Untitled - Aachener Verfahrenstechnik

Im Folgenden werden die wichtigsten Ergebnisse
der Forschungsgruppen des AVT.TVT kurz
vorgestellt.
Tailor-Made-Fuel from Biomass
Um Zweiphasensysteme im TMFB-Prozess wirtschaftlich
voneinander zu trennen, werden Abscheider
eingesetzt. Die Einflüsse der biomassebasierten
Feststoffe und der erhöhten Viskosität
der flüssigen Phasen auf das Koaleszieren
von zwei Tropfen im Abscheider werden durch
ein Atomic Force Microscope (AFM) detailliert
untersucht. Durch das AFM (Bioscope II, Veeco)
ist es möglich, mit sehr hoher örtlicher und zeitlicher
Auflösung die Kräfte zwischen zwei Tropfen
als Funktion ihres Abstandes zu messen.
Mit einem speziellen mit Aluminium beschichteten
Prisma ist es gelungen, die Verformung
der Tropfen sowohl von unten als auch von der
Seite zu beobachten (Abb.12) und so eine sehr
genaue Auswertung des wahren Abstandes zu
ermöglichen. Diese genauen Messungen sollen
unser Auslegungstool für Settler wesentlich verbessern.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten
in der TMFB-Gruppe ist die Untersuchung
von effizienten Reaktivextraktionsverfahren für
die Abtrennung von Itakonsäure, einer zukünftigen
biobasierten Plattformchemikalie, aus Fermentationslösungen.
Die Itakonsäure kann unter
geeigneten Bedingungen fast vollständig aus der
Fermentationslösung abgetrennt und anschließend
durch chemische Reaktionen in geeignete
Biokraftstoffe umgewandelt werden.
Abb.12: Das reale und das virtuelle Bild einer
Kugel (rechts) durch ein Albeschichtetes
2-mm-Prisma (links)
Thermische Verfahrenstechnik
Extraktion
Ein Forschungsschwerpunkt der Extraktionsgruppe
ist die Erweiterung des Simulationsprogramms
ReDrop, mit dem Hydrodynamik und
Trennleistung von Technikumsextraktionskolonnen
basierend auf Einzeltropfenexperimenten
vorhergesagt werden können. ReDrop verfolgt
bei seinen Berechnungen Einzeltropfen während
ihrer gesamten Lebenszeit in der Kolonne
und berücksichtigt unter Verwendung von
Monte-Carlo-Methoden Phänomene in einer Kolonne
wie Sedimentation und Stofftransport. Der
Einfluss von Verunreinigungen, die das Tropfenverhalten
massiv beeinflussen können, werden
durch Modellparameter berücksichtigt, die an
Daten von Einzeltropfenexperimenten mit dem
Originalstoffsystem angepasst werden. Neben
der physikalischen Extraktion ist ReDrop nun
auch in der Lage, Reaktivextraktion erfolgreich
zu beschreiben. ReDrop kann zudem Hydrodynamik
und Trennleistung von gerührten Kolonnen
wie z. B. der Kühni-Geometrie erfolgreich
vorhersagen. Zur Entwicklung entsprechender
Detailmodelle wurden Laboruntersuchungen mit
Einzeltropfen zum Stofftransport in neu erweiterten
gerührten Messzellen durchgeführt. Zur
Validierung von ReDrop für hochviskose Systeme
erfolgten Kolonnenversuche im Technikumsmaßstab.
Auch auf Basis von Wünschen aus
der Industrie, die im Rahmen des jährlichen
ReDrop-Workshops abgefragt wurden, ist zudem
eine neue Benutzeroberfläche für ReDrop
erstellt worden.
Molekulare Thermodynamik
Literaturmodelle zur Berechnung thermophysikalischer
Stoffgrößen können mehrere sauerstoffhaltige
stark wechselwirkende funktionelle
Gruppen, die in einem Molekül auftreten, nur
ungenau berücksichtigen. Gerade solche Stoffe
treten in Biomasse (s. Abb.13) wesentlich
häufiger auf als in fossilen Stoffen und werden
aber beim bevorstehenden Rohstoffwandel
in der chemischen Industrie hin zu nachwachsenden
Rohstoffen eine neue Herausfor-
17 Thermische Verfahrenstechnik Rührkessel - Die AVT im Blick