Dynamik und Betrieb technischer Anlagen

Prozessintensivierung

Das Ziel in diesem Bereich ist die Entwicklung, Untersuchung und Verbesserung neuer, intensivierter Prozesse oder Apparate. Diese Verfahren zielen auf Energieeinsparungen, einen geringeren Platz- und Kostenbedarf und den Ersatz von schädlichen oder toxischen Verbindungen durch den Einsatz integrierter und neuartiger Verfahrenseinheiten und Materialien ab. Dazu gehören thermische und physikalische Trennverfahren mit und ohne Reaktion sowie schaltbare flüssige Mehrphasensysteme zur Realisierung neuer chemischer Synthesepfade. Schlüsselelemente der durchgeführten Forschung sind die systematische Analyse der grundlegenden Phänomene und des Betriebsverhaltens im Labormaßstab und der anschließenden Übertragung in den Miniplant- oder Pilotanlagenmaßstab. Hierdurch soll ein hinreichender Informationsgehalt bezüglich des Prozessverhaltens und charakteristischer Einflussgrößen generiert werden, welcher den Aufbau von Skalierungs- und Dimensionierungsrichtlinien sowie Konzepten zur Betriebsführung neu entwickelter intensivierter Prozesse ermöglicht. Dies geschieht unter durchgehender Einbindung der Prozessmodellierung und stetiger Modellverbesserung Erweiterung sowie den modellgestützter (optimierender) Methoden zur Prozessanalyse und -steuerung.

Forschungsansatz

  • Entwicklung und Analyse neuer intensiverer Betriebseinheiten und die Integration in Prozesssysteme.
  • Nachweis des Konzepts für intensivierte Prozesse in vollautomatisierten Miniplant-Systemen, auch im industriellen Umfeld.
  • Analyse von neuartigen Katalysatoren (bifunktional, 3D-Druck), Membrantrennmaterialien und Adsorptionsmitteln.
  • Verkürzung der Prozessentwicklungszeit durch enge Rückkopplung zwischen Labormaßstab und Miniplant-Maßstab.
  • Verbessertes Verständnis des Prozessverhaltens durch frühzeitige Modellentwicklung auf der Grundlage erster experimenteller Ergebnisse.
  • Ermöglichung einer robusten und optimalen Steuerung komplexer Prozesseinheiten unter Anwendung fortschrittlicher Prozesssteuerungsstrategien.

Kontakt

Markus Illner

Struktur-Wiss. Mitarbeiter_in

markus.illner@tu-berlin.de

+49 30 314-26695

Gebäude KWT-A
Raum KWT-A 112

Forschungsgebiete

Intensified Separation Systems

Adsorptions- und Absorptionprozesse

Entwicklung, Aufbau und Betrieb von Mehrzweck-Miniplantanlagen für frühzeitige Überprüfung der Betreibbarkeit neuartiger Konzepte zur Gasreinigung oder -Abscheidung sowie Washmittelsuntersuchungen. Der Betrieb wird dabei auch im industriellen Umfeld mit realen Prozessströmen realisiert. Die Prozessautomatisierung und Versuchsplanung wird dabei konsequent durch Prozessmodelierung und Einbindung optimierender Verfahren unterstützt, um einen sicheren und stabilen Prozessbetrieb zu ermöglichen bei gleichzeitiger Maximierung des Informationsgehalts der Versuchskampagnen.

High Gravity Maschinen

Untersuchung des Stoff- und Energietransports für Absorptions- und Destillationsprozesse in Zentrifugalfelder. Hierzu werden rotierende Packungsabsorper (RPB) eingesetzt, welche eine räumliche Intensivierung der Trennleistung bei gleichzeitiger Reduktion des Energieeinsatzes im Vergleich zu konventionellen Kolonnen ermöglichen. Kern der Untersuchungen sind Dynamik, Betriebsverhalten und Trenneffizienz abhängig von der gewählt Geometrie der Apparate sowie verwendeter Einbauten. Auf Grundlage experimenteller Daten werden rigorose Prozessemodelle aufgebaut und apparatespezifische Stofftransportkorrelationen entwickelt.

Integrated Reaction-Separation Systems

Schaltbare flüssige Mehrphasensysteme

Schaltbare tensidhaltige Stoffsysteme überlegene Eigenschaften für die Umsetzung chemischer Reaktionen. Sogenannte Mikroemulsionen bieten neben hohen Phasengrenzflächen zwischen wässrigen Katalysatorlösungen und öligen Reaktanden für eine effiziente Reaktionsperformance ein schaltbares Phasentrennverhalten. Auf diese Weise kann durch einfache Schwerkraftabscheidung eine hocheffiziente Produktabscheidung sowie Katalysatorrezyklierung erreicht werden.Die prozesstechnsiche Umsetzung ist allerdings aufgrund der Komplexität des Stoffsystems sowie der Thermodynamik der Mikroemulsion herausfordernd. Systematische Workflows zur Analyse dieser Systeme, die Entwicklung geeigneter Prozessmodelle und die modellgestützte Stabilierung des Prozessbetriebs sind daher Ziel der Forschung, um diese Stoffsysteme für kontinuierliche Produktionsprozesse verfügbar zu machen.

Membranreaktoren

Entwicklung und Erpropung von Membranreaktoren für die heterogene Katalyse. Hierbei wird neben der Erhöhung von Reaktionsumsatz- und Selektivität auf eine Integration des Auftrennschritts in die Reaktionsstufe abgezielt. Zum Einsatz kommen dabei Dual-Membran-Reaktoren, dichte selektive Membranen zur Steuerung der Reaktandenzufuhr sowie Konzepte zum auto-thermalen Betrieb.