particles and surrounding surfaces as well as exchanges between the gas-phase and the particles will occur. These aerosoldynamical processes are studied in this project. Chemical reactions are not treated yet. Particle transport due to convection, diffusion and temperature gradients as well as condensation and evaporation of vapor material onto the particles are dealt with. In order to optimize aerosol processes and to minimize the impact of hazardous aerosols to the environment we model the aerosoldynamical processes in fluid flows. The developed model is capable of describing two-dimensional problems. The effect of particle coagulaiton,and especially electrical coagulation, i.e. the coagulation of charged particles, is of current interest. The coagulation process of like charged particles, i.e. particles of the same polarity, is slower than between uncharged particles. While uncharged particles from due to coagulation a so-called 'self preserving size distribution' like charged particles tend to form a monodisperse aerosol. However, the coagulation process of unlike charged particles is also investigated, which is of interest for gas-cleaning purposes. The coagulation process is enhanced due to the attractive force between unlike charged particles, but due to recombination of charges during the coagulation process, it slows down and Brownian coagulation remains. There are two ways in which coagulation between oppositely charged particles can occur. The first method is the miexing of two oppositely charged aerosols, having different mean geometric sizes. Since the coagualtion between unequal sized particles is always higher than between equal sized particles the two aerosols will collide very rapidly with each other. Due to the fact that larger particles can be charged more efficiently than smaller particles, this technique provides a good scavening method to the smaller particles. The second method is the bipolar charging of the aerosol, such that half of the particles are charged positively and half of them negatively. Here the coagulaiton process reduces the charges on the particles after collision in a way, that the electrical enthancement decreases very rapidly.
Das Projekt "Herstellung von Nanopartikeln mittels Verdampfungs- und Kondensationsprozessen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg, Fachbereich 9 Elektrotechnik, Fachgebiet Prozess- und Aerosolmesstechnik durchgeführt. Nanostructured materials are receiving increasingly interest as building blocks for nanotechnological applications, such as nanoelectronics, quantum electronics, sensortechnology, non-linear optics and solar technology. A layer of semiconducting nanoparticles smaller than 20 nm on a well-defined surface will have properties which differ from the bulk material, for indstance a modified bandgap and specific opto-eletronic properties. Here, gas-phase synthesis is advantageous becaus of absence of liquid solvents and the possiblility of reaching high temperatures. The synthesis technique consists of modified standard aerosol technologies to generate monodisperse size fraction. In a furance a specific solid material is heated, and during the cooling of the vapor nanometer-sized particles are formed by nucleation, condensation and coagulation. The modeling of the process is carried out using the methods of moments. The gas is quenched and a specific size-fraction is selected based on the size-dependent electrical mobility (Differential Mobility Analyzer). A new unipolar particle charger has been developed in order to increase the carging efficiency of nanoparticles. In a second furance the particles, which might consist of aggregated primary particles, can be sintered in order ot reach a more spherical form. An electrostatic precipitator is used to bring the particles on a specific surface, e.g. a THEM grid. Instead of the precipitator a second DMA can be used to check the sintering process. The present research is focused on ObS, which was shown to yield nanoparticles by a sublimation process. A study was made of the sintering behavior which was shown to be necessary to abtain spherical and crystalline particles. X-ray diffraction and electron diffraction in cooperation with Low Temperature Physics (Prof. Wassermann) enable the determination of the lattice constant and the crystallite size. The results indicated that the PbS particles are fully crystalline with a lattice constant of bulk PbS. The prospects of applying the semiconductor particles in microelectronics are investigated in cooperation with Seminconductor Technology (Prof. Tegude). Combining optical lithography with electrostatic particle deposition, it was shown that the PbS nanoparticles deposited on top of a metalsemiconductor-metal photodetecotr increased the sensitivity up to several orders of magnitude.
Das Projekt "Verringerung der Umwelt- und Gesundheitsbelastung bei der Produktion schwer entflammbarer Gewebe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von G. Schümer GmbH & Co. durchgeführt. Analyse der Ursachen für die Belastung von Atemluft, Abluft und Abwasser mit Ammoniak bei der Herstellung schwerentflammbarer Gewebe, Erarbeitung der Verfahrenstechnik zur Verringerung der Ammoniakabgabe an die Umwelt ohne Beeinträchtigung der Produktqualität, Anpassung der Technik an die Erfordernisse des Standorts und umfassende Kontrolle des Maßnahmenerfolgs durch die Erhebung, Darstellung und Archivierung aller für den Herstellungsprozeß relevanter Kenngrößen. Erarbeitung der Grundlagen für eine statistische Produktionskontrolle. Die Problemanalyse wurde unter Berücksichtigung aller Emissionen von Ammoniak im Ablauf der Produktion durchgeführt. Die Hauptquellen des Gefahrstoffs wurden erkannt und durch die verfahrenstechnischen Methoden der selektiven Reaktionswasserabreicherung in der Begasungskammer, durch zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen, durch die räumliche und zeitliche Integration emittierender Fertigungsschritte und die umfassende Dokumentation der Prozeßparameter bekämpft. Zur Bewältigung der Abwasserproblematik, die durch schwerabbaubaren organischen Phosphor verursacht wird, wurden Methoden erprobt, die die anfallende Abwassermenge einengen und einer direkten Weiterbehandlung zugänglich machen. Hier kamen Waschkästen mit Hochleistungsquetschen ebenso zum Einsatz wie Verdampfer mit Brüdenverdichtung. Die ersten Vorbereitungen zur Einrichtung eines größtenteils geschlossenen Wasserkreislaufs für diesen Produktionsbereich wurden getroffen. Die Methode der selektiven Reaktionswasserabreicherung erlaubt es, die gesamte in den Prozeß eingebrachte Ammoniakmenge für die Polykondensationsreaktion zu nutzen, statt einen erheblichen Teil dafür aufzuwenden, das gebildete Wasser aus der Begasungskammer zu schleppen. Neben der Umweltentlastung konnte auf diesem Weg eine erhebliche Menge an Ammoniak eingespart werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Industrie-Know-how für die Entwicklung eines Auswahltools für Brüdenverdichter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Piller Blowers & Compressors GmbH durchgeführt. Das Vorhaben adressiert die Entwicklung einer Methodik zur Bewertung von Wärmeintegrationsmaßnahmen mittels Brüdenkompression als Beitrag zur Reduzierung von CO2-Emissionen in der chemischen Industrie. Die zu entwickelnde Methode stützt die Entscheidungsfindung insbesondere in frühen Phasen der Verfahrensentwicklung sowie bei Machbarkeitsstudien. Dazu müssen die beiden Technologiefelder Verdichtung und Wärmeübertragung in einer Zusammenschau analysiert und bewertet werden. Durch eine gekoppelte Betrachtung von technischer Machbarkeit, wirtschaftlicher Konkurrenzfähigkeit und ökologischer Vorteilhaftigkeit gelingt eine integrierte und umfassende Bewertung möglicher Wärmeintegrationsmaßnahmen auf Basis bestehender Verdichter- und Wärmeübertragertechnologien. Anhand technisch relevanter Szenarien, wie der Wärmeintegration mittels Feedvorwärmung, als Sumpf- oder Zwischenverdampfer einer Trennkolonne, wird die Methodik entwickelt. Zur schnellen Identifizierung und Auswahl geeigneter Wärmeübertragungsapparate und Verdichtertechnologien werden Berechnungstools zum orientierenden Design aufgesetzt. In einer vergleichenden Betrachtung werden verschiedene Technologien zur Verdichtung und Wärmeintegration auf Basis einer zu erstellenden Datenbank ökonomisch und ökologisch bewertet. Eine integrierte Plattform mit einer Bedien- und Visualisierungsoberfläche unterstützt den Ergebnistransfer. Die Funktionalität der Bewertungsmethodik inkl. der Nutzung der integrierten Plattform in Form eines Graphical User Interfaces wird anhand ausgewählter Fallstudien der Industriepartner demonstriert.
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