chemische und thermische verfahrenstechnik - · pdf file- kommerziellen programmen (gproms,...
TRANSCRIPT
![Page 1: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/1.jpg)
Uni
vers
ität S
tuttg
art
Institut für Chemische VerfahrenstechnikInstitut für Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Anwendungsfächer in Technischer Kybernetik:
(Prof. Dr.-Ing. Ulrich Nieken)
• Grundlagen der Thermischen Verfahrenstechnik (Hasse, 3V, 2Ü, SS)
• Destillation und Absorption (Hasse, 2V, 1Ü, SS)
• Chemische Reaktionstechnik I (Nieken, 3V, 1Ü, WS)
• Chemische Reaktionstechnik II (Nieken, 2V, WS)
• Physikalisch-Chemische Verfahren (Nieken, 3V, 1Ü, SS)
• Membrantechnik (ICVT, 2V, WS)
• Elektromembran-Anwendungen (ICVT, 2V, SS)
![Page 2: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/2.jpg)
Institut für chemische Verfahrenstechnik
PHYSIKALISCH-CHEMISCHEVERFAHREN MembranentwicklungREAKTIONSTECHNIK
Autoabgaskatalyse- Dreiwegekatalysator
- DeNox-Konzepte- Dieselrußentfernung
Membranverfahren- Membranentwicklung
- Elektrodialyse- Diffusionsdialyse
Brennstoffzellensysteme
Hochtemperatur-Synthesen
Hochtemperatur-Synthesen
Sorptionsverfahren- DruckwechseladsorptionSorptionsverfahren- Druckwechseladsorption
MODELLBILDUNG UNDRECHNERSIMULATION
KINETIK VON TRANSPORT- UND
REAKTIONSPROZESSEN
![Page 3: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/3.jpg)
Sorptionsverfahren: Druckwechseladsorption
Materialien:Zeolithische Adsorbenzien(Molekularsiebe)
Monolithische Adsorbezien:(Dissertation Hammer/IKP)
Druckwechseladsorptionsverfahren:• zur Sauerstoffanreicherung(Dissertation Unger, Lengerer)
• zur Wasserstoffreinigung(Dissertation Stegmeier)
• zur Lufttrocknung(Dissertation Gorbach)
![Page 4: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/4.jpg)
Einsatz strukturierter Materialien bei der Druckwechseladsorption
Einsatz strukturierter Materialien bei der Druckwechseladsorption
PeriodischerAnlagenbetriebPeriodischer
Anlagenbetrieb
Herstellung von Zeolithgefüllten Wabenkörpern Herstellung von Zeolithgefüllten Wabenkörpern
Mikroporöse Materialstruktur
Mikroporöse Materialstruktur
IKT
ICVT
![Page 5: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/5.jpg)
Pressure-Swing Adsorption (PSA)
![Page 6: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/6.jpg)
PSA: 1-Bett Anlage
Tank Tank
Feed Produkt
Abgas
Aufgabenstellung:
• Gestaltung des Adsorbens• Prozeßsimulation• Optimierung des Betriebes• Methoden zur Prozeßauslegung• experimentelle Validierung
![Page 7: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/7.jpg)
Motivation
solution: monolith structure• reduced pressure drop reduced operating costs• thin channel walls fast kinetics• catalyst mechanically fixed no dusting and attrition
D s
Zeolite-filled Polymer Compound
![Page 8: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/8.jpg)
Herstellung hochporöser Adsorbentien
macroscopic structure 4A-particle, SP565-10062
wax+polymer
transport pore
PA-framework
no wax
wax
![Page 9: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/9.jpg)
PSA - dynamics
![Page 10: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/10.jpg)
• sehr träge Konvergenz bei stark zeitintensiver Integration
• Praktikable Definition CSS
Berechnung des zyklisch-stationären Zustandes
CSS und Limitierungen des detaillierten Modells
0 0U F(U )− < ε
Zyklusanzahl
00
0U
F(U
)U
−
Lösungsansätze• Konvergenzbeschleunigung durch Newton-basierte Iterationsschemata• Modellreduktion
Sinnvolle Grenze unklarParameterstudien und
Optimierung nicht zielführend
![Page 11: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/11.jpg)
RPSA - reduced model
direct calculation of CSS
Continuous Countercurrent Model[11] Suzuki (1985)[12] Farooq, Ruthven (1990)
• low concentrated pollutant• short cycle time• slow kinetics• high capacity
slow CSS convergence
almost time invariant loading(frozen solid)
transformation from periodic to fixed BCs holds
![Page 12: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/12.jpg)
3. PSA operation
pellets monoC
h
p 1 p
d 3 mm
∆ = ⋅∆
=
h
pellets monoC
d 1 mmp 5 p=
∆ = ⋅∆
performance: single column RPSA for air drying
![Page 13: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/13.jpg)
Was können sie bei uns lernen ?
interdisziplinäres Arbeiten an Problemlösungen
Institut für chemische Verfahrenstechnik
Entwicklung technischer Verfahren im BereichReaktions-, Adsorptions- und Membranverfahren- grundlagen- oder anwendungsorientiert
Modellerstellung und Simulationstechniken mit - kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, …..)- speziellen Programmcodes
Beurteilungskompetenz für mathematische Modelle
experimentelles Arbeiten an Prototypreaktoren
Vergleich von Simulation und Experiment
![Page 14: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik - · PDF file- kommerziellen Programmen (gProms, Predici, Aspen, Matlab, ..) - speziellen Programmcodes Beurteilungskompetenz für mathematische](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022050722/5a9db12a7f8b9abd0a8c0e71/html5/thumbnails/14.jpg)
Vorlesungen am ICVT
Chemische Reaktionstechnik I Stöchiometrie, Thermodynamik, Kinetik; Idealisierte Reaktormodelle (Rührkessel-, Rohrreaktoren, Festbettreaktoren);Bilazierung und Auslegung von Reaktionsanlagen
Chemische Reaktionstechnik II Modellierung von mehrphasigen Reaktionssystemen; Heterogen katalysierte Gasphasenreaktionen: Einzelkornmodellierung, Reaktormodellierung, neuartige Reaktorkonzepte;Gas-Flüssig-Reaktionen: Stofftransportmodellierung
Physikalisch-Chemische Verfahren Thermodynamische Grundlagen von Mehrkomponentensystemen; Membrantrennverfahren: Umkehrosmose, Pervaporation, Gaspermeation;Gasphasenadsorption: Temperatur-, Druckwechseladsorption;Elektrochemische Verfahren: Ionenaustausch, Elektrolyse, Elektrodialyse, Brennstoffzellen
Membrantechnik Grundlagen zu Membrantechnik; Transport, Modellierung,Polymermembranen; Brennstoffzellen, Gastrennung, Perverporation, Elektromembranverfahren.