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Institut für Chemische VerfahrenstechnikInstitut für Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik

Chemische und Thermische Verfahrenstechnik

Anwendungsfächer in Technischer Kybernetik:

(Prof. Dr.-Ing. Ulrich Nieken)

• Grundlagen der Thermischen Verfahrenstechnik (Hasse, 3V, 2Ü, SS)

• Destillation und Absorption (Hasse, 2V, 1Ü, SS)

• Chemische Reaktionstechnik I (Nieken, 3V, 1Ü, WS)

• Chemische Reaktionstechnik II (Nieken, 2V, WS)

• Physikalisch-Chemische Verfahren (Nieken, 3V, 1Ü, SS)

• Membrantechnik (ICVT, 2V, WS)

• Elektromembran-Anwendungen (ICVT, 2V, SS)

Institut für chemische Verfahrenstechnik

PHYSIKALISCH-CHEMISCHEVERFAHREN MembranentwicklungREAKTIONSTECHNIK

Autoabgaskatalyse- Dreiwegekatalysator

- DeNox-Konzepte- Dieselrußentfernung

Membranverfahren- Membranentwicklung

- Elektrodialyse- Diffusionsdialyse

Brennstoffzellensysteme

Hochtemperatur-Synthesen

Hochtemperatur-Synthesen

Sorptionsverfahren- DruckwechseladsorptionSorptionsverfahren- Druckwechseladsorption

MODELLBILDUNG UNDRECHNERSIMULATION

KINETIK VON TRANSPORT- UND

REAKTIONSPROZESSEN

Sorptionsverfahren: Druckwechseladsorption

Materialien:Zeolithische Adsorbenzien(Molekularsiebe)

Monolithische Adsorbezien:(Dissertation Hammer/IKP)

Druckwechseladsorptionsverfahren:• zur Sauerstoffanreicherung(Dissertation Unger, Lengerer)

• zur Wasserstoffreinigung(Dissertation Stegmeier)

• zur Lufttrocknung(Dissertation Gorbach)

Einsatz strukturierter Materialien bei der Druckwechseladsorption

Einsatz strukturierter Materialien bei der Druckwechseladsorption

PeriodischerAnlagenbetriebPeriodischer

Anlagenbetrieb

Herstellung von Zeolithgefüllten Wabenkörpern Herstellung von Zeolithgefüllten Wabenkörpern

Mikroporöse Materialstruktur

Mikroporöse Materialstruktur

IKT

ICVT

Pressure-Swing Adsorption (PSA)

PSA: 1-Bett Anlage

Tank Tank

Feed Produkt

Abgas

Aufgabenstellung:

• Gestaltung des Adsorbens• Prozeßsimulation• Optimierung des Betriebes• Methoden zur Prozeßauslegung• experimentelle Validierung

Motivation

solution: monolith structure• reduced pressure drop reduced operating costs• thin channel walls fast kinetics• catalyst mechanically fixed no dusting and attrition

D s

Zeolite-filled Polymer Compound

Herstellung hochporöser Adsorbentien

macroscopic structure 4A-particle, SP565-10062

wax+polymer

transport pore

PA-framework

no wax

wax

PSA - dynamics

• sehr träge Konvergenz bei stark zeitintensiver Integration

• Praktikable Definition CSS

Berechnung des zyklisch-stationären Zustandes

CSS und Limitierungen des detaillierten Modells

0 0U F(U )− < ε

Zyklusanzahl

00

0U

F(U

)U

−

Lösungsansätze• Konvergenzbeschleunigung durch Newton-basierte Iterationsschemata• Modellreduktion

Sinnvolle Grenze unklarParameterstudien und

Optimierung nicht zielführend

RPSA - reduced model

direct calculation of CSS

Continuous Countercurrent Model[11] Suzuki (1985)[12] Farooq, Ruthven (1990)

• low concentrated pollutant• short cycle time• slow kinetics• high capacity

slow CSS convergence

almost time invariant loading(frozen solid)

transformation from periodic to fixed BCs holds

3. PSA operation

pellets monoC

h

p 1 p

d 3 mm

∆ = ⋅∆

=

h

pellets monoC

d 1 mmp 5 p=

∆ = ⋅∆

performance: single column RPSA for air drying

Was können sie bei uns lernen ?

interdisziplinäres Arbeiten an Problemlösungen

Institut für chemische Verfahrenstechnik

Entwicklung technischer Verfahren im BereichReaktions-, Adsorptions- und Membranverfahren- grundlagen- oder anwendungsorientiert

Modellerstellung und Simulationstechniken mit - kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, …..)- speziellen Programmcodes

Beurteilungskompetenz für mathematische Modelle

experimentelles Arbeiten an Prototypreaktoren

Vergleich von Simulation und Experiment

Vorlesungen am ICVT

Chemische Reaktionstechnik I Stöchiometrie, Thermodynamik, Kinetik; Idealisierte Reaktormodelle (Rührkessel-, Rohrreaktoren, Festbettreaktoren);Bilazierung und Auslegung von Reaktionsanlagen

Chemische Reaktionstechnik II Modellierung von mehrphasigen Reaktionssystemen; Heterogen katalysierte Gasphasenreaktionen: Einzelkornmodellierung, Reaktormodellierung, neuartige Reaktorkonzepte;Gas-Flüssig-Reaktionen: Stofftransportmodellierung

Physikalisch-Chemische Verfahren Thermodynamische Grundlagen von Mehrkomponentensystemen; Membrantrennverfahren: Umkehrosmose, Pervaporation, Gaspermeation;Gasphasenadsorption: Temperatur-, Druckwechseladsorption;Elektrochemische Verfahren: Ionenaustausch, Elektrolyse, Elektrodialyse, Brennstoffzellen

Membrantechnik Grundlagen zu Membrantechnik; Transport, Modellierung,Polymermembranen; Brennstoffzellen, Gastrennung, Perverporation, Elektromembranverfahren.