Lehrstuhl Fluidverfahrenstechnik der Ruhr-Universität Bochum

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Ruhr-Universität Bochum
Fluidverfahrenstechnik (PF22)
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44801 Bochum

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Herr Dominik Plate, M.Sc.

Ruhr-Universität Bochum
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Forschung

Die Auslegung strukturierter Packungskolonnen basiert bis heute auf Vorversuchen im Labor- und Technikumsmaßstab. Die benötigten Versuche werden in kleineren Kolonnen durchgeführt als die auszulegenden Industriekolonnen und unterliegen damit einem anderen Wandflächen- zu Packungsvolumen-Verhältnis. Für die Rektifikation wird beispielsweise der Scale-up basierend auf Messungen von etablierten Stoffsystemen, wie Chlorbenzol/Ethylbenzol, durchgeführt. Das eigentliche Stoffsystem kann jedoch von diesem Stoffsystem unterschiedliche Eigenschaften bezüglich des Fließ- oder Siedeverhaltens aufweisen. Deswegen besteht großes Interesse, Versuche vor dem Scale-up mit dem technischen Stoffsystem durchzuführen und gleichzeitig möglichst geringe Mengen von diesem einzusetzen.

Das führt dazu, dass die Messergebnisse an Labor- und Technikumskolonnen und die daraus abgeleiteten Auslegungsparameter Einflüsse aufweisen, die beim Scale-up die Unsicherheit erhören. Um diesen Unsicherheiten entgegenzuwirken werden erhöhte Sicherheitszuschläge veranschlagt, die dazu führen, dass Kolonnen oft überdimensioniert ausgelegt werden oder der Zeitaufwand erhöht wird, um die Sicherheitszuschläge durch mehr Experimente zu reduzieren. Eine tatsächliche Verringerung der Sicherheitszuschläge ist allerdings nur möglich, wenn störende Effekte, wie z.B. der Wandeinfluss, und Übertragungsfaktoren durch Standardtestsysteme entfallen.

Davon ausgehend wurde am Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik eine Messzelle entwickelt, die den Kernbereich von Kolonnen mit strukturierten Packungen abbilden soll und damit den Wandeinfluss minimiert. Innerhalb dieser Messzelle können Parameter für ein 3D-Rate-based-Model bestimmt werden, um damit den Scale-up zu ermöglichen. Neben der Gewinnung von fluiddynamischen Parametern ist es ebenso notwendig Stofftransportparameter abzuleiten und damit den Auslegungsprozess zu optimieren.

Lehrveranstaltungen

  • Reaktions- & Trennapparate
  • Grundlagen der Verfahrenstechnik
  • Fachlabor
  • Globale Ressourcen und deren Nutzung

Veröffentlichungen

Artikel

Brinkmann, J.H., Plate, D., Merkel, A., Benedikt Seithümmer, V., Biessey, P., Grünewald, M.
2021. Application of a Wire-Mesh Sensor for the Experimental Characterization of Liquid Distribution in Packed Columns.
Chem. Eng. Sci., 116721. 10.1016/j.ces.2021.116721

J.H. Brinkmann, D. Plate, S. Hupach, M. Grünewald.
Stofftransport in Packungskolonnen. Effiziente Methode zur Ermittlung der CO2-Konzentration in Flüssigproben.
GIT Laborfachzeitschrift 4-5, S. 32, 2020.

Vorträge

Plate, D.; Brinkmann, J.; Grünewald, M.
Einfluss von Stoffeigenschaften auf die Fluiddynamik in einer miniaturisierten Messzelle zur HETP-Bestimmung
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik, Adsorption und Extraktion, 26.-28. Februar 2020, Berchtesgaden

Brinkmann, J.; Grünewald, M.; Winkler, T.; Rehfeldt, S.; Klein, H.
Modellierung und Messung der Flüssigkeitsmaldistribution und deren Auswirkungen auf den Stoffübergang in Packungskolonnen
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik, Adsorption und Extraktion, 26.-28. Februar 2020, Berchtesgaden

Brinkmann, J.; Merkel, A.; Plate, D.; Grünewald, M.
Gittersensorbasierte Charakterisierung und Modellierung von Phasenverteilung und Stofftransport in Packungskolonnen
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Wärme- und Stoffübertragung, 24.-26. Februar 2021

Plate, D.; Brinkmann, J.; Merkel, A.; Grünewald, M.
Stofftransportmessungen in einer Messzelle zum Scale-up von Packungskolonnen
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Wärme- und Stoffübertragung, 24.-26. Februar 2021

D. Plate, J. Brinkmann, M. Hapke, M. Grünewald
Fortschritte im Bereich miniaturisierter Messaufbauten als Scale-up-Werkzeug für strukturierte Packungskolonnen
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik und Membrantechnik, 27. bis 29.03.2019, Potsdam

J. H. Brinkmann, D. Plate, F. van Holt und M. Grünewald
Modellierung von Stofftransport und Phasenverteilung in Füllkörper- und Packungskolonnen
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik, 27. bis 29. März 2019, Potsdam

D. Plate, J.H. Brinkmann, M. Hapke, F. van Holt, M. Grünewald
Improved and Innovative Methods for the Characterization of Random and Structured Packings
8th International Berlin Workshop (IBW 8) on Transport Phenomena with Moving Boundaries, 25. bis 26. Oktober 2018, Berlin

Poster

Brinkmann, J.; Plate, D.; Grünewald, M.
Experimentelle Charakterisierung und Modellierung von Phasenverteilung und Stofftransport
10. ProcessNet-Jahrestagung und 34. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2020, 21.-24. September 2021

Plate, D.; Brinkmann, J.; Grünewald, M.
Experimente in miniaturisierten Messzellen als Auslegungswerkzeug zum Scale-up von Packungskolonnen
10. ProcessNet-Jahrestagung und 34. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2020, 21.-24. September 2021

Seithümmer, V.; Brinkmann, J.; Plate, D.; Grünewald, M.
Experimentelle Charakterisierung der Flüssigkeits- und Tracerverteilung in strukturierten Packungen
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Fluidverfahrenstechnik, Adsorption und Extraktion, 26.-28. Februar 2020, Berchtesgaden