Liquid-Liquid Columns
Die Entwicklung energieeffizienter Aufarbeitungsprozesse in der Chemieindustrie und Biotechnologie bietet das Potenzial nicht nur Produktionskosten zu reduzieren, sondern auch den weltweiten CO2 Ausstoß um mehrere Millionen Tonnen zu verringern1. Eine solche Prozessalternative ist die Flüssig-flüssig-Extraktion, die nicht nur die Auftrennung verschiedener Komponenten ermöglicht, sondern durch eine direkte Kopplung mit einer Reaktion die Ausbeute positiv beeinflussen kann. Die apparative Umsetzung dieses Verfahrens erfolgt häufig in Gegenstromkolonnen. Zur Gewährleistung eines optimalen Extraktions- bzw. Extraktivreaktionsprozesses müssen das Extraktionsmittel sowie die Kolonnendimensionen, Einbautengeometrien und der Energieeintrag aufeinander abgestimmt werden.
Das Ziel des Teams „Liquid-Liquid Columns“ an der AVT.FVT ist die Auslegung von Kolonnen im Industriemaßstab. Dafür entwickeln wir Modelle, die wir an Experimenten im Labor- und Technikumsmaßstab parametrisieren und validieren.
Aus diesem Grund wird intensiv an der Modellentwicklung zur Simulation von Extraktions- sowie Reaktivextraktionskolonnen geforscht. Dabei gilt es insbesondere das komplexe Zusammenspiel aus fluiddynamischen Phänomenen, Stofftransport und ggf. Reaktionskinetik in der Kolonne zu berücksichtigen. Der Detaillierungsgrad reicht dabei je nach Anwendung von einfachen Ratenmodellen bis hin zu komplexen CFD-basierten Modellen. Zunehmende Bedeutung gewinnt hierbei die datengetriebene Modellierung von Einzelphänomenen wie Tropfenbruch und -koaleszenz. Zur Entwicklung neuer Untermodelle für verschiedene Phänomene sowie zur Validierung der Gesamtmodelle werden zudem Experimente an Kolonnen im Technikumsmaßstab durchgeführt. Dabei wird auch Augenmerk auf die Integration der Kolonne in den Gesamtprozess gelegt, sowohl durch simulative Betrachtung des Gesamtprozesses, als auch durch experimentelle Verschaltung der verschiedenen Prozessschritte in der Bioraffinerie.
Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind:
- Modellbasiertes Lösungsmittel-Screening und Apparatedesign für Extraktions- und Extraktivreaktionsprozesse
- Datengetriebene Modellierung
- Experimentelle Untersuchung an Extraktionskolonnen und Einzeltropfenmesszellen
- Online Zustandsdiagnostik von Flüssig-flüssig-Extraktionskolonnen (Industrie 4.0)
- Thermodynamische Charakterisierung komplexer Recyclinggemische in Rektifikationskolonnen
In diesem Bereich sind zahlreiche Abschlussarbeiten sowohl im experimentellen als auch simulativen Bereich zu vergeben. Wenden Sie sich dafür bitte an die jeweiligen Ansprechpartner oder schauen Sie sich hier bei den ausgeschriebenen Arbeiten an der AVT.FVT um.
1Sholl und Lively (2016): Seven chemical separations to change the world.
Zeitlupenaufnahme einer pulsierten Siebbodenkolonne