Wiss. Kontakte und Kooperationen:  Institut für Mehrphasenströmungen, TU Hamburg Harburg; Institut für Technische Chemie, Leibnitz Universität Hannover;  Advanced Ceramic Group, Universität Bremen.

Gas-flüssig Membrankontaktoren wurden bereits für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten getestet. Sowohl für physikalische und chemische Absorptionsprozesse, z.B. zur CO2 Abscheidung, als auch für die blasenfreie Begasung von Biorektoren können Kontaktoren häufig einige Prozessvorteile bieten. Aufgrund des hohen Oberfläche zu Volumen Verhältnisses können durchaus höhere Massentransferkoeffizienten erreicht werden, als in konventionellen Modulen, wie Blasensäulenreaktoren oder Packungskolonnen.

Hauptaugenmerk der vorliegenden Arbeit liegt auf der blasenfreien Begasung von enzymatischen Oxidationsprozessen. Die Bereitstellung von molekularem Sauerstoff als Reaktionspartner mittels Blasen führt bei einer Reihe von Prozessen zu erheblichen Schwierigkeiten [5], wie Desaktivierung durch induzierte Scherkräfte oder  Austrag von Enzym und Reaktanden. Die blasenfreie Begasung mittels hydrophober Hohlfasermembranen stellt eine Lösung dar. Dennoch ist der Massentransport in kommerziell erhältlichen Hohlfasermembrankontaktoren limitiert. Durch die geringen Innendurchmesser der Fasern und die niedrigen Durchflussgeschwindigkeiten ergibt sich ein laminares Strömungsprofil. Um insbesondere den grenzschichtnahen Stofftransport zu erhöhen, können durch neuartige Hohlfasergeometrien gezielt Sekundärströmungen, wie Dean Wirbel, erzeugt werden. Diese Dean Wirbel entstehen z.B. in helikalen oder meanderförmigen Hohlfasern. 

Die Steigerung der Sauerstofftransferraten durch die Induzierung von Dean-Wirbeln in der Hohlfaser zur schnellen Durchmischung, werden in dieser Arbeit untersucht. Dabei werden verschiedener Parameter, wie Kurvenradius, Strömungsgeschwindigkeit und Länge einzelner Hohlfasern variiert und zusätzlich verschiedene Hohlfasergeometrien getestet. Die experimentellen Ergebnisse werden zusätzlich mit numerischen Simulationen des Stoffübergangs an Hohlfasermembranen verglichen und validiert. Unter Zuhilfenahme von theoretischen Packungsdichten können Aussagen zur Optimierung der blasenfreien Begasung und des Designs von Hohlfasermodulen getroffen werden. Als Beispielreaktion zur Evaluierung der Stofftransportprozesse an einem enzymatischen System dient die Oxidation von Cycloketonen mit Hilfe der Baeyer-Villiger-Monooxygenase

Wiss. Kontakte und Kooperationen:  Institut für Mehrphasenströmungen, TU Hamburg Harburg; Institut für Technische Chemie, Leibnitz Universität Hannover;  Advanced Ceramic Group, Universität Bremen.

Gas-flüssig Membrankontaktoren wurden bereits für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten getestet. Sowohl für physikalische und chemische Absorptionsprozesse, z.B. zur CO2 Abscheidung, als auch für die blasenfreie Begasung von Biorektoren können Kontaktoren häufig einige Prozessvorteile bieten. Aufgrund des hohen Oberfläche zu Volumen Verhältnisses können durchaus höhere Massentransferkoeffizienten erreicht werden, als in konventionellen Modulen, wie Blasensäulenreaktoren oder Packungskolonnen.

Hauptaugenmerk der vorliegenden Arbeit liegt auf der blasenfreien Begasung von enzymatischen Oxidationsprozessen. Die Bereitstellung von molekularem Sauerstoff als Reaktionspartner mittels Blasen führt bei einer Reihe von Prozessen zu erheblichen Schwierigkeiten [5], wie Desaktivierung durch induzierte Scherkräfte oder  Austrag von Enzym und Reaktanden. Die blasenfreie Begasung mittels hydrophober Hohlfasermembranen stellt eine Lösung dar. Dennoch ist der Massentransport in kommerziell erhältlichen Hohlfasermembrankontaktoren limitiert. Durch die geringen Innendurchmesser der Fasern und die niedrigen Durchflussgeschwindigkeiten ergibt sich ein laminares Strömungsprofil. Um insbesondere den grenzschichtnahen Stofftransport zu erhöhen, können durch neuartige Hohlfasergeometrien gezielt Sekundärströmungen, wie Dean Wirbel, erzeugt werden. Diese Dean Wirbel entstehen z.B. in helikalen oder meanderförmigen Hohlfasern. 

Die Steigerung der Sauerstofftransferraten durch die Induzierung von Dean-Wirbeln in der Hohlfaser zur schnellen Durchmischung, werden in dieser Arbeit untersucht. Dabei werden verschiedener Parameter, wie Kurvenradius, Strömungsgeschwindigkeit und Länge einzelner Hohlfasern variiert und zusätzlich verschiedene Hohlfasergeometrien getestet. Die experimentellen Ergebnisse werden zusätzlich mit numerischen Simulationen des Stoffübergangs an Hohlfasermembranen verglichen und validiert. Unter Zuhilfenahme von theoretischen Packungsdichten können Aussagen zur Optimierung der blasenfreien Begasung und des Designs von Hohlfasermodulen getroffen werden. Als Beispielreaktion zur Evaluierung der Stofftransportprozesse an einem enzymatischen System dient die Oxidation von Cycloketonen mit Hilfe der Baeyer-Villiger-Monooxygenase