LEHRSTUHL FÜR

CHEMISCHE VERFAHRENSTECHNIK

Bestimmung kinetischer Konstanten (CVT-A), Betriebspunkt eines adiabatischen Rührkessels (CVT-B)

• - Erwerb von Fertigkeiten zur experimentellen Umsetzung von Grundlagenkenntnissen aus den verfahrenstechnischen Modulen
• - Entwicklung eines kritischen und verantwortungsbewussten Umgangs mit Messdaten
• - Befähigung zur Arbeit mit analytischen Methoden

Bestimmung kinetischer Konstanten, Betriebspunkt eines adiabatischen Rührkesselreaktors

Die Studierenden sind in der Lage Versuchsanlagen zu den entsprechenden Grundoperationen der Technischen Chemie und Verfahrenstechnik sachgerecht zu betreiben und durch Variation bestimmter Versuchsparameter und Auswertung der erhaltenen Messdaten wissenschaftliche Fragestellungen zu beantworten.
Im Rahmen dessen sind die Studierenden geübt im Umgang mit experimentellen Aufbauten und können ihr theoretisch erworbenes Wissen in die praktische Anwendung umsetzen.

Ziele:
Die Studenten

• - erwerben ein physikalisches Grundverständnis wesentlicher Prozesse der chemischen Verfahrenstechnik insbesondere der Reaktionstechnik
• - sind in der Lage, chemische Reaktionen zu analysieren, z.B. Schlüsselkomponenten und Schlüsselreaktionen herauszuarbeiten
• - können sichere Aussagen zum Fortschreiten von Reaktionen in Abhängigkeit der Prozessbedingungen und zur Ausbeute sowie Selektivität gewünschter Produkte treffen und sind somit befähigt einen geeigneten Reaktortyp auswählen
• - haben die Kompetenz, Reaktionen unter komplexen Aspekten, wie Thermodynamik, Kinetik und Katalyse zu bewerten
• - sind im Umgang mit Rechenmodellen gefestigt und damit in der Lage einen BR, CSTR oder PFTR verfahrenstechnisch auszulegen bzw. stofflich und energetisch zu bewerten

Inhalte:

• - Stöchiometrie chemischer Reaktionen
• - Chemische Thermodynamik
• - Kinetik
• - Stofftransport bei der heterogenen Katalyse
• - Berechnung chemischer Reaktoren
• - Wärmebilanz chemischer Reaktoren
• - Stoffliche Aspekte der Chemischen Verfahrenstechnik

Ziele:
Die Studenten

• - erwerben ein Grundverständnis für ausgewählte großtechnische Prozesse der organischen bzw. anorganischen Chemie und der chemischen Verfahrenstechnik
• - sind in der Lage stoffliche und technische Aspekte ausgewählter chemischer Prozesse als Ganzes einzuordnen und auf andere Prozesse zu übertragen
• - können die Verfahrensentwicklung, apparative Umsetzung und Wirtschaftlichkeit chemischer Prozesse einschätzen (Labor- vs. Industriemaßstab)
• - haben einen sicheren Umgang bei der Gestaltung von Verfahren mit nachwachsenden Rohstoffen bzw. können diesbezüglich auftretende Problemstellungen analysieren und lösen

Inhalte:

• - Stoffliche und technische Aspekte der industriellen Chemie am Beispiel ausgewählter Verfahren und Produkte
• - Charakterisierung chemischer Verfahren
• - Verfahrensauswahl und Verfahrensentwicklung
• - Probleme bei der Prozessentwicklung und beim Betrieb von Chemieanlagen
• - Versorgung mit Rohstoffen und deren Aufarbeitung, organische Zwischenprodukte, organische Folgeprodukte, anorganische Grundstoffe, anorganische Massenprodukte, moderne anorganische Spezialprodukte
• - Produktstammbäume und deren Querverbindung zu anderen Produktgruppen
• - Energiebedarf, Umweltbelastungen, Anlagensicherheit

Objectives:
Topic of the lecture Chemical Reaction Engineering is the quantitative assessment of chemical reactions, the selection of suitable reactor types and their design.

• - Contents:
• - Stoichiometry of chemical reactions
• - Chemical thermodynamics
• - Kinetics
• - Mass transfer in heterogeneous catalysis
• - Design of chemical reactors
• - Heat balance of chemical reactors
• - Material aspects in chemical process engineering

Ziele:
Die Studenten

• - haben methodisch grundlagenorientierte Lösungskompetenz für Problemstellungen bei reaktiven Prozessen in der Verfahrenstechnik
• - sind in der Lage die Wechselwirkungen zwischen Reaktionsführung, Produktselektivität und Aufarbeitung sowie Probleme der Wärmeab-/zufuhr im Reaktor zu analysieren, zu modellieren und zu bewerten
• - können moderne integrierte Reaktorkonzepte, deren Apparative Umsetzung und Wirtschaftlichkeit einschätzen und sind in der Lage diese in die Praxis zu überführen

Inhalte:
1. Einleitung & Repetitorium

• - Typische Reaktortypen & Reaktionsführungen (absatzweise, kontinuierlich, isotherm, adiabat, polytherm)
• - Unit-Operations der thermischen & mechanischen Verfahrenstechnik (Destillation, Rektifikation, Strippen, Absorption, Adsorption, Chromatographie, Kristallisation, Extraktion, Pervaporation, Membranverfahren, Ultrafiltration, Mahlung, Extrusion)

2. Innovative Reaktorkonzepte (allgemeine Konzepte)

• - Konzept und Klassifizierung der Multifunktionalität in chemischen Reaktoren
• - In-Situ-Synergien zwischen Reaktionsführung und Unit-Operation
• - Diffusiver, konvektiver Stofftransport; rekuperativer, regenerativer, konvektiver Wärmetransport; Wärmeleitung; homogene, heterogene Koppelreaktionen
• - Darstellung bi- bzw. multifunktionaler Reaktionsführungen (Beschreibung, Voraussetzungen, Bewertung)
• - Einsatzgebiete multifunktionaler Reaktoren

3. Ausgewählte Beispiele innovativer Reaktorkonzepte aus Forschung & Technik - aktuelle Probleme

• - Reaktivdestillation
• - Adsorptiver Reaktor (Anwendung, Potenzial, Modellierung, Grenzen)
• - Reaktivchromatographie
• - Membranreaktor
• - Reverse-Flow-Reaktor
• - Auslegung und Optimierung multifunktionaler Reaktoren Entwicklungsperspektiven

Objectives & contents:
Estimation of kinetic rate constants for hydrolysis of acetic anhydride. Kinetic experiments will be performed in a batch reactor for three different temperatures. Analysis of concentration profiles enables the estimation of kinetic rate constants.

Ziele:
Die Studenten

• - sind in der Lage eine komplexe, praxisnahe verfahrenstechnische Problemstellung (Großprozess, z.B. Steamcracker) gemeinsam zu bearbeiten und in einem interdisziplinären Team Lösungen für einzelne Teilaufgaben zu entwickeln
• - haben die Fähigkeit komplexe Problemstellungen in einem festen Zeitrahmen zielorientiert zu bearbeiteten und die Ergebnisse, wie im Anlagenbau üblich, zu dokumentieren und in einem Vortrag zu präsentieren
• - entwickeln und festigen ihre Fertigkeiten aus den Grundlagenfächern bei der Auswahl, Auslegung, Gestaltung von Verfahren
• - können fächer- und lernbereichsübergreifende Beziehungen und Zusammenhänge herstellten und anwenden

Inhalte:
Gegenstand des Moduls ist die verfahrenstechnische Auslegung in Detailstudien wesentlicher Komponenten eines industriellen Verfahrens bzw. Prozesses, z.B. des Steamcrackens, unter Beachtung der gesetzlichen Vorgaben bei optimaler Nutzung der zur Verfügung stehenden Energien und minimalem Kostenaufwand. Die Arbeit sollte dabei folgender Struktur entsprechen:

• - Literaturrecherche zum Stand der Technik
• - Überblick über gegenwärtige Verfahren für die formulierte Aufgabenstellung
• - Diskussion aller für den Prozess (z.B. Steamcracken) wesentlichen Apparate bzw. Prozessschritte
• - Detailstudien wesentlicher Komponenten (nach Absprache) in Form modellbasierter Studien
• - Sicherheitstechnische Aspekte
• - Abschätzung der Investitions- und Betriebskosten

Ziele:
Die Studenten

• - können verweilzeit- bzw. vermischungsbedingte Effekte in realen technischen Reaktoren analysieren und mathematisch quantifizieren
• - sind in der Lage auch detaillierte, mehrdimensionale Reaktormodelle sicher einzusetzen und auf diverse chemische bzw. reaktionstechnische Problemstellungen zu übertragen
• - sind befähigt ein- und mehrphasige Reaktionssysteme zu modellieren und zu bewerten
• - können moderne integrierte Reaktorkonzepte, deren Apparative Umsetzung und Wirtschaftlichkeit einschätzen und sind in der Lage diese in die Praxis zu überführen

Inhalte:

• - Verweilzeitmodellierung in technischen Reaktoren
• - Reaktormodellierung (Schwerpunkt: 2D)
• - Mehrphasige Reaktionssysteme
• - heterogen katalysierte Gasphasenreaktionen, z.B. Festbett- und Wirbelschichtreaktoren
• - Gas-Flüssig-Reaktionen, z.B. Blasensäulen
• - Dreiphasenreaktoren, z.B. Trickle beds
• - Polymerisationsreaktionen und -prozesse
• - Innovative integrierte Reaktorkonzepte
• - Reverse-Flow-Reaktoren, Reaktivdestillation, Reaktionschromatographie, Membranreaktoren