Thomas
Buchwald
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Wissenschaftlicher Mitarbeiter
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09599 Freiberg
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Forschungsthemen

Nichtlineare Anpassung von Kuchenfiltrationsdaten

Aus der alltäglichen Arbeit mit experimentellen Kuchenfiltrationsdaten bei konstanter Druckdifferenz ist die Erfahrung gewachsen, dass eine Vielzahl von Problemen durch die klassischen Auswertung durch die Auftragung im linearisierten t/V-V-Diagramm (vgl. VDI 2762 Blatt 2) entstehen. Einige dieser Probleme können durch eine gezielte Bearbeitung der Daten behoben werden, die jedoch sehr zeitaufwendig und sehr subjektiv ist.

Diagramme von Anpassungen eines Kuchenfiltrationsexperiments mit jeweils dazugehörigen Residuendiagrammen

Eine sinnvolle Alternative ist die Anpassung von Kuchenfiltrationsexperimenten an die nichtlineare Funktion des Filtratvolumens in Abhängigkeit der Zeit. Dabei zeigt sich dass eine Vielzahl an Problemen mit Filtrationsexperimenten direkt durch den Einsatz der nichtlinearen Anpassung gelöst werden. Weitere Probleme, die durch Abweichungen des Experiments von der Modellverstellung entstehen, können durch eine gezielte Untersuchung der Residuen, Überlagerung zusätzlicher Prozessmodelle sowie durch Analyse von größeren Datensätzen identifiziert werden.

Folien einer Präsentation, die im März 2021 bei der Tagung der ProcessNet-Fachgruppe MFA gehalten wurde, finden Sie hier. Ein auf diesem Vortrag aufbauendes Poster ist hier hinterlegt. Eine Dissertation zum Thema befindet sich derzeit in Arbeit.

Durchströmung von Haufwerken

Klassischerweise wird der Zusammenhang zwischen Anströmgeschwindigkeit und Druckverlust bei der Durchströmung eines Haufwerks bzw. einer porösen Schicht durch die Kozeny-Carman-Gleichung (laminare Strömung) und die erweiterte Ergun-Gleichung (nichtlaminare Strömung) beschrieben. Abweichungen der experimentellen Daten von den berechneten Werten werden durch Anpassungsfaktoren gelöst. Dabei wird in der Regel außer Acht gelassen, dass es gute Gründe für eine Abweichung des Experiments von der durch Josef Kozeny geprägten Modellvorstellung geben kann.

Ein Aufsatz zum Thema der Verwendung der korrekten spezifischen Oberfläche in der Ergun-Gleichung ist 2020 in der Powder Technology erschienen. DOI: 10.1016/j.powtec.2020.03.028


Bearbeitete Projekte

Design und Prozessverhalten von Vliesstoff-Gewebe-Verbunden für die Fest-Flüssig-Filtration am Beispiel der Rückspülfiltration

In den Arbeiten im IGF-Projekt 18528 BR (s.u.) wurden hydrodynamisch verfestigte Vliesstoff-Gewebe-Verbunde als potentiell geeignete Filtermedien für den Einsatz in Automatikfiltern identifiziert. Diese Verbundmaterialien sollen hinsichtlich ihrer Filtrationseigenschaften untersucht werden. Dies geschieht mithilfe des im vorangegangenen Projekts realisierten experimentellen Rückspülfilterversuchstands.

Mit der Bearbeitung des Projekts wurde im Januar 2020 begonnen. Eine Projektbeschreibung findet sich hier.

Einsatzerweiterung der Rückspülfiltration zur Abtrennung feinster partikulärer Verunreinigungen

Die Rückspül­fil­tra­tion findet vor allem in der Reinigung großer Volu­mina von Prozess­wässern (z.B. in der Gal­va­nisierung, Ballast­wasser, etc.) Anwendung, die nur minimal mit Fest­stoff beladen sind. Im AiF-Vor­haben 18528 BR wurden Filter­mate­ria­lien zur Abschei­dung von Partikeln mit Korn­grö­ßen < 20 µm erprobt. Insbesondere die Ab­rei­nig­bar­keit ist beim Ein­satz von Rück­spül­fil­tern wichtig, da diese idealer­weise eine un­end­liche Stand­zeit bei einem statio­nären Betriebs­verhalten erreichen sollen. Um verschiedene Filtermedien hinsichtlich spezifischem Durchsatz, Trennkorngröße, dynamischer Belastbarkeit u.v.m. charakterisieren zu können, wurde eine Versuchsanlage entwickelt und gebaut.

Das Projekt endete im Dezember 2019. Der Schlussbericht befindet sich hier. Ein Poster zur Bewertung des Verblockungsverhaltens von Filtermedien für die Klärfiltration befindet sich hier.


Werdegang

  • bis 2009: Abitur am Rudolf-Hildebrand-Gymnasium in Stendal
  • von 2010 bis 2011: Wehrdienst in Faßberg in der 4. LfzTAbt 102
  • von 2011 bis 2015: Bachelorstudium „Nachhaltige Energie- und Umwelttechnologien″ mit Vertiefung in der Energie- und Verfahrenstechnik an der Hochschule Bremerhaven
  • von 2015 bis 2016: Masterstudium „Process Engineering and Energy Technology″ an der Hochschule Bremerhaven
  • ab Oktober 2016: Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik der TU Bergakademie Freiberg