Verfahrenstechnische Prozesse
In der Projektreihe „Verfahrenstechnische Prozesse“ entwerfen, untersuchen und optimieren Studierende unterschiedliche Aspekte der Destillation - einem der zentralen Thermischen Trennverfahren in der Verfahrens- und Umwelttechnik. Anhand anschaulicher Experimente, digitaler Methoden und einem nachhaltigen Fokus vertiefen sie ihr theoretisches Wissen und entwickeln praktische Fähigkeiten in den Bereichen Thermodynamik, Verfahrenstechnische Prozesse insbesondere Thermische Trennverfahren, Prozessoptimierung, Digitalisierung sowie Werkstofftechnik.
In einer Folge von Teilprojekten bearbeiten die Studierenden in Teams verschiedene Aufgaben, die für den Betrieb und die Entwicklung einer Destillationsanlage von Relevanz sind. Fernziel der Projektreihe ist es, durch innovative Ansätze die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit der Destillation zu steigern.
Träger der Projekte ist das Fachgebiet Technische Thermodynamik (TTK). Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit - unter anderem mit dem Fachgebiet Metallische Werkstoffe - erhalten die Teilnehmenden einen Einblick in verschiedene Forschungsbereiche und werden an das praxisnahe, interdisziplinäre Arbeiten herangeführt.
Das erwartet unsere Projektteilnehmenden
Berechnung und Auslegung: Kenntnisse der Thermodynamik und Verfahrenstechnik werden angewandt, um Energiebilanzen zu berechnen, die Energieeffizienz des Thermischen Trennverfahrens einer Destillationsanlage zu bestimmen und in Versuchen zu überprüfen.
Design und Konstruktion: Beim Entwerfen und Optimieren von Komponenten, z. B. Kolonnenböden, wenden die Studierenden ihr Wissen aus Konstruktion und CAD praktisch an.
Digitalisierung und Messtechnik: Messsysteme und Sensoren werden kalibriert und integriert, um Temperatur-, Druck- und Durchflussdaten zu erfassen und damit die Energieeffizienz der Prozesse zu bewerten.
Modellierung und Simulation: Die Destillation wird mit geeigneten Modellen abgebildet, sodass Prozessparameter simuliert und Optimierungspotenziale aufgezeigt werden können.
Experimentelle Untersuchungen: In praktischen Versuchen - von der Destillationsapparatur und der zu trennenden Versuchslösung bis hin zu Laborkolonnen - werden Messdaten erhoben und im iterativen Prozess zur Weiterentwicklung genutzt.
Nachhaltigkeit: Neue Werkstoffe und Fertigungsmethoden, wie die additive Fertigung, werden eingesetzt, um innovative Lösungen für einen energieeffizienten Betrieb zu entwickeln.
Wettbewerb & Teamarbeit: In einem vergleichenden Ansatz treten die Teams gegeneinander an, um Kreativität, Genauigkeit und Effizienz ihrer Prozesslösungen zu demonstrieren.
In Projekt I lernen die Teilnehmenden die Grundlagen der Destillation kennen. Meilensteine sind:
Einführung in verfahrenstechnische Prozesse
Aufbau und Betrieb einer Destillationskolonne
Untersuchung des Thermischen Trennverfahrens und Energieeffizienz
Erste Auswertung und Präsentation der Ergebnisse
Hier stehen Datenverarbeitung und Modelansätze für Thermische Trennverfahren im Mittelpunkt. Die gemessenen Daten werden ausgewertet, digitalisiert und zur Validierung der Prozesssimulation genutzt. Ziel ist es, durch digitale Methoden die Energieeffizienz des Prozesses zu verstehen und zu optimieren. Meilensteine sind:
Entwicklung und Einsatz eines Mess- und Datenerfassungssystems
Erfassung und Analyse von Temperatur-, Druck- und Konzentrationsprofilen
Einführung in die Prozesssimulation und Datenvisualisierung
Validierung der Prozesssimulation durch eigene Messdaten aus Projekt I
Präsentation und systematisches Datenmanagement
Dieses Projekt wird interdisziplinär mit dem Fachgebiet Metallische Werkstoffe am Institut für Werkstofftechnik durchgeführt. Anhand der Prozesssimulation und eigenen Messdaten werden optimierte Kolonnenböden für einen energieeffizienten und mehrstufigen Betrieb entwickelt. Diese werden zusammen mit dem Fachgebiet Metallische Werkstoffe additiv gefertigt. Meilensteine sind:
Entwicklung von optimierten Kolonnenböden und Auswahl von nachhaltigen Materialien
Konzeption, Design und additive Fertigung von Kolonnenböden
Experimentelle Untersuchung des Einflusses der additiv gefertigten Kolonnenböden auf die Energieeffizienz
Präsentation und Auswertung im interdisziplinären Team