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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.