Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuen Ansatzes für die Synthese und den Entwurf von thermischen Trennverfahren, welche häufig einen hohen Energiebedarf aufweisen, insbesondere im Fall destillativer Trennverfahren. Durch die Konzentration auf Prozessintensivierung und Prozesssystemtechnik soll ein integrierter Rahmen entwickelt werden, der auf Superstrukturmodellen und einem automatischen Codegenerierungsverfahren basiert. Die Superstrukturmodelle verbinden hierbei sogenannte Phänomenbausteine um eine möglichst allgemeingültige Repräsentation des Entscheidungsraums abzubilden. Durch den Einsatz modernster Optimierungstechniken soll die Methodik innovative Prozessdesigns ermöglichen, wie thermisch gekoppelte Trennwandkolonnen, wärmeintegrierte Destillationsprozesse und hybride Konfigurationen integrieren. Diese Integrationen versprechen eine signifikante Reduzierung des Energieverbrauchs und der Emissionen durch die Überwindung bestehender Barrieren im Prozessdesign. Der strategische Einsatz einer plattformunabhängigen Metasprache für die Codegenerierung gewährleistet Anpassungsfähigkeit und Flexibilität.

Kooperationspartner: Fachgebiet Dynamik und Betrieb technischer Anlagen, Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik, TU Berlin

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft seit 2023

In diesem Teilprojekt B06 des Sonderforschungsbereichs SMARTe Reaktoren sollen Superstrukturoptimierungsansätze und Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulationen für eine Multiskalenoptimierung genutzt werden, um das Potential neuartiger adaptiver Materialien bestmöglich auszunutzen. Entscheidend ist hierbei die Verknüpfung von den teuren hochauflösenden CFD Modellen und den für eine direkte mathematisch Optimierung zugänglichen systemischen Modellen. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Gestaltung flexibler SMARTer Reaktoren mit optimal kontrollierten Reaktionsbedingungen.

Kooperationspartner: SFB Team

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft seit 2023

SFB 1615 Website

Die Liquid-Only-Transfer (LOT) Sequenz ist eine innovative Adaption der konventionellen thermisch gekoppelten Rektifikationssequenz. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass kein dampfförmiger Transferstrom zwischen den Kolonnen benötigt wird, wodurch sich sowohl das Design als auch der Betrieb simpler und flexibler gestaltet. Das Ziel dieses Projektes ist es LOT-Sequenzen umfassend modellbasiert und experimentell zu analysieren, um das Potential dieser Sequenzen zu eruieren, die Vorteile zu validieren und Prozessverständnis zu generieren.

Ziel dieses Projektes ist das Design neuartiger strukturierter Packungen für thermische Trennkolonnen. Dabei wird die Struktur der Packung mittels mathematischer Optimierung hinsichtlich der zu erwartenden Leistung aufbauend auf der strukturierten Packungen in Gas-Flüssig Kontakt mithilfe von Simulationsrechnungen gezielt optimiert. In einem weiteren Schritt werden die entworfenen Packungen  experimentell hinsichtlich unterschiedlicher Leistungsparameter analysiert.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer automatischen Generierung destillationsbasierter Prozesse, die allein auf einer thermodynamsichen Beschreibung des Phasenverhaltens eines aufzutrennenden Mehrstoffgemsiches aufbaut. Durch ein rein algorithmische Ableitung von alternativen Fließbildern unter Berücksichtigung von Trenngrenzen und Druckänderung wird eine automatische Fließbildgenerierung auch für azeotrope Mehrstoffgemsiche ermöglicht, welche bislang nur durch aufwendige Simulationsstudien, oder die grafische Analyse von Konzentrationsdiagrammen ternärer Teilsysteme abgeleitet werden.

Kooperationspartner: Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik, TU Dortmund

Vor dem Hintergrund steigender Energiepreise und zur Verringerung des Ausstoßes von Treibhausgasen ist die Steigerung der Effizienz von Rektifikationsprozessen unerlässlich. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojekts steht daher die Bewertung innovativer energieintegrierter Rektifikationsverfahren hinsichtlich energetischer, ökonomischer und ökologischer Kriterien im Kontext einer sich wandelnden chemischen Industrie. Je nach Trennaufgabe kommen verschiedene Verbesserungsmaßnahmen wie thermische Kopplung, Wärmeintegration oder der Einsatz von Wärmepumpen sowie unterschiedliche Kolonnenkonfigurationen zur Trennung in mehrere Fraktionen in Frage. Dementsprechend muss aus einer Vielzahl von Varianten die leistungsfähigste Prozessalternative ermittelt werden. Um dies zu erreichen, wird ein auf rigorosen thermodynamischen Modellen basierendes Shortcut-Screening in Verbindung mit einer rigorosen Optimierung angewendet.

Die Bedeutung der Biotechnologie in der chemischen Industrie nimmt kontinuierlich zu. Dies gilt insbesondere für komplexe Moleküle in der Feinchemie, bei denen Enzymkaskaden eine vielversprechende Lösung für selektive Synthesen bieten. Allerdings sind biochemische Prozesse im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren eher langsam. Um dieser Herausforderung zu begegnen, kann eine Prozessintensivierung in Form von Prozessintegration hilfreich sein. In diesem Projekt wird erstmals eine dreiphasige (flüssig/flüssig/fest) reaktive Extraktionszentrifuge in Betrieb genommen. Durch die Integration einer enzymatischen Reaktion entsteht eine einzigartige enzymatische reaktive Extraktionszentrifuge.

Kooperationspartner: Institut für Technische Biokatalyse, TU Hamburg

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft seit 2021

Die Herstellung von Proteinen als Biopharmazeutika ist ein bedeutender und expandierender Bereich der pharmazeutischen Industrie. Gegenwärtig werden die Biopharmazeutika nach der fermentativen Herstellung durch verschiedene chromatographische Verfahren gereinigt. Die Entwicklung dieser Methoden erfordert jedoch aufwendige experimentelle Untersuchungen. In diesem Projekt werden experimentelle Methoden und molekulardynamische (MD) Simulationen eng miteinander kombiniert, um die Ionenaustauschadsorption von Biopharmazeutika zu charakterisieren, um die Entwicklungskosten des Downstreamprocessing zu senken.

Kooperationspartner: Institut für Thermische Verfahrenstechnik, TU Hamburg; Institut für chemische Reaktionstechnik, TU Hamburg

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft seit 2021