Integrierte Prozesse
Durch Integration verfahrenstechnischer Grundoperationen in einem einzigen verfahrenstechnischen Apparat ergeben sich vielfältige synergetische Wechselwirkungen, die eine ganze Reihe von prozesstechnischen Vorteilen mit sich bringen können. So können z. B. durch die Überlagerung einer gleichgewichtslimitierten Reaktion mit einer simultanen destillativen Stofftrennung in einer einzigen Reaktionskolonne deutlich höhere Umsätze erreicht werden als mit einem konventionellen sequentiellen Verfahren. Dies gilt vor allem für Veresterungs- und Veretherungsprozesse. Zudem kann durch eine der Reaktion überlagerte Destillation - vor allem bei Folgereaktionen - die Selektivität gesteigert werden. Ein Beispielprozess hierfür ist die Herstellung von Propylenoxid.
Des Weiteren ist es möglich, durch in-situ Nutzung der freigesetzten Reaktionswärme einer exothermen Umsetzung den Energiebedarf des Prozesses zu senken. Derartige Prozessintegrationskonzepte führen daher vielfach zu deutlicher Reduzierung der Betriebskosten. Außerdem können durch die Integration Prozessstufen eingespart werden, so dass die Anlageninvestitionskosten gesenkt werden.
Diesen betriebswirtschaftlichen Vorteilen steht allerdings gegenüber, dass das Prozessverhalten infolge stark nichtlinearer Eigenschaften und Kopplungen äußerst komplex ist. Die Beherrschbarkeit multifunktionaler Apparate ist daher äußerst anspruchsvoll und erfordert den Einsatz moderner Prozessführungskonzepte.
Die folgenden Projekte werden derzeit bearbeitet:
1. Integration von Reaktion mit Destillation und Membrantrennverfahren
Die Integration von chemischer Reaktion mit Destillation und Membrantrennverfahren in einer Prozesseinheit ist das Ziel dieses Forschungsthemas. Poröse Membranen werden zum Design von Mikro-Trennprozessen eingesetzt.
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2. Niedertemperatur-Brennstoffzellen
Es wird das dynamische Verhalten von PEM Brennstoffzellen (PEMFC), Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) und enzymatischen Brennstoffzellen untersucht. Methoden für die Systemdiagnose, Modellierung von örtlich verteilten Prozessgrößen, Modellreduktionen und experimentielle Validierung gehen hierbei Hand in Hand.
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3. Hochtemperatur-Brennstoffzellen
Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC) sind komplexe, hochintegrierte Prozesseinheiten. Das langfristige Ziel des Forschungsthemas ist es, vorhersagende örtlich verteilte Modelle für das systematische Design, die Analyse und Optimierung der Brennstoffzellen-Stacks zu entwickeln.
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