Qucosa – Hemholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
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Umweltgerechte Prozessführung und Zustandserkennung in Chemieanlagen mit neuronalen Netzen - Teilvorhaben 2: Konzipierung und Erprobung des Zustandserkennungsverfahrens
Get PDFIm Rahmen des Teilvorhabens wurde ein Online-Monitoring-System für stark exotherme Reaktionen entwickelt, das das Bedienungspersonal bei der optimalen und umweltgerechten Prozessführung von komplexen oder sicherheitstechnisch schwierigen Semibatch-Prozessen in Rührkesselreaktoren (Batch-Reaktoren) unterstützen soll. Das Monitoring-System (MoSys) basiert auf dimensionslosen Stoff- und Wärmebilanzen mit adaptiven Komponenten. MoSys muss zuerst mit den Prozessdaten von normalen und unerwünschten Batch-Verläufen angelernt werden, die im Miniplant unter den Bedingungen des Industrieprozesses durchgeführt wurden. Die Adaption der Bilanzmodelle an die Zielanlage erfolgt durch zweischichtige Perceptron-Netze. Um eine vollständige Maßstabsübertragung zu gewährleisten, sollte MoSys mit Prozessdaten von mindestens einem normalen Batch-Verlauf in der Chemieanlage angepasst und validiert werden. MoSys wurde sowohl für eine homogene exotherme Veresterungsreaktion als auch für einen komplexen heterogenen exothermen Hydrierprozess konzipiert. Experimentelle Tests wurden für die Veresterung in einer Pilotanlage und für die Hydrierung in einer industriellen Chemieanlage durchgeführt. Zur Industrieerprobung wurde MoSys in ein Batch-Informations-Management-System (BIMS) integriert, das auch entwickelt und in das Prozessleitsystem (PLS) einer Mehrzweckanlage im Feinchemie-Werk Radebeul (Degussa AG) implementiert wurde. Dadurch konnten die MoSys-Ausgaben simultan mit wichtigen Prozesssignalen auf den Terminals des PLS visualisiert werden. Zum Beispiel werden der Hydrierungsfortschritt, das vorhergesagte Reaktionsende und die Konzentrationsverläufe des Edukts, Zwischenprodukts und Produkts auf den Terminals der Operatorstationen angezeigt. Wenn unerwünschte Betriebszustände auftreten, wird das Bedienungspersonal frühzeitig alarmiert und Anweisungen für Gegenmaßnahmen, die nur vom Operator ausgeführt werden dürfen, werden auf den Terminals angezeigt. Die Leistungsfähigkeit von MoSys/BIMS konnte während zweier Hydrierungs-Produktionskampagnen nachgewiesen werden
Wechselwirkungen der Hüllproteine von Bakterien aus Uranabfallhalden mit Schwermetallen
Get PDFHüllproteinschichten (S-Layer) sind Protein- oder Glykoproteinschichten auf der Oberfläche vieler Bakterien und Archaea. Sie können als Gitter mit schräger, tetragonaler oder hexagonaler Symmetrie vorliegen. Die Funktion dieser äußersten Zellwandkomponente ist nicht einheitlich und nur teilweise näher untersucht. So können diese zum Beispiel als Schutzhülle, Molekularsieb oder Ionenfalle fungieren oder der Formerhaltung dienen. In neueren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass die Hüllproteinschichten verschiedene Metalle binden und in einigen Fällen die Bildung von Nanoclustern ermöglichen. Unter den Aspekten der Wechselwirkungen von Hüllproteinen mit Schwermetallen und der Entwicklung möglicher Bioremediationsverfahren auf der Basis immobilisierter Biokomponenten wurden Hüllproteine von Bakterien untersucht, die von Schwermetall und Radionuklid belasteten Umgebungen isoliert wurden. Dazu wurde ein Hüll-protein eines Bakteriums aus einer Uranabfallhalde isoliert und strukturell sowie molekularbiologisch analysiert. Im Rahmen der vorgelegten Arbeit wurden mehrere Haldenisolate der Gattung Bacillus hinsichtlich der Existenz von Hüllproteinen untersucht. Dies erfolgte mit Hilfe einer neu entwickelten Methode zum schnellen Nachweis von Hüllproteinen auf Gram-positiven Bakterien. Dabei wird das Peptidoglycan der Zellwand mit Lysozym verdaut und auf diese Weise die Proteinschicht von der Zellwand gelöst. Die freien Schichten können somit im Transmissionselektronenmikroskop oder Atomkraftmikroskop direkt nachgewiesen werden. Es wurde gefunden, dass nur das Isolat Bacillus sphaericus JG-A12 eine Hüllproteinschicht mit tetragonaler Symmetrie und einer Gitterkonstante von 12,5 nm besitzt. Die (135±5) kDa schweren Hüllproteinmonomere sind nicht glykosyliert, weisen aber zwei verschieden stabil gebundene Phosphorspezies auf. Mittels molekularbiologischer Analysen konnten Teile der Hüllproteingene von B. sphaericus JG-A12 (Base 1 bis 1497 des strukturkodierenden Teils des Gens) und des nächst verwandten Referenzstamms B. sphaericus NCTC 9602 (Base 1 bis 579 des strukturellen Teils des Gens) entschlüsselt werden. Beide Hüllproteine besitzen N-terminal drei S-Layer homologe Domänen und weisen in den Aminosäuren 1-182 nur sehr geringe Identitäten zu bereits entschlüsselten Hüllproteinen anderer B. sphaericus Stämme auf. Dem gegenüber ergeben sich hohe Identitäten für die Aminosäuren 183-320 für Hüllproteine mit tetragonaler Symmetrie (Hüllproteine der B. sphaericus Stämme P-1 und CCM 2177) und sehr niedrige für das Hüllprotein mit schräger Symmetrie (Hüllprotein von B. sphaericus WHO 2362). Im Hinblick auf katalytische Anwendungen oder der Entwicklung von Bioremediationsverfahren auf der Basis immobilisierter Biokomponenten wurden die Wechselwirkungen von Hüllproteinen mit verschiedenen Metallen untersucht. Es konnten direkte Wechselwirkungen von Palladium, Platin und Uran mit den Hüllproteinen von B. sphaericus JG-A12 und NCTC 9602 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen für beide Proteine eine Komplexierung von Platin über CO- und NH-Gruppen der Peptidbindungen und über COOH- und OH-Gruppen. Das Hüllprotein von B. sphaericus JG-A12 komplexiert Palladium über NH-Gruppen der Peptidbindung und COOH-Gruppen, während das von B. sphaericus NCTC 9602 Palladium sowohl über CO-Gruppen der Peptidbindungen als auch über COOH- und OH-Gruppen bindet. Die Komplexierung von Uran erfolgt vorrangig über NH-Gruppen der Peptidbindungen aber auch über OH- sowie zwei verschiedene PO4-Gruppen. Um eine Anwendung der metallbindenden Eigenschaften von Hüllproteinen im Rahmen von Bioremediationsprozessen zu ermöglichen, wurden diese mittels Sol-Gel-Technik in einer SiO2-Matrix immobilisiert und die Sorption und Desorption von Uran und Kupfer untersucht. Zum Vergleich wurden intakte Zellen und Sporen immobilisiert und in die Untersuchungen mit einbezogen. Die biologisierten Keramiken (Biocere) binden 2,7-42fach mehr Uran und Kupfer als andere zur Sanierun..
Institute of Ion Beam Physics and Materials Research: Annual Report 2001
Get PDFSummary of the scientific activities of the institute in 2001 including selected highlight reports, short research contributions and an extended statistics overview
Generation of a High Temperature Material Data Base and its Application to Creep Tests with French or German RPV-steel
Get PDFConsidering the hypothetical core melt down scenario for a light water reactor (LWR) a possible failure mode of the reactor pressure vessel (RPV) and its failure time has to be investigated for a determination of the loadings on the containment. Numerous experiments have been performed accompanied with material properties evaluation, theoretical, and numerical work /REM 1993/, /THF 1997/, /CHU 1999/. For pre- and post-test calculations of Lower Head Failure experiments like OLHF or FOREVER it is necessary to model creep and plasticity processes. Therefore a Fi-nite Element Model is developed at the FZR using a numerical approach which avoids the use of a single creep law employing constants derived from the data for a limited stress and temperature range. Instead of this a numerical creep data base (CDB) is developed where the creep strain rate is evaluated in dependence on the current total strain, temperature and equivalent stress. A main task for this approach is the generation and validation of the CDB. Additionally the implementation of all relevant temperature dependent material properties has been performed. For an evaluation of the failure times a damage model according to an approach of Lemaitre is applied. The validation of the numerical model is performed by the simulation of and com-parison with experiments. This is done in 3 levels: starting with the simulation of sin-gle uniaxial creep tests, which is considered as a 1D-problem. In the next level so called "tube-failure-experiments" are modeled: the RUPTHER-14 and the "MPA-Meppen"-experiment. These experiments are considered as 2D-problems. Finally the numerical model is applied to scaled 3D-experiments, where the lower head of a PWR is represented in its hemispherical shape, like in the FOREVER-experiments. This report deals with the 1D- and 2D-simulations. An interesting question to be solved in this frame is the comparability of the French 16MND5 and the German 20MnMoNi55 RPV-steels, which are chemically nearly identical. Since these 2 steels show a similar behavior, it should be allowed on a lim-ited scale to transfer experimental and numerical data from one to the other
Analytical Description of Brittle-to-Ductile Transition in bcc Metals. Nucleation of dislocation loop at the crack tip
Get PDFNucleation of dislocation loop at the crack tip in a material subjected to uniaxial loading is investigated. Analytical expression for the total energy of rectangular dislocation loop at the crack tip is found. Depencence of the nucleation energy barrier on dislocation loop shape and stress intensity factor at the crack tip is determined. It is established that the energetic barrier for nucleation of dislocation loop strongly depends on the stress intensity factor. Nucleation of dislocation loop is very sensitive to stress field modifiers (forest dislocations, precipitates, clusters of point defects, etc.) in the crack tip vicinity
Röntgen-Tomographie mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Schweißanlage
Get PDFEine vorhandene Elektronenstrahl-Schweißanlage soll mit geringstem technischen Zusatzaufwand zur Röntgen-Tomographie eingesetzt werden. Im Vakuum der Schweißanlage werden dafür neben einer geeigneten Anode für den Elektronenstrahl nur eine einfache Vorrichtung zum Drehen des Untersuchungsobjektes und insbesondere nur ein einziger Detektor für die Röntgenstrahlung untergebracht. Die zur tomographischen Bildrekonstruktion benötigte Information soll allein aus der Messgröße dieses Detektors gewonnen werden
Entwicklung und Erprobung einer Schnittstelle zwischen der Messdatenerfassungs- und Automatisierungssoftware DIAdem von National Instruments und der Wasser/Dampf Stoffwertedaten-Unterbibliothek Libl97
Get PDFThe Institute of Safety Research (IfS) of the Forschungszentrum Rossendorf (FZR) e.V. is constructing a new large-scale multipurpose test facility TOPFLOW (Transient Two Phase Flow Test Facility). This facility will be probably put into operation in the next two months. For an effective evaluation of the start up experiments and the acceptance trials against the vendors FZR starts with the preparation of automated software tools for the measurement data logging and automation software DIAdem, which is distributed by National Instruments (NI). In a first step an interface for the coupling of a water/steam material property library LiblF97 of the university of applied science Zittau/Görlitz was developed. This report describes the programming of the General Control Interface (GPI) and its coupling with DIAdem. Additionally the capability of this coupling in connection with autosequences for data evaluation was investigated. Further on effective methods for the TOPFLOW data evaluation were demonstrated and tested against a concrete example. Currently no TOPFLOW data are available. Therefore one selected NOKO experiment was evaluated and first practical experiences were collected. Even this example is easy understandable and clearly seen, it contains every step, which is necessary for the TOPFLOW data evaluation. This contains the opening of files, determination of water/steam material properties with the Dynamic-Link-Library LibIF97.dll, the linkage of different data channels and the generation of layouts for graphics and reports. The tools presented in this report are an important steps for the evaluation of the experimental data of TOPFLOW. These tools will be adapted now for the assessment of the acceptance trails. Further on now the generation of the automated software sequences for the first scientific tests are developed