Methoden
Die erfolgreiche Entwicklung und Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse hängt in großem Maß von der Prädiktivität und Zuverlässigkeit der verwendeten Prozessmodelle ab.
Bei neuartigen und innovativen Apparaten und Einbauten existieren derartige Modelle in der Regel nicht. Die möglichst praxisnahe experimentelle Untersuchung solcher Komponenten bildet die Grundlage für jegliche Art von Modellentwicklung. Wir nutzen sowohl unsere eigenen Labors als auch die unserer Kooperationspartner zur Charakterisierung des Betriebsverhaltens der jeweiligen Apparate, zur Bestimmung von Stoffdaten und Modellparametern sowie zur Validierung entwickelter Modelle.
Die Komplexität verfahrenstechnischer Prozesse erstreckt sich über eine sehr große Spannbreite, folglich gibt es keinen universalen Modellierungsansatz. Aus diesem Grund arbeiten wir mit dem sogenannten Ansatz der komplementären Modellierung. Dieser schließt ein:
Download: Poster "Komplementäre Modellierung"
Experimentelle Untersuchungen
Neuartige und innovative Apparate, Kolonneneinbauten und Anlagenkonzepte sind häufig eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Lösungen. Sie sind jedoch in vielen Fällen noch unzureichend in der Literatur beschrieben und weisen entsprechende Unsicherheiten in der Auslegung und industriellen Anwendung auf. Aus diesem Grund werden am Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik Versuchsanlagen aufgebaut, um experimentelle Untersuchungen solcher Anlagenkomponenten und -konzepte durchzuführen. Derzeit werden Anlagen zur experimentellen Untersuchung von 1.) Thermoblech-Wärmeübertragern, 2.) Packungen und Lösungsmitteln bei der Absorption/Desorption, 3.) Kompaktwärmeübertragern (z.B. Abgasrückführungskühler), 4.) Kondensation in Lamellenwärmeübertragern betrieben. Mit diesen Anlagen werden nach einem grundsätzlichen proof-of-concept die Leistungsdaten der untersuchten Komponenten in einem möglichst breiten und praxisnahen Bereich erfasst. Die Etablierung der neuartigen Anlagenkomponenten wird dadurch effektiv vorangetrieben und ein Vergleich mit den konventionellen Lösungen ermöglicht. Ein weiteres wesentliches Ziel der experimentellen Untersuchungen ist die Bereitstellung einer entsprechenden Datenbasis für die Validierung der am Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik entwickelten Modelle.
Fluiddynamische Ansätze (CFD)
In verfahrenstechnischen Prozessen müssen in der Regel die Strömungsfelder berücksichtigt werden. Die Verwendung von CFD (Computational Fluid Dynamics)-Methoden liefert Geschwindigkeits-, Temperatur-, Druck- und Konzentrationsfelder und ermöglicht somit einen detaillierten Einblick in die Transportphänomene in Apparaten. Dadurch können diese speziell hinsichtlich ihrer Geometrie und Phasenführung optimiert werden. mehr
Hydrodynamische Analogien
Ein neuer Modellierungsansatz zur Beschreibung von Trennprozessen in Packungskolonnen basiert auf hydrodynamischen Analogien (HA) zwischen komplexen Strömungsbildern in realen Trennapparaten und geometrisch einfachen Modellströmungen. Die komplexe Fluiddynamik wird als Kombination vereinfachter Strömungselemente dargestellt. Die Auswahl der passenden Strömungselemente sowie ihre Zusammenstellung erfolgt in Abstimmung mit experimentellen Beobachtungen, welche beim Aufbau der hydrodynamischen Analogie eine wichtige Rolle spielen. Der HA-Ansatz wird erfolgreich für die Beschreibung von nicht-reaktiven und reaktiven Trennverfahren (u.a. Rektifikation, Absorption und Desorption) in Strukturpackungskolonnen angewendet. mehr
Rate-based-Ansätze
Thermische Trennverfahren finden meist in großskaligen Apparaten (Kolonnen) statt, in denen beispielsweise ein Mehrstoffgemisch in seine Bestandteile zerlegt oder ein industrielles Gas von seinen Verunreinigungen befreit wird. Da die komplexen Phänomene in Zwei- oder Mehrphasenströmen in solchen Apparaten nur schwer mit genaueren Modellen (wie z.B. CFD oder HA) beschrieben werden können, müssen vereinfachte Methoden verwendet werden. Dabei werden die Kolonnen in Segmente (sog. Stufen) eingeteilt, für die jeweils Massen- und Energiebilanzen aufgestellt werden (Stufenmodell). Für die Beschreibung einzelner Stufen wird an unserem Lehrstuhl der sogenannte rate-based-Ansatz eingesetzt. mehr