Vorlesung: Angewandte CFD in der Verfahrenstechnik

Dozent: Prof. Dr. A. Richter

Qualifikationsziel: Die Studierenden kennen die unterschiedlichen physikalischen, mathematischen und numerischen Modelle für die angewandte Modellierung strömungsmechanischer Prozesse in der Verfahrenstechnik. Sie können mithilfe der CFD ein- und mehrphasige reaktive Systeme vereinfacht berechnen und darauf aufbauend grundlegende verfahrenstechnische Fragestellungen beantworten.

Inhalt: Modellierung chemischer Reaktionen, Turbulenzmodelle, Strahlungsmodellierung, Kopplungsalgorithmen zwischen verschiedenen Phasen, Anwendungsbeispiele (Flugstrom-, Wirbelschicht-, Festbettreaktoren, reaktive Einzelpartikel) 

Lehrformen: Vorlesung (2 SWS); Übung (1 SWS)

Prüfungsleistung: Klausurarbeit (90 Minuten) oder mündliche Prüfungsleistung

Leistungspunkte: 4

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Vorlesung: Modellierung von Grenzflächenphänomenen

Dozent: Prof. Dr. A. Richter

Qualifikationsziel: Die Studierenden kennen die unterschiedlichen physikalischen, mathematischen und numerischen Modelle für die Modellierung von Grenzflächenphänomenen in verfahrenstechnischen Anwendungen. Sie können für die Systeme Gas-Flüssig (Tropfenverdampfung), Flüssig-Fest (Erstarrung und Schmelzen), und Gas-Fest (heterogene Reaktionen) eigenständig Rechenmodelle entwickeln und zur Berechnung und Analyse von Grenzflächenphänomenen einsetzen. Sie sind darüber hinaus in der Lage, aus den Grenzflächenberechnungen einfache Teilmodelle abzuleiten, die für verbesserte Reaktorberechnungen, die Prozesssteuerung und die Prozessoptimierung eingesetzt werden können.

Inhalt: grundlegende mathematische und numerische Modelle zur Beschreibung von Grenzflächenphänomenen verfahrenstechnischer Prozesse, Erstellen von Teilmodellen und Anwendung auf Prozessanalyse und -optimierung (Gas-Fest. Glüssig-Fest, Gas-Flüssig)

Lehrformen: Vorlesung (2 SWS); Übung (1 SWS); Praktikum (1 SWS)

Prüfungsleistung: Klausurarbeit (120 Minuten) oder mündliche Prüfungsleistung

Leistungspunkte: 5

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Vorlesung: Einführung in die Prozesssimulation

Dozent: Prof. Dr. A. Richter

Qualifikationsziel: Die Studierenden erwerben Kenntnisse über verschiedene Ansätze zur Modellierung thermochemischer Konversionsprozesse, von einfachen Gleichgewichtsansätzen bis hin zu fortgeschrittenen Techniken wie der numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics – CFD). Sie können die Modellierungsansätze miteinander vergleichen und die Vor- und Nachteile für die Berechnung verschiedener reaktiver Strömungssysteme aufzeigen. Mit diesem Wissen sind die Studierenden in der Lage, für spezifische Fragestellung den am besten geeigneten Modellierungsansatz zu identifizieren und hinsichtlich Modellgenauigkeit, Modellierungs- und Rechenaufwand zu bewerten. Die Studierenden können die verschiedenen Modellierungsansätze auf einfache Systeme anwenden und kennen die Möglichkeiten zur Analyse des jeweiligen Prozesses.

Inhalt: stationäre und instationäre Modellierungsansätze, ihre physikalischen Grundlagen, typische Lösungsmethoden sowie Vor- und Nachteile; Gleichgewichts- und Rührkesselmodelle (0D); Pfropfenströmung und axiale Dispersionsmodelle (1D); numerische Strömungsmechanik (CFD) (2D und 3D); Reaktornetzwerkmodelle; modell- bzw. simulationsbasierte Analyse

Lehrformen: Vorlesung (2 SWS); Übung (1 SWS); Praktikum (1 SWS)

Prüfungsleistung: Klausurarbeit (120 Minuten) oder mündliche Prüfungsleistung

Leistungspunkte: 5

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Module: Computational Process Engineering

Lecturer: Prof. Dr. A. Richter

Competencies: The students learn various approaches for modeling fluid dynamics and chemical processes and sub-processes, covering simple equilibrium approaches as well as advanced techniques such as computational fluid dynamics (CFD). They will be able to compare modeling approaches and point out advantages and disadvantages for various sub-processes of a process plant. With this knowledge, the student is able to identify the most appropriate modeling approach for the solution of specific problems. This involves the necessary accuracy of the model as well as the required modeling and computational costs. The students can further apply the modeling approaches to simple systems and know the possibilities for the analysis and optimization of the respective process.

Contents: stationary modeling approaches, their physical principles, typical solution methods, advantages and disadvantages; equilibrium and stirres-tank reactor models (0D); reactive and non-reactive plug flows, axial dispersion models (1D); computational fluid dynamics (2D and 3D); network models; modeling and simulation based analysis 

Types of Teaching: Lecture (2 SWS); Exercises (1 SWS)

Requirements for Credit Points: Module Exam (90 minutes) or oral exam

Credit Points: 4 

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Vorlesung: Physikalische Verfahren I (Adsoprtionstechnik)

Dozent: Prof. Dr. A. Richter

Qualifikationsziel: Die Studierenden können Bilanzgleichungen (für Masse, Komponenten und Energie) an ausgewählten Beispielen auswerten, beurteilen und bewerten, Triebkraftprozesse berechnen und Gleichgewichte koppeln. Sie können diese Methode beispielhaft auf praktische Probleme bei Apparaten und deren Betrieb anwenden.

Inhalt: Grundlagen der Adsorption, Arten und Herstellungsverfahren von technischen Adsorbentien (Schwerpunkt Aktivkohle), Modellierung von Adsorptionsgleichgewichten (Betrachtung von Oberflächenfilm- und Porenfüllungsmodellen), kinetische Betrachtungen für Festbettadsorber (Durchbruchskurvenberechnung), Auslegung von Adsorbern an ausgewählten Beispielen industrieller Prozesse

Lehrformen: Vorlesung (1 SWS); Übung (1 SWS)

Prüfungsleistung: Klausurarbeit (120 Minuten)

Leistungspunkte: 4

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Vorlesung: Modellierung und Optimierung chemischer Reaktoren

Dozent: Prof. Dr. A. Richter

Qualifikationsziel: Die Studierenden sind in der Lage, mithilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD) mehrphasige, reaktive Prozesse in der Verfahrenstechnik zu modellieren, zu berechnen und zu analysieren. Darüber hinaus kennen Sie verschiedene Ansätze und Werkzeuge zur mathematischen Optimierung von chemischen Reaktoren. Mit diesem Wissen können die Studierenden zuverlässig und effizient unterschiedliche verfahrenstechnische Prozesse analysieren und hinsichtlich ausgesuchter Prozessgrößen optimieren.

Inhalt: CFD-basierte Modellierung von chemischen Reaktoren (Schwerpunkte: Festbettprozesse, Synthesen und Wirbelschichtprozesse), Vorstellung der Modelle, Ansätze für Erzeugung und Vernetzung von Schüttungen; Optimierung von chemischen Reaktoren (Grundlagen der Prozessoptimierung, Methoden der Modellreduktion), Vorstellung Software-Werkzeuge, Anwendung in Seminaren

Lehrformen: Vorlesung (2 SWS); Übung (1 SWS); Praktikum (1 SWS)

Prüfungsleistung: Klausurarbeit (120 Minuten) oder mündliche Prüfungsleistung

Leistungspunkte: 5

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