Verfahrenstechnik
Sekretariat MAR 2-1 / ACK 7
Raum MAR 2.051 / ACK 172
Adresse Marchstr. 23
10587 Berlin

Transportvorgänge in reaktiven Newtonschen und nicht-Newtonschen Mehrphasensystemen

Motivation

In vielen biologischen und chemischen Prozessen sind mehrphasig betriebene Apparate maßgebliche Teilschritte der Prozesskette. Je nach Anwendung sind Energie-, Impuls- und/oder Stofftransport das Ziel des Vorgangs im jeweiligen Apparat. Da in realen Prozessen häufig nicht-Newtonsches Verhalten der kontinuierlichen Phasen anzutreffen ist, macht dies die Beschreibung der Vorgänge noch komplizierter. Aber auch für Newtonsche Systeme ergibt sich durch die Deformierbarkeit von fluiden Tropfen auch heute noch Forschungsbedarf grundlegendster Vorgänge.

Untersuchungen

Am Fachgebiet gibt es diverse Forschungsprojekte, die sich speziell mit dem Impuls- und Stofftransport in mehrphasigen Systemen beschäftigen. Dies umfasst numerische und experimentelle Untersuchungen der Fluiddynamik von fluiden Einzeltropfen (flüssige Tropfen und Blasen, im Folgenden nur noch Tropfen genannt), u.a. mit rheologischen Fragestellungen, und Untersuchungen zu Koaleszenz und Bruch von fluiden Tropfen mit einzelnen Tropfen und Tropfenschwärmen zur Verbesserung der Beschreibung durch Populationsbilanzen. Im Bereich des Stofftransports gibt es diverse Projekte, die sich u.a. mit dem Einfluss von oberflächenaktiven Stoffen (Tenside, Salze, aber auch Nanopartikel) beschäftigen, u.a. auch wieder mit rheologischen Fragstellungen.

Im Rahmen dessen gibt es u.a. Beteiligungen an folgenden Projekten:

SPP1740 - Reactive Bubbly Flows

SPP1934 - DiSPBiotech - Dispersitäts-, Struktur- und Phasenänderungen von Proteinen und biologischen Agglomeraten in biotechnologischen Prozessen

SFB/TR63 - inPROMPT - Integrated Chemical Processes in Liquid Multiphase Systems

BMWi ERICAA - Energie- und Ressourceneinsparung durch innovative und CFD-basierte Auslegung von Flüssig/Flüssig-Schwerkraft-Abscheidern

AiF ZIM - SPI- Smart Process Inspection

und weitere

Als Messtechniken werden u.a. die laserbasierte Messtechnik Particle Image Velocimetry, Hochgeschwindigkeitskameras und die elektrochemische Elektrodiffusionsmethode (EDM) verwendet. Die damit gewonnen Daten können auch zum Vergleich mit CFD Simulationen herangezogen werden. Im Zuge der Projekte gibt es eine Zusammenarbeit mit verschiednen internationalen Partnern wie dem Department of Civil Engineering der University of British Columbia, Vancouver, Canada, und dem Institute of Chemical Process Fundamentals der Academy of Sciences of the Czech Republic.

Numerische Untersuchungen

Numerische Untersuchungen von mehrphasigen Systemen werden aktuell mit dem Programm OpenFOAM durchgeführt. Dabei steht die Fluiddynamik und der Stofftransport von Blasen in eine nicht-Newtonsche Kontiphase im Vordergrund.

In der Vergangenheit wurde auch das kommerzielle Computational Fluid Dynamic (CFD) Programm „Fluent“ unter Einbindung von User Defined Functions (UDF) verwendet. UDFs sind auf die Programmiersprache „C++“ basierende Unterprogramme, die durch ihre Implementierung in diesem Projekt die Verringerung der Rechenzeit bei Erhöhung der Ergebnisqualität ermöglichen.

Im Rahmen der CFD Simulationen wurde der Aufstieg von Blasen in Flüssigkeit betrachtet. Dabei wurde im Speziellen das Augenmerk auf die Schubspannung, die Blasenaufstiegsgeschwindigkeit und die Strömungsverhältnisse gelegt.

Wissenschafts- kommunikation

Publikationen

2023

Bliatsiou, Chrysoula; Panckow, Robert P.; Nolte, Lucas; Böhm, Lutz; Maaß, Sebastian; Kraume, Matthias
Characterisation of particle stress in turbulent impeller flows utilising photo-optical measurements of a flocculation system - PART 1
Chemical Engineering Science, 267 :118333
2023

2022

Waldherr, P.; Bliatsiou, C.; Panckow, R.; Böhm, L.; Kraume, M.
Characterizing particulate systems towards the analysis of hydrodynamic stress in stirred-tank (bio)reactors
Chemie Ingenieur Technik, 94 (9) :1336
2022
Schulz, J.M.; Merker, D.; Böhm, L.; Kraume, M.
Fluid dynamics and mass transfer in disperse multiphase systems: A single-drop study concerning the role of surfactant transfer
Chemie Ingenieur Technik, 94 (9) :1334
2022
Petzold, M.; Paul, N.; Hohl, L.; Böhm, L.; Kraume, M.
Gas/liquid mass transfer phenomena in micellar multiphase systems
Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 171 :108547
2022
Böhm, L.; Hohl, L.; Bliatsiou, C.; Kraume, M.
Multiphase stirred-tank bioreactors - New geometrical concepts and scale-up approaches
Chemie Ingenieur Technik, 94 (9) :1341
2022
Schlüter, Stefan; Huxoll, Fabian; Grenningloh, Kai; Sadowski, Gabriele; Petzold, Marc; Böhm, Lutz; Kraume, Matthias; Skiborowski, Mirko
Unraveling the influence of dissolved gases on permeate flux in organic solvent nanofiltration - Experimental analysis
Separation and Purification Technology, 295 :121265
2022
Böhm, L.
Buchrezension zu: #IchBinHanna
BIOspektrum, 28 (5) :569
2022

2021

Huxoll, F.; Schlüter, S.; Budde, R.; Skiborowski, M.; Petzold, M.; Böhm, L.; Kraume, M.; Sadowski, G.
Phase Equilibria for the Hydroaminomethylation of 1-Decene
Journal of Chemical and Engineering Data, 66 (12) :4484-4495
2021
Schulz, J.; Petzold, M.; Böhm, L.; Kraume, M.
Tropfenbewegung und Stofftransport in technischen Flüssig/flüssig-Systemen. Teil 2: Auswirkung von Grenzflächeneffekten und Verunreinigungen
Chemie Ingenieur Technik, 93 (8) :1214-1222
2021
Schulz, J.; Petzold, M.; Böhm, L.; Kraume, M.
Tropfenbewegung und Stofftransport in technischen Flüssig/flüssig-Systemen, Teil 1: Einzeltropfensedimentation ohne Grenzflächeneffekte
Chemie Ingenieur Technik, 93 (3) :353-363
2021
Heine, J.; Schulz, J.; Junne, H.; Böhm, L.; Kraume, M.; Bart, H.-J.
Real-time visualization of internal and external concentration fields in multiphase systems via Laser-induced fluorescence and Rainbow Schlieren Deflectometry during and after droplet production
Chemie Ingenieur Technik, 93 (1-2) :180-190
2021
ISSN: 1522-2640
Böhm, L.
Matthias Kraume - Forschung und Lehre
Chemie Ingenieur Technik, 93 (1-2) :3
2021
Merker, D.; Böhm, L.; Kraume, M..
Mass transfer around gas bubbles in reacting liquids
In Schlüter, M. and Bothe, D. and Herres-Pawlis, S. and Nieken, U., Editor, Band 128 aus Fluid Mechanics and Its Applications
Seite 231-265
Herausgeber: Springer International Publishing
2021
231-265
ISBN
978-3-030-72360-6 (print)
Gast, S.; Tuttlies, U.; Laurini, L.; Kexel, F.; Merker, D.; Böhm, L.; Taborda, M.A.; Sommerfeld, M.; Kraume, M.; Schlüter, M.; Herres-Pawlis, S.; Nieken, U.
Investigation of Reactive Bubbly Flows in Technical Apparatuses
In Schlüter, M. and Bothe, D. and Herres-Pawlis, S. and Nieken, U., Editor, Band 128 aus Fluid Mechanics and Its Applications
Seite 621-642
Herausgeber: Springer International Publishing
2021
621-642
ISBN
978-3-030-72360-6 (print)
Re\vsetar, I.; Jurtz, N.; Böhm, L.; Kraume, M.; Palz, N.
Integrated Framework for Digital Design and Thermal Analysis of PCM Macro-encapsulations for Passive Indoor Cooling
Sustainable Cities and Society, 66 :102536
2021
ISSN: 2210-6707
Böhm, L.; Merker, D.; Strassl, F.; Herres-Pawlis, S.; Oßberger, M.; Klüfers, P.; Schindler, S.; Guhathakurta, J.; Grottke, D.; Simon, S.; Rinke, G.; Hlawitschka, M.; Kameke, A.; Kexel, F.; Schlüter, M.; Gast, S.; Tuttlies, U.; Nieken, U.; Hillenbrand, D.; Marschall, H.; Weiner, A.; Bothe, D.; Kraume, M.
Chemical reactions on freely ascending single bubbles
In Schlüter, M. and Bothe, D. and Herres-Pawlis, S. and Nieken, U., Editor, Band 128 aus Fluid Mechanics and Its Applications
Seite 545-581
Herausgeber: Springer International Publishing
2021
545-581
ISBN
978-3-030-72360-6 (print)
Böhm, Lutz
#IchBinHanna
Chemie Ingenieur Technik, 93 (8) :1205 - 1206
2021

2020

Afraz, N.; Petzold, M.; Hohl, L.; Hecht, K.; Böhm, L.; Kraume, M.
Gas-liquid mass transfer in micellar multiphase systems: A comparison between falling-film and stirred-tank reactors
Chemie Ingenieur Technik, 92 (9) :1312
2020
Schulz, J.M.; Junne, H.; Böhm, L.; Kraume, M.
Measuring local heat transfer by application of Rainbow Schlieren Deflectometry in case of different symmetric conditions
Experimental Thermal and Fluid Science, 110 :109887
2020
Bliatsiou, C.; Schrinner, K.; Waldherr, P.; Tesche, S.; Böhm, L.; Kraume, M.; Krull, R.
Rheological characteristics of filamentous cultivation broths and suitable model fluids
Biochemical Engineering Journal, 163 :107746
2020

2019

Bliatsiou, C.; Malik, A.; Böhm, L.; Kraume, M.
Influence of impeller geometry on hydromechanical stress in stirred liquid/liquid dispersions
Industrial and Engineering Chemistry Research, 58 (7) :2537-2550
2019
Böhm, L.; Hohl, L.; Bliatsiou, C.; Kraume, M.
Multiphase Stirred Tank Bioreactors - New Geometrical Concepts and Scale-up Approaches
Chemie Ingenieur Technik, 91 (12) :1724-1746
2019
Enders, F.; Merker, D.; Kolano, M.; Böhm, L.; Kraume, M.
Numerical Characterization of the Bubble Rise Behavior in Viscoelastic Liquids
Chemical Engineering & Technology, 42 (7) :1395-1403
2019

2018

Merker, D.; Böhm, L.; Enders, F.; Kraume, M.
Fluid dynamics of single bubbles in different continuous phases measured with two high-speed cameras carried on a real-time controlled linear guidance
In Kähler, C. and Hain, R. and Scharnowski, S. and Fuchs, T., Editor, Proceedings of the 5th International Conference on Experimental Fluid Mechanics ICEFM 2018 Munich, Seite 464-468
In Kähler, C. and Hain, R. and Scharnowski, S. and Fuchs, T., Editor
2018
Panckow, R.; Böhm, L.; Junne, S.; Kraume, M.
Größenverteilung von fluiden Partikeln in einem wellendurchmischten Single-Use-Bioreaktor
Chemie Ingenieur Technik, 90 (9) :1301
2018
Böhm, L.; Bliatsiou, C.; Kraume, M.; Krull, R.; Kwade, A.; Veiter, L.
Partikelcharakterisierung und -messtechniken in lebensmittel- und biotechnologischen Systemen
Chemie Ingenieur Technik, 90 (9) :1336
2018
Pommehrene, K.; Schrader, M.; Bliatsiou, C.; Schmideder, S.; Böhm, L.; Briesen, H.; Kraume, M.; Kwade, A.; Krull, R.
Experimental and numerical investigations on cultivations of filamentous microorganisms towards a better understanding and process control
Chemie Ingenieur Technik, 90 (9) :1341
2018
Schulz, J.; Junne, H.; Böhm, L.; Kraume, M.
Development of an experimental setup applying rainbow schlieren deflectometry for visualization and quantification of heat and mass transfer in multiphase systems
In Kähler, C. and Hain, R. and Scharnowski, S. and Fuchs, T., Editor, Proceedings of the 5th International Conference on Experimental Fluid Mechanics ICEFM 2018 Munich, Seite 226-231
In Kähler, C. and Hain, R. and Scharnowski, S. and Fuchs, T., Editor
2018
Hohl, L.; Panckow, R.; Schulz, J.; Jurtz, N.; Böhm, L.; Kraume, M.
Description of Disperse Multiphase Processes: Quo Vadis?
Chemie Ingenieur Technik, 90 (11) :1709-1726
2018
Petzold, M.; Böhm, L.; Kraume, M.
Charakterisierung des Gas/Flüssigkeits-Stofftransports in mizellaren Lösungsmittelsystemen mit mehreren Flüssigphasen
Chemie Ingenieur Technik, 90 (9) :1305
2018

2017

Merker, D.; Böhm, L.; Oßberger, M.; Klüfers, P.; Kraume, M.
Mass transfer in reactive bubbly flows - A single bubble study
Chemical Engineering and Technology, 40 (8) :1391-1399
2017

2016

Böhm, L.; Brehmer, M.; Kraume, M.
Comparison of the Single Bubble Ascent in a Newtonian and a Non-Newtonian Liquid: A Phenomenological PIV Study
Chemie Ingenieur Technik, 88 (1-2) :93-106
2016
ISSN: 1522-2640
Böhm, L.; Kolano, M.; Kraume, M.
Simulation of the Single Bubble Ascent with OpenFOAM
Czasopismo Techniczne Mechanika, 1-M (1) :25-32
2016
ISSN: 2353-737X

2015

Böhm, L.
Comparison of single bubble and bubble swarm behavior in narrow gaps inside flat sheet membrane modules
TU Berlin
2015
Böhm, L.; Kraume, M.
Fluid dynamics of bubble swarms rising in Newtonian and non-Newtonian liquids in flat sheet membrane systems
Journal of Membrane Science, 475 :533-544
2015
ISSN: 0376-7388
Merker, D.; Böhm, L.; Kraume, M.
Fluiddynamik von Einzelblasen mit überlagertem Stofftransport
Chemie Ingenieur Technik, 87 (8) :1080
2015
ISSN: 1522-2640

2014

Böhm, L.; Jankhah, S.; Tihon, J.; Berubé, P. R.; Kraume, M.
Application of the Electrodiffusion Method to Measure Wall Shear Stress: Integrating Theory and Practice
Chemical Engineering and Technology, 37 (6) :938-950
2014
ISSN: 1521-4125
Böhm, L.; Kraume, M.
Einfluss der Flüssigkeitsrheologie auf das Blasenschwarmverhalten in Flachmembranmodulen
Chemie Ingenieur Technik, 86 (9) :1526-1527
2014
ISSN: 1522-2640
Böhm, L.; Kurita, T.; Kimura, K.; Kraume, M.
Rising behaviour of single bubbles in narrow rectangular channels in Newtonian and non-Newtonian liquids
International Journal of Multiphase Flow, 65 :11-23
2014
ISSN: 0301-9322
Böhm, L.; Kraume, M.
Wall Shear Stress Generated By Bubble Swarms in New-tonian and Non-Newtonian Liquids
Proceedings of the 2014 AIChE Annual Meeting
2014
ISBN
978-0-8169-1086-1

2013

Böhm, L.; Kraume, M.
Von der Einzelblase zum Blasenschwarm - Eine Grundlagenuntersuchung im rechtwinkligen Kanal
Chemie Ingenieur Technik, 85 (9) :1423-1424
2013
ISSN: 1522-2640
Böhm, L.; Kraume, M.
Untersuchung des Aufstiegs von Einzelblasen in Newtonschen und nicht-Newtonschen Fluiden mittels PIV
In Kähler, C. J. and Hain, R. and Cierpka, C. and Ruck, B. and Leder, A. and Dopheide, D., Editor, Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik"
In Kähler, C. J. and Hain, R. and Cierpka, C. and Ruck, B. and Leder, A. and Dopheide, D., Editor
2013
ISBN
978-3-9805613-9-6
Böhm, L.; Kraume, M.
Is it reasonable to use air-water model systems in fluid dynamic investigations of MBRs?
In Drews, A. and Prieske, H., Editor, MBR for the Next Generation II
In Drews, A. and Prieske, H., Editor
2013
ISBN
978-3-00-043145-6
Böhm, L.; Prieske, H.; Kraume, M.
Fluid Dynamic Optimization of Flat Sheet Membrane Modules - Movement of Bubbles in Vertical Channels
Chemical Engineering Transactions, 32 :1501-1507
2013
ISSN: 1974-9791
Böhm, L.; Drews, A.; Kraume, M.
Bubble induced shear stress in flat sheet membrane systems - Serial examination of single bubble experiments with the electrodiffusion method
Journal of Membrane Science, 437 :131-140
2013
ISSN: 0376-7388

2012

Böhm, L.; Prieske, H.; Kraume, M.
Experimental and Numerical Investigation of Air Scouring Inside Flat Sheet Membrane Modules
Procedia Engineering, 44 :535-536
2012
ISSN: 1877-7058
Böhm, L.; Kraume, M.
Hydrodynamic investigation of single bubbles
Czasopismo Techniczne Mechanika, 109 (5) :21-29
2012
ISSN: 1897-6328
Nguyen, L.A.T.; Schwarze, M.; Drews, A.; Kraume, M.; Schomäcker, R.; Böhm, L.
Influence of Non-ionic Surfactants on Reverse Micellar-enhanced Ultrafiltration
Procedia Engineering, 44 :1692-1694
2012
ISSN: 1877-7058
Böhm, L.; Prieske, H.; Kraume, M.
Optimierung der Reinigung von Plattenmembranmodulen durch Untersuchung der Schubspannung
Chemie Ingenieur Technik, 84 (8) :1366
2012
ISSN: 1522-2640
Al-Shamary, L.; Prieske, H.; Kraume, M.; Böhm, L.
Optimized Hydrodynamics for Membrane Bioreactors with Newtonian and Non-newtonian Fluids
Procedia Engineering, 44 :723-724
2012
ISSN: 1877-7058
Böhm, L.; Drews, A.; Prieske, H.; Berubé, P. R.; Kraume, M.
The importance of fluid dynamics for MBR fouling mitigation
Bioresource Technology, 122 :50-61
2012
ISSN: 0960-8524

2011

Al-Shamary, L.; Böhm, L.; Kraume, M.
Optimized hydrodynamics for membrane bioreactor with immersed flat sheet membrane modules
Proceedings FILTECH 2011, Wiesbaden, Germany, 22.03. - 24.03.2011
2011
ISBN
978-3-941655-37-9

2010

Böhm, L.; Bérubé, P.; Kraume, M.
Messung von Schubspannungen beim Aufstieg von Einzelblasen
Chemie Ingenieur Technik, 82 (9) :1397-1397
2010
Prieske, H.; Böhm, L.; Drews, A.; Kraume, M.
Optimised MBR design and aeration for enhanced deposition control
MBR Asia, Bangkok, 26.-27.04.2010, Seite 163-173
2010
ISBN
978-974-401-794-9
Prieske, H.; Böhm, L.; Drews, A.; Kraume, M.
Optimized hydrodynamics for membrane bioreactors with immersed flat sheet membrane modules
Desalination and Water Treatment, 18 :270-276
2010

2009

Prieske, H.; Böhm, L.; Drews, A.; Kraume, M.
Fluiddynamische Auslegung von Membranbioreaktoren unter dem Aspekt der effektiven Deckschichtkontrolle
, 8. Aachener Tagung Wasser und Membranen, Aachen, 27. und 28.10.2009Band1, Seite A16-1 bis A16-10
2009
ISBN
3-8107-0064-9
Prieske, H.; Böhm, L.; Drews, A.; Kraume, M.
Improved deposition control for membrane bioreactors with immersed flat sheet membrane modules
, Filtech 2009, Wiesbaden, 13.-15.10.2009BandII, Seite II-615 - II-622
2009
ISBN
978-3-941655-00-3
Prieske, H.; Böhm, L.; Drews, A.; Kraume, M.
Optimised hydrodynamics for membrane bioreactors with immersed flat sheet membrane modules
, 5th IWA specialised membrane technology conference for water & wastewater treatment, Beijing, China, 01.-03.09.2009Band1, Seite 514-515
2009
Iversen, V.; Hermann, S.; Drews, A.; Münz, J.; Götz, G.; Fatarella, E.; Lesjean, B.; Böhm, L.; Kraume, M.
Textiles for the filtration of activated sludge in membrane bioreactors (MBRs)
, Filtech 2009, Wiesbaden, 13.-15.10.2009BandII, Seite II-694 - II-701
2009
ISBN
978-3-941655-00-3