Verfahrenstechnik
Sekretariat MAR 2-1 / ACK 7
Raum MAR 2.051 / ACK 172
Adresse Marchstr. 23
10587 Berlin
Sprechstundenach Vereinbarung, siehe ISIS-Kurs

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.

Wissenschaftskommunikation, öffentliches Engagement und Wissenstransfer

Wissenschaftskommunikation auf Twitter

Screencasts zu "PhysikalischeChemie" und "Energie-, Impuls- und Stofftransport II"

Blogbeitrag zum Thema "Wissenschaft in Krise -  The Academic Crisis List" Teil 1 und Teil 2

 

Wissenschafts- kommunikation

Publikationen

2024

Bliatsiou, C., Panckow, R. P., Nolte, L., Böhm, L., Maaß, S., & Kraume, M. (2024). "Characterisation of particle stress in turbulent impeller flows utilising photo-optical measurements of a flocculation system – PART 2" , Chemical Engineering Science , 119853.
Waldherr, P., Bliatsiou, C., Böhm, L., & Kraume, M. (2024). "Comparative Study of Fluid Dynamic Stress on Aspergillus niger and Model Systems " , Chemie Ingenieur Technik .

2023

Bliatsiou, C., Panckow, R. P., Nolte, L., Böhm, L., Maaß, S., & Kraume, M. (2023). "Characterisation of particle stress in turbulent impeller flows utilising photo-optical measurements of a flocculation system - PART 1" , Chemical Engineering Science , 267 , 118333.
Waldherr, P., Bliatsiou, C., Böhm, L., & Kraume, M. (2023). "Fragmentation of Aspergillus niger pellets in stirred tank bioreactors due to hydrodynamic stress" , Chemical Engineering Research & Design , 195 , 116-131.
Wen, J., Liu, H., Luo, J., M.Schulz, J., Böhm, L., Wang, X., & Ning, P. (2023). "Mass transfer characteristics of vanadium species on the high-efficient solvent extraction of vanadium in microchannels/microreactors" , Separation and Purification Technology , 315 , 123638.
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2022

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Heine, J., Schulz, J., Junne, H., Böhm, L., Kraume, M., & Bart, H. -. (2021). "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.
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. (2021). "Investigation of Reactive Bubbly Flows in Technical Apparatuses" in Reactive Bubbly Flows - Final Report of the DFG Priority Program 1740 , Schlüter, M. and Bothe, D. and Herres-Pawlis, S. and Nieken, U., Eds. Springer International Publishing , 621-642.
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978-3-030-72360-6 (print)
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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. (2021). "Chemical reactions on freely ascending single bubbles" in Reactive Bubbly Flows - Final Report of the DFG Priority Program 1740 , Schlüter, M. and Bothe, D. and Herres-Pawlis, S. and Nieken, U., Eds. Springer International Publishing , 545-581.
ISBN
978-3-030-72360-6 (print)
Böhm, L. (2021). "#IchBinHanna" , Chemie Ingenieur Technik , 93 (8), 1205 - 1206.

2020

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2019

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2018

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2017

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2016

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2014

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ISBN
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2009

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ISBN
3-8107-0064-9
Prieske, H., Böhm, L., Drews, A., & Kraume, M. (2009). "Improved deposition control for membrane bioreactors with immersed flat sheet membrane modules" in Filtech 2009, Wiesbaden, 13.-15.10.2009 . II-615 - II-622.
ISBN
978-3-941655-00-3
Prieske, H., Böhm, L., Drews, A., & Kraume, M. (2009). "Optimised hydrodynamics for membrane bioreactors with immersed flat sheet membrane modules" in 5th IWA specialised membrane technology conference for water & wastewater treatment, Beijing, China, 01.-03.09.2009 . 514-515.
Iversen, V., Hermann, S., Drews, A., Münz, J., Götz, G., Fatarella, E., Lesjean, B., Böhm, L., & Kraume, M. (2009). "Textiles for the filtration of activated sludge in membrane bioreactors (MBRs)" in Filtech 2009, Wiesbaden, 13.-15.10.2009 . II-694 - II-701.
ISBN
978-3-941655-00-3