Forschung

Die Intensivierung technisch chemischer Prozesse erfordert neben experimentellen Untersuchungen die theoretische Durchdringung des komplexen Zusammenspiels zwischen Hydrodynamik, konvektivem und diffusivem Stofftransport sowie chemischer Reaktion. In Mehrphasensystemen kommen Stoffaustausch sowie dynamische Verformung der Phasengrenzfläche hinzu. Eine große Herausforderung ist dabei die oftmals enorme Mehrskaligkeit solcher strömungsbasierten technisch-chemischen Prozesse, bei der relevante Teilprozesse auf räumlich und/oder zeitlich weit auseinander liegenden Skalenbereichen ablaufen.
Ziel ist es, auf Grundlage von theoretischer Analyse und numerischer Simulationen mittels vereinfachender mathematisch-mechanistischer Modellierung die Lücke zwischen den in praktischen Anwendungen eingeführten integralen Prozessmodellen und den in der akademischen Forschung aktuell genutzten mathematisch-mechanistischen Modellen zu schließen.

Forschungsschwerpunkte und aktuelle Projekte:

• Stofftransport und Chemische Reaktion
  Strömungsbasierte Mischprozesse sind grundlegender Bestandteil vieler chemischer Prozesse. Realisierbare Mischzeiten reichen von einigen Millisekunden bis zu Sekunden, wobei die vollständige Homogenisierung oft nicht sichergestellt ist. Werden kinetische Parameter chemischer Reaktionen dieses Zeitskalenbereichs ohne Berücksichtigung der Mischprozesse bestimmt, sind sie mischungsmaskiert und geben die inhärente chemische Kinetik nicht wieder. In diesem Projekt wird die Validierung und Anwendung einer Methode zur Bestimmung inhärenter chemischer Kinetiken von in Flüssigphase ablaufenden chemischen Reaktionen im stationären, laminaren Flachbettmikroreaktor vorgestellt. Der verfolgte Ansatz basiert auf der mechanistischen Modellierung der Molmengen unter Berücksichtigung von Konvektion, Diffusion und Reaktion und der Bestimmung der unbekannten Parameter durch Anpassung des Modells an experimentell ermittelte Konzentrationsverläufe.
  DFG-Teilprojekt (PAK119): Modellbasierte Bestimmung lokal gültiger Kinetiken chemischer Reaktionen in Flüssigphase mittels Flachbettmikroreaktor
  
  
• Polymerreaktionstechnik
  Die Synthese, Aufarbeitung, und Verarbeitung von polymeren Materialien erfordern geeignete Apparate. Wohl eingeführt im Hochviskosbereich sind Schneckenmaschinen. Im Falle des Erfordernisses langer Verweilzeit und geringer Rückvermischung zur Erzielung notwendiger Mischgüten bzw. enger Eigenschaftsverteilungen (z.B. der Molmasse) sind Kneter von besonderem Interesse. Sie sind jedoch in ihren komplexen Wirkmechanismen, insbesondere in Hinblick auf effiziente Prozessführung und die Beeinflussung der Produkteigenschaften, noch zu wenig verstanden. Daher kann der Prozessintensivierung von polymeren und auch polymeranalogen Umsetzungen in Knetern, wie der Polymerisation selber, der Polymermodifizierung durch Blenden weiterer Komponenten, der Blendkompatibilisierung, der Erzeugung bi- und multimodaler Systeme sowie nanoskaliger Strukturen, derzeit nur sehr begrenzt nachgekommen werden.
  FP7-EU-Projekt F³-Factory: Reaktionstechnische Charakterisierung von Zweiwellenknetern
  
  

Abgeschlossene Projekte (Auswahl)