• Masterarbeit

• Experimentell

Wenn die Geschwindigkeit einer Reaktion extrem hoch ist, kann die Vermischung der Edukte eine große Rolle für die Selektivität spielen. Im Gegensatz zu kinetisch limitierten Reaktionen gibt es für diese mischungssensitiven Reaktionen keine einfachen Modellansätze, die den Einfluss verschiedener Prozessvariablen, wie z.B. der Feedeintrittsgeschwindigkeit oder der Lage der Feedpunkte, auf die Selektivität der Reaktion zuverlässig beschreiben können. Aus diesem Grund wird am Fraunhofer ITWM in Zusammenarbeit mit dem LRF eine CFD-basierte Methode entwickelt, die diese Zusammenhänge zuverlässig beschreiben soll. Um die Qualität der Modellvorhersage zu überprüfen, werden im Rahmen dieser Arbeit experimentelle Untersuchungen durchgeführt.

Dazu sollen zwei verschiedene Untersuchungen an einem einfachen einphasigen Reaktor durchgeführt werden. Zum einen sollen mittels Particle Image Velocimetry (PIV) Messungen die Strömungsverhältnisse im Einlaufbereich erfasst werden. Zum anderen sollen in diesem Reaktor umfangreiche Parameterstudien mit mischungssensitiven Testreaktionen durchgeführt werden.

Ziele:

Aufbau einer Messapparatur und Durchführung von fluiddynamischen und reaktiven Studien von mischungssensitiven Reaktionen.

Anforderungen:

Erfahrungen im Labor vorteilhaft.

• Bachelorarbeit
• Masterarbeit
• Projektarbeit
• Studienarbeit

Modellierung biologischer Systeme

Im Belebungsbecken einer biologischen Kläranlage wird Phosphat durch mikrobiologische Prozesse abgebaut. Dabei spielen die aeroben und anaeroben Phasen eine entscheidende Rolle bezüglich der Fähigkeit von Mikroorganismen das überschüssige Phosphat aus dem Abwasser aufzunehmen und zu speichern. Die Prozessdynamik des Phosphatabbaus wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Sauerstoffverfügbarkeit, die Rückführung aus der Nachklärung sowie die Verweilzeit der Biomasse.

Ziel: Das Ziel der Arbeit ist die Modellierung des Belebungsbeckens mit dem Activated Sludge Model ASM2d. Außerdem soll die Rezirkulationsrate aus dem Nachklärbecken untersucht werden. Dadurch soll der Einfluss der Rückführung auf den biologischen Phosphatabbau untersucht werden.

Anforderungen: Programmierkenntnisse (z.B. Julia, Matlab) und grundlegende Kenntnisse der Reaktionstechnik (z.B. Vorlesung Chemische Verfahrenstechnik) vorteilhaft.

• Bachelorarbeit
• Masterarbeit
• Diplomarbeit

simulativ

Modellierung der betriebsparameterabhängigen Katalysatordesaktivierung in Rieselbettreaktoren

In Rieselreaktoren werden eine Flüssigphase und eine Gasphase im Gleichstrom von oben nach unten durch ein Bett bestehend aus festen Katalysatorpartikeln geleitet. Diese verlieren über die Betriebsdauer hinweg ihre Aktivität (Katalysatordesaktivierung). Nach einer gewissen Betriebsdauer muss der Katalysator kosten- und zeitaufwändig ersetzt werden. Die Geschwindigkeit, mit der der Katalysator desaktiviert, hängt von zahlreichen Faktoren ab. Diese können durch die Prozessführung prinzipiell beeinflusst werden. Der Einfluss der Einzelnen Parameter auf die Gesamtproduktivität des Prozesses kann mit Hilfe von Modellen untersucht werden.

Ziele:

Ziel ist es einen optimalen Betriebspfad zu finden, der die Katalysatordesaktivierung minimiert und gleichzeitig jederzeit die erforderliche Produktausbeute garantiert.

Anforderungen:

Programmierkenntnisse (z.B. Julia, Matlab) und grundlegende Kenntnisse der Reaktionstechnik (z.B. Vorlesung Chemische Verfahrenstechnik oder Energieverfahrenstechnik) vorteilhaft.

• Teamarbeit
• Studienarbeit
• Forschungsarbeit
• Projektarbeit

• Konstruktiv
• Experimentell

Häufig treten in Prozessen, die in der chemischen Industrie genutzt werden, mehrphasige Systeme auf. Die Charakterisierung dieser Systeme ist eine anspruchsvolle Messaufgabe und notwendig, um solche Prozesse zu regeln, zu optimieren und Modelle zu validieren. Ein mehrphasiges System wird durch eine Vielzahl an Eigenschaften charakterisiert, wobei eine wichtige Eigenschaft der dispersen Phase deren Größenverteilung ist. Im Fall, dass die kontinuierliche Phase flüssig und die disperse Phase gasförmig ist, wird die Größenverteilung, Blasengrößenverteilung (BSD) genannt.

Eine Möglichkeit, um solche Systeme hinsichtlich der BSD zu charakterisieren stellen bildoptische Methoden dar. Um hier eine möglichst gute Grundlage für die spätere Auswertung der Bilder zu schaffen, ist es von Interesse eine möglichst hohe Ausleuchtung der region of interest (ROI) bei gleichzeitig kurzen Belichtungszeiten zu ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit soll dazu ein bestehender Versuchstand dahingehend optimiert werden, dass mit diesem BSD in einer Reaktionsmischpumpe bestimmt werden können. Eine Reaktionsmischpumpe stellt dabei ein interessantes aber bisher wenig erforschtes Reaktorkonzept dar, gerade wenn es um mehrphasige Systeme geht.

• Master thesis

Mass transfer with chemical reaction in two-phase systems

Topic:

Gas-liquid reactors are widely used in industrial applications. Several processes, such as hydrogenation, halogenation, sulfonation, nitration, oxidation of organic and inorganic compounds, are performed in gas-liquid reactors where reactions between liquid and gaseous reactants take place [1]. These reactors have a crucial role in transforming raw materials into valuable products in industries such as pharmaceuticals, petrochemicals, and environmental engineering.

To optimize mass transfer in gas-liquid reactors, it is essential to have a comprehensive understanding of the reaction kinetics and carefully consider factors such as mixing, interfacial area, mass transfer coefficient, temperature, pressure, and more. By investigating these factors, we can enhance our understanding of the underlying mass transfer mechanisms and develop strategies to optimize reactor design and operation.

Aims:

In this work, sulphite oxidation is used to measure mass transfer coefficient in a gas-liquid mixing reactor, and the influence of different mixing intensities on mass transfer and hydrodynamic parameters such as bubble diameter, gas hold-up, and interfacial area is investigated. By studying these factors, useful insights can be gained into the dominant mass transfer mechanisms within the reactor.

Requirements: 

• Basic knowledge of mass transfer and fluid mechanics.
• Ability to work independently.
• Independent problem solving.
• Experience with experimental equipment and/or laboratory experience is desirable.

Reference:

[1] M. Pisu, A. Cincotti, G. Cao, F. Pepe, Studies in Surface Science and Catalysis, Volume 133, 2001, Pages 471-476.

• Masterarbeit
• Studienarbeit (Master)

Simulativ

Topic:

Jet Loop Reaktoren sind aufgrund ihrer komplexen Strömungsdynamik und ihrer Anwendung in der chemischen und biotechnologischen Industrie von großem Interesse. Die numerische Strömungssimulation in solchen Reaktoren stellt eine Herausforderung dar. Die Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) hat sich als eine vielversprechende Technik zur Simulation von Fluidströmungen in solchen Systemen etabliert, die im Vergleich zur klassischen CFD extrem schnelle Ergebnisse liefert.

Ziele:

• Einarbeitung in die Lattice-Boltzmann-Methode
• Durchführung der Simulationen in M-Star
• Analyse und Darstellung der Simulationsergebnisse
• Parametervariationen (Leistungseintrag, Reaktorgeometrie)
• Validierung der numerischen Ergebnisse durch Vergleich mit experimentellen Daten (z. B. PIV-Messungen)

Anforderungen: Kenntnisse in der Strömungsmechanik und Erfahrung mit CFD-Tools vorteilhaft, aber nicht notwendig!

• Masterarbeit
• Studienarbeit (Master)

Experimentell

Topic:

Jet Loop Reaktoren sind aufgrund ihrer internen Zirkulationsströmung und der typischen zweiphasigen Betriebsweise von großem Interesse für Anwendungen in der chemischen und biotechnologischen Industrie. Die präzise Modellierung und Simulation der Fluiddynamik in solchen Reaktoren erfordert experimentelle Daten, um die Simulationsergebnisse zu validieren. Particle Image Velocimetry (PIV) ist eine leistungsstarke Methode zur Messung von Strömungsfeldern und bietet eine vielversprechende Möglichkeit, die Modellvorhersagen mit realen Messdaten zu vergleichen.

Ziele:

• Vorbereitung und Durchführung von PIV-Messungen
• Auswertung der PIV-Messdaten zur Erstellung von 2D-Strömungsfeldern
• Vergleich mit Ergebnissen aus numerischen Simulationen
• Parametervariationen (Leistungseintrag, Reaktorgeometrie)

Anforderungen: Grundkenntnisse in Fluiddynamik und Strömungsmechanik.