Verfahrenstechnik und Technische Chemie
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Late Transition Metal Polymerization Catalysis
B. Rieger, L. Saunders Baugh, S. Kacker, S. Striegler (Hrsg.)
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Verfahrenstechnik und Technische Chemie Das Forum für die Chemie jenseits von Reagenzgläsern und Glaskolben. Hier können Probleme der Reaktionstechnik sowie der thermischen und mechanischen Stoffwandlungs- und Trennprozesse diskutiert werden.

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Alt 19.04.2018, 14:38   #1   Druckbare Version zeigen
Testpilot Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Hallo,

für ein Projekt sollen wir den Trocknungsverlauf in einer Spülmaschine analytisch berechnen.
Die Trocknung geht dabei so von statten:
1. Heißes Wasser erhitzt das Geschirr am Ende auf
2. Das Wasser wird abgelassen
3. Die Trocknung wird gestartet:

Dazu saugt die Maschine über ein Gebläse Raumluft an, erhitzt diese und drückt sie anschließend erhitzt durch die Geschirrkammer. Die warme, feuchte Luft wird anschließend wieder in den Raum gegeben.

Es geht hier jetzt um den Trocknungsverlauf, d.h. den Verlauf der absoluten Feuchtigkeit am Austritt aus der Kammer. Dieser nimmt theoretisch exponentiell von seinem Maximalwert ab und nähert sich so der Raumfeuchtigkeit mit der Zeit immer mehr an. Das ganze hat also folgende Form:
FeuchtigkeitAusgang(t) = FeuchtigkeitEingang + FeuchtigkeitAusgang,max * 2- (t/τ)

Jetzt steht die Spülmaschine aber in einer kleinen Küche und somit steigt auch die Eingangsfeuchtigkeit durch den Prozess mit an, da die ja nur die Raumluft ansaugt.
Die Frage ist jetzt hier, wie man diese Annäherung nun mathematisch beschreiben kann, um zum Schluss aus Messwerten der Feuchtigkeitsverläufe von Ein- und Ausgang (also Kammer und Raumluftfeuchtigkeit) den Verlauf vorherzusagen und somit die Dauer der Trockung zu prognostizieren..., weil einfach das FeuchtigkeitEingang aus der Formel oben abhängig von (t) zu machen funktioniert nicht...

Ich hoffe, das ergibt einigermaßen Sinn und ihr versteht mein Problem, ansonsten einfach fragen

Danke schonmal
Testpilot ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.04.2018, 22:45   #2   Druckbare Version zeigen
kaliumcyanid Männlich
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Beiträge: 18.984
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Welchen Sinn ergibt eine solche Berechnung und wie realitätsnah ist sie? Wäre messen nicht einfacher?
kaliumcyanid ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 20.04.2018, 03:03   #3   Druckbare Version zeigen
imalipusram  
Mitglied
Beiträge: 6.475
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Zitat:
Zitat von Testpilot Beitrag anzeigen
Dazu saugt die Maschine über ein Gebläse Raumluft an, erhitzt diese und drückt sie anschließend erhitzt durch die Geschirrkammer. Die warme, feuchte Luft wird anschließend wieder in den Raum gegeben.
Du hast 2 Systeme, die miteinander in einer Beziehung stehen. Der Raum hat ein Volumen, eine bestimmte Menge Wasser(dampf), eine Temperatur,... . Die Spülmaschine auch.
__________________
I solemnly swear that I'm up to no good!
伍佰 (WuBai - Run run run!) (ein Musikvideo mit dem Bambushaus und dem imalipusram unter den Statisten)
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Und so gehts hier manchmal zu (sowas Ähnliches wie Fronleichnam, hier wird TuDiGong, dem Erdgott, tüchtig eingeheizt!) Oder so (auch ungeeignet für Gefahrstoffphobiker) und so und so.
imalipusram ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 20.04.2018, 08:45   #4   Druckbare Version zeigen
Testpilot Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Zitat:
Zitat von kaliumcyanid Beitrag anzeigen
Welchen Sinn ergibt eine solche Berechnung und wie realitätsnah ist sie? Wäre messen nicht einfacher?
Der Sinn ist der, dass aus den Messwerten (also ja, es wird gemessen), von Raum- und Kammerfeuchtigkeit eine Prognose abgeleitet werden soll, wann es Trocken ist, also wann sich beide Feuchtigkeiten auf bspw. 1% angenähert haben.
Dazu muss man dann eben berechnen...
Testpilot ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 20.04.2018, 08:45   #5   Druckbare Version zeigen
Testpilot Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Zitat:
Zitat von imalipusram Beitrag anzeigen
Du hast 2 Systeme, die miteinander in einer Beziehung stehen. Der Raum hat ein Volumen, eine bestimmte Menge Wasser(dampf), eine Temperatur,... . Die Spülmaschine auch.
Ja... Soweit war ich auch schon
Doch z.B. kann im Vorfeld keine Annahme über den Raum gestellt werden, weil die Maschine prinzipiell ja überall stehen kann, von der Miniküche bis hin zur Großküche oder gar theoretisch draußen auf ner Terrasse, dazu kann das Fenster offen oder geschlossen sein etc., dh. alles ist da möglich und wird einzig über den Verlauf der Feuchtigkeit am Einsaugstutzen der Maschine "ermittelt".

Geändert von Testpilot (20.04.2018 um 08:57 Uhr)
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Alt 20.04.2018, 09:25   #6   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
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Beiträge: 5.490
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

So, jetzt bewegen wir uns mal weg vom Ingenieurwesen und hin zur Realität (that´s why my Boss hates Engeneers):

Nehmen wir mal die Aufgabenstellung und schauen uns das System an: Luftfeuchte in der Spülmaschine: 100%, Restwasser in der Maschine 0 g. Wow! Das will ich mal hinkriegen. Klappe auf und trockenes Geschirr rausnehmen! Fäddisch.

Nun nähern wir uns mal dem intendierten Lösungsansatz und behaupten, der User macht die Spülmaschine erstt dann auf, wenn die Feuchtigkeit in der Maschine identisch mit der in der Umgebung ist. Aufgrund des mathematischen Ansatzes werden wir feststellen, dass sich die Feuchte in der Spülmaschine immer weiter abbsenkt, sie aber nie auf den gleichen Wert wie im Raum kommen wird, weil sie immer infinitesimal größer sein wird. (Ein Horror wäre es natürlich, wenn irgend ein Trottel auf einmal die Küchentüre aufmacht und eine nicht näher definierte Menge Frischluft in den Raum lässt.)

Jetzt bräuchte man also mal einen Grenzwert, bei dem der Vorgang abgebrochen wird. Dann könnte man als nchstes überlegen, ob der Austauschvorgang Schrittweise oder kontinuierlich verläuft. Im ersten Falle wäre die Frage, ob man bis zu einer Gleichgewichsteinstellung wartet, im zweiten Fall wäre eine Austauschrate interessant...

Außerdem: Das Problem beim Trocknen in der Spülmaschine ist, dass an einigen Stellen noch Wasser steht.
__________________
Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 20.04.2018, 10:26   #7   Druckbare Version zeigen
Testpilot Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Zitat:
Zitat von Cyrion Beitrag anzeigen
So, jetzt bewegen wir uns mal weg vom Ingenieurwesen und hin zur Realität (that´s why my Boss hates Engeneers):

Nehmen wir mal die Aufgabenstellung und schauen uns das System an: Luftfeuchte in der Spülmaschine: 100%, Restwasser in der Maschine 0 g. Wow! Das will ich mal hinkriegen. Klappe auf und trockenes Geschirr rausnehmen! Fäddisch.

Nun nähern wir uns mal dem intendierten Lösungsansatz und behaupten, der User macht die Spülmaschine erstt dann auf, wenn die Feuchtigkeit in der Maschine identisch mit der in der Umgebung ist. Aufgrund des mathematischen Ansatzes werden wir feststellen, dass sich die Feuchte in der Spülmaschine immer weiter abbsenkt, sie aber nie auf den gleichen Wert wie im Raum kommen wird, weil sie immer infinitesimal größer sein wird. (Ein Horror wäre es natürlich, wenn irgend ein Trottel auf einmal die Küchentüre aufmacht und eine nicht näher definierte Menge Frischluft in den Raum lässt.)

Jetzt bräuchte man also mal einen Grenzwert, bei dem der Vorgang abgebrochen wird. Dann könnte man als nchstes überlegen, ob der Austauschvorgang Schrittweise oder kontinuierlich verläuft. Im ersten Falle wäre die Frage, ob man bis zu einer Gleichgewichsteinstellung wartet, im zweiten Fall wäre eine Austauschrate interessant...

Außerdem: Das Problem beim Trocknen in der Spülmaschine ist, dass an einigen Stellen noch Wasser steht.
Hi Cyrion,

hier geht es um eine mehr oder weniger mathematische Frage mit verfahrenstechnischem Bezug. Das was du schreibst steht quasi so schon in dem Eröffnungspost und hilft daher nicht weiter in Bezug auf die konkrete Frage. An dieser Stelle möchte ich aber nochmals betonen, dass es sich um einen kontinuierlichen Prozess handelt, d.h. das Gebläse ist während der Trocknung dauerhaft an und bläst somit erhitzte Raumluft durch die Maschine. Abgebrochen wird natürlich nach einer gewissen Annäherung, also einem Grenzwert von bspw. 1% Unterschied zwischen beiden absoluten Feuchtigkeiten.

Aber das sind praktische Fragen, die hier keine so tiefe Rolle spielen sollen - ich suche nach einer Lösung, die die oben bereits angegebene Formel zum Abklingen der Feuchtigkeit um die Veränderung der Eingangsfeuchte erweitert.

Zur Verdeutlichung hier mal noch eine Grafik: siehe Anhang bzw hier


Im rechten Diagramm, was mit einem übertriebenen Anstieg der Zuluftfeuchte berechnet wurde, um die Problematik besser zu verdeutlichen, ist zu sehen, dass die Abluftfeuchtigkeit (blau) nach dem Durchlaufen des Minimums bei ca. 40 Zeiteinheiten wieder Ansteigt, obwohl noch eine Differenz zwischen Zu-und Abluftfeuchtigkeit ist, diese also dennoch noch sinken müsste bis sich beide tatsächlich annähern bzw. erreichen. Dies ist das Grundproblem, um das es hier geht... Also eine verbesserte Formel der oben angegebenen zu finden, die nicht dazu führt dass die Abluftfeuchte steigt, obwohl noch eine Differenz und damit "Triebkraft" zwischen Zu-und Abluft besteht.

Angehängte Grafiken
Dateityp: jpg bspw.JPG (62,2 KB, 8x aufgerufen)
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Alt 20.04.2018, 10:51   #8   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
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Beiträge: 5.490
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Ich würde nicht mit der Summe diverser Luftfeuchten rechnen, sondern mit der Differenz, die sich aus den Luftfeuchten ergibt:

"Verlust" der Feuchte in der Maschine = Differenz Raumfeuchte zu Maschinenfeuchte. Den Endzustand kann man ja vergleichsweise einfach über die Wassermenge im Gesamtvolumen berechnen.

Du musst also zwei Kurven haben, die sich dem Gleichgewichtswert nähern. Setzt man eine instantane Vermischung von Raumluft und Maschinenluft voraus, dann sind beide Kurven miteinander gekoppelt.
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Alt 20.04.2018, 14:23   #9   Druckbare Version zeigen
Testpilot Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 17
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Zitat:
Zitat von Cyrion Beitrag anzeigen
Ich würde nicht mit der Summe diverser Luftfeuchten rechnen, sondern mit der Differenz, die sich aus den Luftfeuchten ergibt:

"Verlust" der Feuchte in der Maschine = Differenz Raumfeuchte zu Maschinenfeuchte. Den Endzustand kann man ja vergleichsweise einfach über die Wassermenge im Gesamtvolumen berechnen.

Du musst also zwei Kurven haben, die sich dem Gleichgewichtswert nähern. Setzt man eine instantane Vermischung von Raumluft und Maschinenluft voraus, dann sind beide Kurven miteinander gekoppelt.
Das würde ich mal probieren und kann schon zur Lösung des Problems beitragen, klar, danke schonmal
Wenn du oder jemand noch eine direkte Lösung hat wäre ich natürlich auch dankbar...
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Alt 23.04.2018, 08:57   #10   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.490
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Ich hab promoviert! Ich werde dafür bezahlt den Weg aufzuweisen und nicht dafür, ihn zu beschreiten!

Scherz beiseite:
Wenn Du eine derartige Aufgabe kriegst, dann erwartet der Lehrer/Dozent/etc., dass Du die Aufgabe selbständig lösen kannst. Wenn Du das nicht kannst, dann können wir Dir gerne aus unserem Erfahrungsschatz heraus Tipps geben. Je mehr Tipp desto weniger lernst Du. Es ist also in Deinem Interesse, möglichst viel alleine zu machen.
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Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 23.04.2018, 09:14   #11   Druckbare Version zeigen
Testpilot Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 17
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Zitat:
Zitat von Cyrion Beitrag anzeigen
Ich hab promoviert! Ich werde dafür bezahlt den Weg aufzuweisen und nicht dafür, ihn zu beschreiten!

Scherz beiseite:
Wenn Du eine derartige Aufgabe kriegst, dann erwartet der Lehrer/Dozent/etc., dass Du die Aufgabe selbständig lösen kannst. Wenn Du das nicht kannst, dann können wir Dir gerne aus unserem Erfahrungsschatz heraus Tipps geben. Je mehr Tipp desto weniger lernst Du. Es ist also in Deinem Interesse, möglichst viel alleine zu machen.
Hallo Cyrion,

ich bin selber am promovieren und war selber schon so weit, den Weg aufzuweisen und brauche daher Hilfe beim beschreiten, da ich nicht im Mathematik promoviere...

Hier gibt es also keinen Lehrer und keinen Dozenten, der mir die Aufgabe gegeben hat (eher nur einen Oberlehrer im Forum )sondern nur mich und mein Problem, um dessen Hilfe ich gebeten habe - ein ganz normaler Weg, denn nichts wird ausschließlich im stillen Kämmerchen erdacht - das müsstest du sicher bestätigen können.

Ich würde hier jetzt gern weg von einer allgemeinen Diskussion über Gott und die Welt hin zum Thema kommen. Vielleicht hat ja noch jemand vertiefte mathematische Kenntnisse die er beitragen kann, das würde wirklich weiterhelfen.

Danke
Testpilot ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.04.2018, 13:35   #12   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.424
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

In einer Trocknungskurve gibt es in der Regel recht sauber definierte Trocknungsabschnitte (konstante Trocknungsgeschwindigkeit - kritischer Feuchtegehalt - Diffusion in porösen Strukturen - Kühlgrenztemperatur - Feuchtkugeltemperatur - Kühlgrenztemperatur), diese Informationen benötigen Sie.
Im ersten Trocknungsabschnitt ist die Luftfeuchte, Temperatur und Anströmgeschwindigkeit für die Trocknungsgeschwindigkeit maßgeblich.
Den Wert der Trocknungsgeschwindigkeit in X kg/m^2/h können Sie für eine einfache Bilanz zwischen Zuluftfeuchte und Abluftfeuchte verwenden. Im Normalfall ist diese auch nahezu konstant. Bei erhöhter Luftfeuchte im Zustrom wird die Trocknungsgeschwindigkeit etwas kleiner. Für eine halbwegs sinnvolle Berechnung siehe z.B. Elemente der Chemie-Ingenieur-Technik: Wissenschaftliche Grundlagen und Arbeitsvorgänge der chemisch-technologischen Apparaturen
Walther L. Badger, Warren L. McCabe, NA Kutzner, Springer-Verlag.
Gut strukturiert ist auch das VDMA-Einheitsblatt 24351, Trocknungstechnik mit entsprechenden Bilanzierungshinweisen.
safety ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.04.2018, 13:43   #13   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.490
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

So, wie ich die Aufgabe bisher verstehe, geht es weniger um die Trocknung (Entfernung von kondensertem Wasser), sondern um die Entfernung feuchter Luft, also einfach um Austausch von Gas.

Sonst wäre ja zumindest mal die Menge kondensierten Wassers angegeben.
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Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 23.04.2018, 15:08   #14   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.424
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Zitat:
Zitat von Cyrion Beitrag anzeigen
So, wie ich die Aufgabe bisher verstehe, geht es weniger um die Trocknung (Entfernung von kondensertem Wasser), sondern um die Entfernung feuchter Luft, also einfach um Austausch von Gas.
Zitat:
Zitat von Testpilot Beitrag anzeigen
für ein Projekt sollen wir den Trocknungsverlauf in einer Spülmaschine analytisch berechnen. Die Trocknung geht dabei so von statten: 1. Heißes Wasser erhitzt das Geschirr am Ende auf 2. Das Wasser wird abgelassen 3. Die Trocknung wird gestartet: Dazu saugt die Maschine über ein Gebläse Raumluft an, erhitzt diese und drückt sie anschließend erhitzt durch die Geschirrkammer. Die warme, feuchte Luft wird anschließend wieder in den Raum gegeben.
Ginge es nur um die Verdrängung einer feuchten Gasphase, wäre das Problem trivial zu lösen.
safety ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.04.2018, 15:25   #15   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.490
AW: Trocknungsverlauf berechnen / prognostizieren

Jeps. Also fast trivial, weil ja der Endzustand und Verlauf in Abhängigkeit von der angehobenen Raumluftfeuchte berechnet werden soll (zumindest habe ich den Temenersteller so verstanden).

Für alles andere fehlen alle Angaben.

Aber vielleicht ist das so eine "Einführungsaufgabe" in einen neuen Themenbereich á la: "Setzt Euch mal hin und arbeitet eine Gleichung aus, damit Ihr Euch schon mal ein paar Gedanken zu dem Problem gemacht habt."
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berechnung, spülmaschine, trocknung, verlauf

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