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KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft Institut für Mikroverfahrenstechnik, Chemische Mikroverfahrenstechnik 1 www.kit.edu Kompetenzfeld „Chem. und Therm. Verfahrenstechnik“ P. Pfeifer

Kompetenzfeld „Chem. und Therm. Verfahrenstechnik“

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Page 1: Kompetenzfeld „Chem. und Therm. Verfahrenstechnik“

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

Institut für Mikroverfahrenstechnik, Chemische Mikroverfahrenstechnik 1

www.kit.edu

Kompetenzfeld „Chem. und Therm. Verfahrenstechnik“P. Pfeifer

Page 2: Kompetenzfeld „Chem. und Therm. Verfahrenstechnik“

Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 2 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Auswertung der Mitglieder-Zugehörigkeit

Nach Campus

SüdNord

SüdNord

Insgesamt Mit Wahlrecht

196 58

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 3 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Institut für Kern- und Energietechnik

Institut für Mikroverfahrenstechnik

Institut für Thermische Strömungsmaschinen

Engler-Bunte-Institut

Institut für Reaktorsicherheit

Institut für Technische Chemie, Bereich chem.-Phys. Verfahren

IBL - Bereich I Lebensmittelsverfahrenstechnik

Institut für Chemische Verfahrenstechnik

Institut für Kolbenmaschinen

Institut für Organische Chemie

Institut für Technische Chemie und Polymerchemie

Institut für Technische Chemie, Bereich Therm.-Abfallbehandlung

Institut für Technische Thermodynamik

Institut für Thermische Verfahrenstechnik

Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik

Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik

Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik

Institut für Techn. Thermodynamik und Kältetechnik

Institut für Anorganische Chemie

Institut für Nanotechnologie

Institut für Technische Physik

Nach Instituten (insgesamt)Auswertung der Mitglieder-Zugehörigkeit

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 4 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Anträge auf Anschubmittel 2009/10

in 2009

In 2010

eingereicht waren 4 Anträge aus CheTh mit S 119 T€genehmigt 2 Anträge aus CheTh mit S 40 T€

eingereicht waren 5 Anträge gesamt mit S 125 T€genehmigt 3 Anträge gesamt mit S 63 T€

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 5 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Etablierung des CheTh-Club

Ziel des Clubs: Kenntnis der Stärken von Instituten am CS/CN

Ablauf: Kurzbericht, Institutsvortrag, Institutsbesichtigung, Diskussion

Seit Ende 2009 im Turnus von etwa 2-3 Monaten

Bisherige Stationen:

IMVT

TVT

Geplant: ANKA

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 6 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Schlaglichtartiger Einblick in die Forschung

IKET/CN

Page 7: Kompetenzfeld „Chem. und Therm. Verfahrenstechnik“

Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 7 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Sicherheit brennbare Gase und Stäube

GASFLOW (3d)

COM3D

DET3D

Theorie und Software Experimente

2 3 5 2 3 5100 1000 10000Geometrical size L, mm

2

3

5

2

3

5

2

3

5

2

1

10

100

L/l

No DDT, BR<0.5

No DDT, BR>0.5, rooms

DDT, BR<0.5

DDT, BR>0.5, rooms

L = 7l

l accuracy limits

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d1

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d1

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FL

DDT

FastBeispiel:T = 373 Kp = 1.5 barN2/O2 = 79/21L= 10m

H2O

H2

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

“VereinfachteKriterien”

HydrogenTest Site

GP-CODE

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 8 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Wasserstoff-Versuchszentrum

Druckbehälter A2

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 9 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Thermalwasserchemie

- Zusammensetzung von Modellwasser für Ausfällungsuntersuchungen

- Ausfällung von Bariumsulfat

- Messverfahren zur Quantifizierung der Ausfällung- Teilchengrößenanalysator- Trübungsmessung On-Line ?

- On-Site Prüfstand in Groß Schönebeck (Fällungs- und Korrosionsprüfstand)Kooperation mit ITC-CPV

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 10 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Überlapp mit Kraftwerkstechnik

PropanTkrit=96,7°C

CO2

Tkrit=30,9°C

Netto-Leistungen bei einer Thermalwassertemperatur von 170°C, Tkond=30°C, mdot=20kg/s

Simulation thermodynamischer Kreisläufe mit verschiedenenSimulationswerkzeugen:

-Überkritische Kreisläufe-Unterkritische Kreisläufe-Hybridkonzepte-Fluid-Mischungen

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 11 24/25.03.2010 P. Pfeifer

IMVT/CN

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 12 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Kompetenzen

TestSimulation

(CFD)

Fertigung

Design (CAD-Software)

IMVT

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 13 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Mikrostrukturierung

Mikroapparatebau

Design und Verbindungstechnik

Materialforschung Funktionalisierung z.B. Katalysatoren

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 14 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Mikro-Festbettreaktor für G/L/S-Reaktionen (Hydrierung)Vorteile:

- hohe Katalysatormenge- leichter Katalysatorwechsel

P. Pfeifer et al., 18th Int. Congr. Chem. Proc. Eng. (CHISA 2008), Prag, August 24-28, 2008

Bohrung für Gaszufuhr

Mehrphasen-Katalyse in Mikroreaktoren

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 15 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Kompakte Anlagen zur Kraftstoffsynthese

Synthesgas-erzeugung

Erdgas

LNG

Pipeline

Wassergas-konvertierung

Methanol-synthese

FT-Synthese

DME-Synthese

Wasserstoff

Ammoniak

Benzin

Diesel

DME

Methanol

Koop. CPV

Biomasse Vergasung

Koop. TAB

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 16 24/25.03.2010 P. Pfeifer

ITS/CS

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 17 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Increase of thermal efficiencyReduced fuel consumptionReduced emissions (NOx, CO, UHC, CO2, Noise)Reduced costLonger service life

Entwicklungsziele

Higher pressuresHigher temperatures

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 18 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Flow, Heat Transfer, and Cooling MethodsCombustion and Two Phase FlowSecondary Air and Oil SystemsEnergy Systems Technology, Radial EnginesDirect Numerical Simulation in Turbo Engines

Forschungsthemen

Experimental MethodsNumerical Methods

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EBI/CS

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 20 24/25.03.2010 P. Pfeifer

DVGW-ForschungsstelleAnwendungsnahe Forschung

Bereich IChemische Energieträger

ReimertSchaub

Bereich IIVerbrennungstechnik

BockhornKolbZarzalis

Bereich IIIWasserchemie

Frimmel

Forschungszentrum KAITC-TABTherm. Abfallbehandlung

Forschungsstelle für BrandschutztechnikSicherheitstechnik

Struktur und Themen am EBI / Verknüpfung

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 21 24/25.03.2010 P. Pfeifer

INR/CN

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 22 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Experimental investigations on pressure loss and optimization of heat transfer using artificial surface structuresto reduce thermal loads to the surface material

• Support of the experimental program by theoretical investigations with system and CFD (CFX) Codes

• Qualification and improvement of system codes such as SIM-GCFR and TRACE

• Test and improvement of particle extraction at high temperature and high pressure

Large loop (L-STAR)

Small loop (S-Loop)

Contact: W. Hering, J. Zhuang

Schnittstellen zu Partikeldynamik sowie CFD

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 23 24/25.03.2010 P. Pfeifer

ITC-TAB und CPV/CN

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 24 24/25.03.2010 P. Pfeifer

TAB / Überlapp zu anderen Kompetenzfeldern

Brennstoffumwandlung und Gasreinigung

ChemischeProdukte

IGCCGasturbineGasmotor

Kraftwerkstechnologie

VerbrennungRost / Staubbrenner

Kessel

Gas / flüssige BrennstoffeFeste Brennstoffe

Wärme + Strom

Abgas

Vorbehand-lung GasreinigungVergasung

BiomasseLow rank

fuels

RohSyngas

Pyrolyse Dämpfe

FlüssigeStoffe

Produktaufbe-reitung

Þ ChemischeVerfahrens-technik

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 25 24/25.03.2010 P. Pfeifer

CPV / Kraftstoffen aus Biomasse via Synthesegas

Ressourcenschonung von fossilen Rohstoffen durch effiziente Nutzung von biologischen Reststoffen

Herstellung von Synthesegas und dessen Umwandlung zuDimethylether (DME) und Folgeprodukten

DTO = Dimethylether-To-Olefins; DTG = Dimethylether-To-Gasoline

DME-Synthese

Gas-konditionierung

Flugstrom-Hochdruck-vergasung

Schnell-pyrolyse

DME

DTO

DTG

DTO

DTG

etc.

Gas-konditionierung

Flugstrom-Hochdruck-Vergasung

Schnell-Pyrolyse

BioSynCrude Rohsynthesegas SynthesegasBioSynCrude RohsynthesegasH2/CO » 1

SynthesegasH2/CO » 1

DMEBiomasse

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CPV / Heterogen katalysierte Kraftstoffsynthese

Direktsynthese von Dimethylether (DME) Direktsynthese von Ethanol

Synthese von Ethylen/Propylen aus DME Synthese von Benzin aus DME

Synthesegas (CO/H2)

CH3OCH3 → C2H4 + H2O n CH3OCH3 → “(CH2)2n“ + n H2O

3 CO + 3 H2 → CH3OCH3 + CO2 3 CO + 3 H2 → C2H5OH + CO2

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CVT/CS

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 28 24/25.03.2010 P. Pfeifer

Zielsetzung

Durch chemische Reaktion Wertprodukte effizient, selektiv, sicher und umweltfreundlich herstellen In der Lehre Kenntnisse über Analyse, Auslegung und Betrieb von chemischen Verfahren vermitteln. Mehrphasige und katalytische Reaktoren stehen dabei im Mittelpunkt.Schwerpunkt: Katalytische Reaktions- und Prozeßtechnik sowie die Formulierung und Anwendung technischer Kontakte -> Bindeglied zwischen katalytischer Chemie und Verfahrenstechnik. Mit strukturierten Kontakten werden neue Reaktor- und Verfahrenskonzepte erprobt.

20 mm

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Sprecher Chem. und Therm. Verfahrenstechnik 29 24/25.03.2010 P. Pfeifer

ForschungsfelderKatalytische Reaktions- und Prozeßtechnik

Kinetische Untersuchungen Prozeßstudien Neue ReaktorkonzepteModellierungFunktionale Charakterisierung vonKontakten

Formulierung und Formgebung von KontaktenExtrusion (Partikel und Wabenkörper) Funktionalisierung von Keramik-und Metall-SchwämmenTropfenpyrolyseBeschichtungstechnikenErzeugung und Trägern von Nanopartikeln

Chemische Verfahren: Partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen (z.B. zu Formaldehyd, Acrolein, Propylenoxid, Phthalsäureanhydrid)Hydrierung von Oxygenaten und Aromaten, Hydroprocessing MTH (Methanol zu Kohlenwasserst.)PROX

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Fachvorträge

16:15 Initiative "Advanced Fluids as Solvents, Separation and Reaction Media"Prof. Dr. Michael Türk, ITTK16:40Hierarchische Modellierungskonzepte für reagierende StrömungenProf. Dr. Ulrich Maas, ITT17:05Hierarchische Modellierung von granulierenden WirbelschichtenDipl.Ing. Zhen Li, TVT