Abschlussarbeit

Modellierung der Gas-Phase in Wasserelektrolyse Modulen mittels Finite Volumen Verfahren in OpenFOAM

Steckbrief

Eckdaten

Einrichtung:
Fluidverfahrenstechnik
Typ:
Masterarbeit
Schwerpunkt:
Simulation
Datum:
2020-01-01

Betreuer

Alternative Syntheserouten zur fermentativen Herstellung von Plattformchemikalien, wie z.B. Bernstein-, Itaconsäure oder L-Alanin, gewinnen durch Fortschritte in der Mikrobiologie zunehmend an Bedeutung. Jedoch ist die Aufreinigung der komplexen Fermentationsmedien weiterhin aufwändig und teuer. Konventionell werden die Zielmoleküle mittels Fällung oder Reaktivextraktion mit nachgeschalteter Verdampfungs- oder Kühlungskristallisation aufgereinigt.

Da der pH-Wert bei diesen Operationen eine zentrale Rolle spielt, werden dort häufig Additive verwendet und die dadurch entstehende Salzemission mindert die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses. An der AVT.FVT wurde daher ein elektrochemischer Downstream Prozess entwickelt, der den Shift des pH-Wertes mittels Wasserspaltung vollführt und daher keine zusätzlichen Salze produziert. Bei der Wasserspaltung wird Wasser an der Anode zu Sauerstoff und Oxonium oxidiert und so der pH-Wert abgesenkt. Gleichzeitig wird in der Kathodenkammer der pH-Wert erhöht, so dass hiermit die Fermentation gepuffert werden kann.

Um den Elektrolyseprozess besser verstehen zu können, soll in dieser Arbeit ein bestehendes Computational fluid dynamics (kurz: CFD)-Modell in OpenFOAM weiterentwickelt werden und um eine zweite Phase ergänzt werden. Die durch die Gasphase entstehenden Verwirbelungen und Ablösungen von Konzentrationsgradienten und die damit verbundene Änderung der elektrischen Widerstände sowie Permitivität des Systems sollen so charakterisiert werden. Dieser Einfluss soll im Labor anhand einer realen Elektrolysezelle validiert werden. Zusätzlich soll der Einfluss der Gas-Phase auf den Stofftransport untersucht werden.
Diese Arbeit bietet dir:

  • Einblicke in die elektrochemische Verfahrenstechnik
  • Mitarbeit an einem innovativen Prozesskonzept
  • Erlernung eines OpenSource Programms (OpenFOAM), das in der Wissenschaft und Industrie breite Anwendung findet

Das solltest du mitbringen:

  • Interesse an CFD-Simulation und OpenFOAM
  • Idealerweise: erste Erfahrungen mit Linux und/oder C++
  • Sorgfältige und eigenständige Arbeitsweise

Gerne stelle ich dir bei einem persönlichen Gespräch das Thema näher vor. Melde dich einfach bei mir (am besten mit einem kurzen Lebenslauf) und wir machen gemeinsam einen Termin aus.