Search

Die vorliegende Arbeit beschreibt einen hybriden Ansatz, der numerische Methoden mit Fuzzy-Systemen für die Beschreibung des Proteinfoulings bei der Erhitzung von Milch kombiniert. Zur Modellvalidierung werden aus dem Prozessleitsystem einer Industrieanlage zur Milcherhitzung gewonnene Prozessparameter (Temperatur, Druck) herangezogen und hinsichtlich des Foulings untersucht. Der numerische Teil des Numero-Fuzzy-Hybrids setzt ein Finite-Volumen-Modell ein. Modellansätze und –daten für das Produkt (Milch) entstammen der Literatur. Die Integration des in einer Vielzahl von in der Literatur genannten Experimenten gewonnenen qualitativen Wissens über die Milchansatzbildung wird über Fuzzy-Systeme integriert. Ein Ansatz zur Untersuchung der Sensitivität der eingesetzten Fuzzy-Systeme, der auf einer differenzierbaren Approximation dieser beruht, wird vorgestellt. The work describes a hybrid approach combining numerical methods with fuzzy-systems for the description of fouling during the heating of milk. For model validation process parameters (temperature, pressure) of an industrial milk heating plant are taken from the process control system and studied with respect to fouling. The numerical part of the numero-fuzzy-hybrid uses a finite-volume-model. Approaches and data for modelling the product (milk) are taken from literature. The integration of the qualitative knowledge obtained in numerous experiments being documented in literature is integrated using fuzzy-systems. An approach to study the sensitivity of the implemented fuzzy-systems by means of a differentiable approximation is presented.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der lokalen Beschreibung von Impuls- und Stofftransportphänomenen in Festbett-Bioreaktoren (FBR) mittels numerischer Simulation. Dabei wird die Navier-Stokes Gleichung und die Stofftransportgleichung mit Senkenterm in den drei Raumrichtungen gelöst. Der Senkenterm wird durch die Michaelis–Menten Kinetik repräsentiert und berücksichtigt den Stoffumsatz durch die biologische Aktivität. Die Berechungsergebnisse zeigen, daß ein FBR in vier strömungsmechanisch unterschiedliche Zonen eingeteilt werden kann und die mechanischen Belastungen bei den sehr langsamen Betriebsgeschwindigkeiten nicht ausreichen, die Biomaterie zu schädigen. Weiterhin wird gezeigt daß, besonders bei Biomaterie mit hohen Umsatzgeschwindigkeiten, der Stofftransport und -umsatz im Reaktor im wesentlichen von der Durchströmungsgeschwindigkeit abhängt. Bei einer Erhöhung der Einlaufkonzentration verringert sich der Einfluß der Geschwindigkeit. The thesis describes the impulse- and mass transfer phenomena in a fixed-bed biofilmreactor (FBR) by means of numerical simulation. The flow and solute field is calculated by solving the Navier-Stokes and mass transfer equation with a sink in three co-ordinate directions. The sink is represented by the kinetic approach of Michaelis-Menten in order to account for the solute conversion by biological activity. The results of the calculation show that a FBR can be separated into four different zones with diverse fluiddynamic behaviour. At the low operation velocities of FBR’s the mechanical stress imposed by the fluid is not sufficient to damage the biomass. Furthermore it is shown that for biomass with a high turnover rate the solute transport and conversion strongly depends on the mass flux of solute. With increasing the inflow concentration the influence of fluid velocity is diminished.