@phdthesis{Gehrmann2006,
  author    = {Gehrmann, Hans-Joachim},
  title     = {Mathematische Modellierung und experimentelle Untersuchungen zur Pyrolyse von Abf{\"a}llen in Drehrohrsystemen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.772},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20060806-8119},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2006},
  abstract  = {F{\"u}r die Optimierung eines bereits bestehenden Prozesses, z.B. im Hinblick auf den maximal m{\"o}glichen Durchsatz bei gleich bleibender Qualit{\"a}t der Pyrolyseprodukte oder f{\"u}r die Einstellung der Betriebsparameter bei einem unbekannten Einsatzstoff, kann ein mathematisches Modell eine erste Absch{\"a}tzung f{\"u}r die Einstellung betrieblicher Parameter, wie z.B. Temperaturprofile im Gas und Feststoff, geben. Dar{\"u}ber hinaus kann man mit einem Modell f{\"u}r neu zu konzipierende Anlagen konstruktive Parameter ermitteln oder {\"u}berpr{\"u}fen. In dem hier dargestellten vereinfachten Modellansatz werden u. a. die Umsatzvorg{\"a}nge f{\"u}r ein Partikelkollektiv mit Hilfe von Summenparametern aus Untersuchungen an einer Thermowaage und erg{\"a}nzend im Drehrohr ermittelt. Das Prozessmodell basiert auf einem Reaktormodell, das das Verweilzeitverhalten des Einsatzstoffes im Reaktor beschreibt und einem Basismodell, bestehend aus Massen- und Energiebilanzen f{\"u}r Solid und Gas sowie Ans{\"a}tzen zur Trocknung und zum Umsatz. Im Hinblick auf die Verf{\"u}gbarkeit von stoffspezifischen Daten von Abf{\"a}llen sind insbesondere zur Berechnung des Verweilzeitverhaltens und des Umsatzes im Heißbetrieb vereinfachende Ans{\"a}tze durch die Bildung von Summenparametern hilfreich. Das Prozessmodell wurde schrittweise validiert: Zun{\"a}chst wurde in Kaltversuchen ein Summenparameter, der u.a. die unbekannten Reibungsverh{\"a}ltnisse im Drehrohr ber{\"u}cksichtigt, durch Vergleich von Experiment und Rechnung f{\"u}r Sand ermittelt. F{\"u}r heterogene Abfallgemische kann dieser Materialfaktor zwar f{\"u}r Kaltversuche bestimmt werden (soweit dies f{\"u}r Abf{\"a}lle m{\"o}glich ist), im Heißbetrieb {\"a}ndern sich jedoch alle wesentlichen Stoffparameter wie Partikeldurchmesser, Sch{\"u}ttdichte und Sch{\"u}ttwinkel sowie die Reibungsverh{\"a}ltnisse. F{\"u}r diesen Fall wird der Materialfaktor zu Eins gesetzt und die wesentlichen Stoffgr{\"o}ßen umsatzabh{\"a}ngig modelliert. Dazu ist die Kenntnis der Sch{\"u}ttdichten, statischen Sch{\"u}ttwinkel und mittleren Partikeldurchmesser vom Abfall und Koks aus dem Abfall notwendig. Die mit diesen Stoffdaten berechnete Verweilzeit wurde in einem Heißversuch bei der Pyrolyse von Brennstoff aus M{\"u}ll- (BRAM) Pellets mit einem Fehler von ca. 20 \% erreicht. Das Basismodell wurde zun{\"a}chst ohne Umsatz an Messergebnisse mit Sand im Drehrohr unter Variation von Temperaturen und Massenstrom angepasst bevor mit diesem Modell die Pyrolyse von einem homogenen Einsatzstoff (Polyethylen mit Sand) im Drehrohr berechnet wurde. Hier konnte bereits gezeigt werden, dass mit diesem vereinfachten Modellansatz gute Ergebnisse beim Vergleich von Modell und Experiment erzielt werden k{\"o}nnen. Im n{\"a}chsten Schritt wurde der Sand angefeuchtet, um die Teilmodelle der Trocknung unterhalb und bei Siedetemperatur zu validieren. Die Mess- und Modellierungsergebnisse stimmen gut miteinander {\"u}berein. F{\"u}r ein Abfallgemisch aus BRAM-Pellets konnte der Verlauf der Solidtemperaturen unter der Ber{\"u}cksichtigung variabler Stoffwerte des Solids und eines Verschmutzungsfaktors, der den Belag des Drehrohres mit anklebendem Pellets bis zur Verkokung ber{\"u}cksichtigt, gut wiedergegeben werden. Die Gastemperaturen k{\"o}nnen in erster N{\"a}herung ausreichend genau durch das mathematische Modell beschrieben werden. Mit diesem vereinfachten mathematischen Modellansatz steht nun ein Hilfsmittel zur Auslegung und Optimierung von indirekt beheizten Drehrohren zur Verf{\"u}gung, um bei einem neuen Einsatzstoff mit Daten aus experimentellen Basisuntersuchungen, die Temperaturverl{\"a}ufe im Feststoff und Gas sowie die Gaszusammensetzung in Abh{\"a}ngigkeit der wesentlichen Einflussgr{\"o}ßen abzusch{\"a}tzen.},
  subject      = {Pyrolyse},
  language  = {de}
}