CFD (Computational Fluid Dynamics)-Simulation chemischer Reaktoren im Normalbetrieb und im gestörten Betrieb
Modellierung von Reaktionsnetzwerken
Stabilität und Sicherheit chemischer Reaktoren
Optimierung des Produktspektrums bei industriellen Syntheseprozessen
Nichtlineare Dynamik im CSTR
Reaktionskalorimetrische Messung von Konzentrations-, Temperatur- und Geschwindigkeitsverläufen sowie Ermittlung von reaktionskinetischen und kalorischen Parametern
Anwendung auf industrielle Reaktionssysteme chemischer Produktionsprozesse: z.B. Trichlorphenolsysnthese nach dem Boehringer-Verfahren; basenkatalysierte Ethoxylierung von Methanol; basenkatalysierte Reaktion von Propenoxid mit 1-Propanol
Stabilität und Sicherheit chemischer Reaktoren
Die Gefahrenpotentiale bei chemischen Prozessen und Anlagen können insbesondere bedingt sein durch:
(1) exotherme (insbes. irreversible) chemische Reaktionen (2) brennbare und explosive Stoffe/Stoffgemische und (3) toxische Stoffe.
Im Forschungsgebiet werden alle drei Gefahrenpotentiale bezüglich der Anwendung auf den Betrieb von gekühlten chemischen Reaktoren behandelt, in denen im allgemeinen komplexe Reaktionen (d.h. Reaktionsnetzwerke vorliegen) ablaufen.
Bei industriellen Produktionsprozessen laufen neben der erwünschten Hauptreaktion, die zum Zielprodukt führt, meist mehrere, unerwünschte Nebenreaktionen in Form von Parallel- und Folgereaktionen ab, wodurch auch umweltrelevante (z.B. toxische) Reaktionsprodukte entstehen können.
Auch für den in der industriellen Chemie häufig eingesetzten Semibatchreaktor (SBR) wurden bestimmte reaktionskinetische und thermodynamisch begründete Kriterien fü die sicherheitstechnische Beurteilung des bestimmungsgemäßen Betriebs (Normalbetrieb) und des gestörten Betriebs entwickelt. Durch Simulation, z.B. von isoperibolen und auch von isothermen Semibatchprozessen läßt sich bei bekannter Reaktionskinetik des Reaktionssystems aus Temperatur- und Konzentrations-Zeit-Verläufen erkennen, ob ein thermisches runaway und/oder eine gefährliche Akkumulation an zudosierten Edukten stattfinden oder ob solche Effekte vernachlässigbar klein sind.
Die bisher aus der Literatur bekannten Simulationen beschränken sich auf single-Reaktionen der maximalen Ordnungen n = 1 und n = 2. Fü komplexe Reaktionen gibt es für den völlig instationären SBR z.B. noch keine allgemeingültigen Auswahlregeln.
Simulation chemischer Reaktoren zur Bewertung des Normalbetriebs und des gestörten Betriebs
Auswahl und Modellierung einfacher und komplexer Reaktionssysteme mit bekannter bzw. experimentell zu bestimmender Reaktionskinetik (Mikro- und Makrokinetik)
Erstellen des Reaktormodells
Numerische Lösung des im Allgemeinen sehr steifen Differentialgleichungssystems, z.B. unter Verwendung von MATLAB
Simulation des Normalbetriebs am Beispiel eines Semibatchreaktors (SBR)
Simulation des gestörten Betriebs am Beispiel eines SBR
Simulation von Reaktoren zur Optimierung chemischer Prozesse und zur Steigerung der Produktqualität
Auswahl und Modellierung komplexer Reaktionssysteme mit bekannter bzw. experimentell zu bestimmender Reaktionskinetik (Mikro- und Makrokinetik)
Erstellen des Reaktormodells
Numerische Lösung des im Allgemeinen sehr steifen Differentialgleichungssytems z.B. unter Verwendung von MATLAB
Aufbau eines Reaktionskalorimeters (SYSTAG), z.B. zur Bestimmung von Wärmedurchgangskoeffizienten, Reaktionsenthalpien, Wärmekapazitäten, Wärmeaustauschflächen (für die thermische Reaktorauslegung und die Anlagendimensionierung) sowie Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeiten sowie Aktivierungsenergien
Vorausberechnung von Maßstabsvergrößerungen (Übertragung auf Betriebsreaktoren).
CFD-Simulation chemischer Reaktoren
Auswahl und Modellierung einfacher und komplexer Reaktionssysteme mit bekannter bzw. experimentell zu bestimmender Reaktionskinetik (Mikro- und Makrokinetik)
Erstellen des Reaktormodells
Anwendung des Programmpakets CFX-5 für CFD-Berechnungen von Ein- und Mehrphasenströmungen in Reaktoren
Erweiterung des Reaktionskalorimeters mit on-line GC am on-line FTIR mit einer ATR-Eintauchsonde
Sicherheitstechnik und Umweltschutztechnik
Sicherheit und Risiko in industriellen Anlagen
Modellierung der Freisetzung und Ausbreitung gefählicher Stoffe sowie Bewertung in Luft, Wasser und Boden
Grundlagen, Berechnungsmethoden der Verfahrenstechnik
