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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Module: Modelling of Interphase Phenomena

Lecturer: Prof. Dr. A. Richter

Competencies: Students are familiar with the various physical, mathematical and numerical models for modelling interphase phenomena in process engineering applications. They will be able to independently develop calculation models for gas-liquid (droplet evaporation), liquid-solid (solidification and melting) and gas-solid (heterogeneous reactions) systems and use them to calculate and analyse interphase phenomena. They are also able to derive simple partial models from the interface calculations which can be used for improved reactor calculations, process control and process optimisation.

Contents: Basic mathematical and numerical models for the description of interphase phenomena of engineering processes, Creation of partial models and application to process analysis and optimisation (gas-solid, liquid-solid, gas-liquid)

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

Requirements for Credit Points: Module Exam (120 Minuten) or oral exam

Credit Points: 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: 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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Module: Modelling and Optimisation of Chemical Reactors

Lecture: Prof. Dr. A. Richter

Competencies: Students are able to model, calculate and analyse multiphase, reactive processes in process engineering using computational fluid dynamics (CFD). They are also familiar with various approaches and tools for the mathematical optimisation of chemical reactors. With this knowledge, students will be able to reliably and efficiently analyse different process engineering processes and optimise them with regard to selected process variables.

Contents: CFD-based modelling of chemical reactors (focus: fixed bed processes, syntheses and fluidised bed processes), presentation of models, approaches for generation and meshing of beds; optimisation of chemical reactors (basics of process optimisation, methods of model reduction), presentation of software tools, application in seminars

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

Requirements for Credit Points: Module Exam (120 Minuten) or oral exam

Credit Points: 5

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