Assessment of adsorbents for drying by experiments and dynamic simulations

Um die globale Erwärmung zu verlangsamen, müssen Teibhausgasemissionen reduziert werden. Von Menschen verursachte Treibhausgasemissionen entstehen primär durch die Nutzung fossiler Energieträger. Um die Nutzung fossiler Energieträger zu reduzieren, steigt die Nachfrage nach energieeffizienten Technologien. Eine energieeffiziente Technologie, die jüngst erfolgreich kommerzialisiert wurde, ist die Adsorptionsspülmaschine. Die Adsorptionsspülmaschine ermögicht durch den Einsatz von Sorbentien eine Energieeinsparung von ca. 25% im Vergleich zu konventionellen Geschirrspülern. Um weitere Einsparungen zu erzielen und den Gesamtprozess zu verbessern, sollte die Adsorptionsspülmaschine weiterentwickelt werden. Die Adsorptionsspülmaschine kann in erster Linie durch Einsatz geeigneter Sorbentien verbessert werden, da Sorbentien das Herzstück dieser energieeffizienten Technologie sind. Die vorliegende Arbeit beurteilt daher das Potential von Sorbentien für den Einsatz in einer Adsorptionsspülmaschine sowohl experimentell als auch theoretisch. Die theoretischen Untersuchungen sind in 3 Komplexitätsstufen unterteilt. Stufe 1 ist eine statische Analyse mit der die notwendige minimale Sorbentienmasse bestimmt wird. Stufe 2 ist ein einfaches dynamisches Modell mit dem zusätzlich die Trocknungsdauer bestimmt wird. Diese 2-stufige theoretische Untersuchung ist für Trocknungsanwendungen allgemein anwendbar und ermöglicht ohne großen Aufwand ein Abschätzung der Eignung von Sorbentien. Am Beispiel der Adsorptionsspülmaschine werden in dieser Arbeit Sorbentien aus 3 Materialklassen im Rahmen einer ParameterStudie evaluiert. Der Trade-off zwischen Trocknungsdauer und Sorbentienmasse wird mit Hilfe Pereto-Kurve diskutiert. Basierend auf den erzielten Ergebnissen der 2-stufigen theoretischen Untersuchung werden vielversprechende, kommerziell erhältliche Sorbentien experimentell untersucht. In der experimentellen Studie werden 3 Kriterien für den Vergleich der Sorbentien herangezogen: die maximale Wasseraufnahme, der Druckverlust bei Durchströmung des Sorptionsbettes und die Entfeuchtungsrate. Anhand dieser 3 Kriterien werden die Pareto-optimalen kommerziell erhältlichen Sorbentien identifiziert. Um die Sorbentien unter Berücksichtigung aller dynamischen Interaktionen innerhalb des Systems bewerten zu können, wird eine theoretische Untersuchung als Stufe 3 druchgeführt. Stufe 3 ist ein dynamisches Modell der Adsorptionsspülmaschine, das alle Komponenten und alle dynamischen Interaktionen abbildet. Mit Hilfe von Pereto-Kurven werden der Trade-off zwischen Trocknungsdauer, Sorbentionsmasse und energieaufwand diskutiert. Zusammenfassend stellt diese Arbeit Methoden zur besseren Charakterisierung von Trocknungsmittel vor. Mithilfe dieser Methoden wurden verbessert Sorbentien für die Anwendung in der Spülmaschine gefunden.