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Thermische Trenntechnik

Unter thermischen Trennverfahren versteht man die Destillation, Rektifikation, Extraktion, Adsorption, Absorption und die Chromatographie. Diese Verfahren werden eingesetzt fuer: - die Trennungen von fluessigen Substanzgemischen bestehend aus organischen und anorganischen Loesungsmitteln und Wasser, - die Reinigung fester Stoffe (z.B. Mutterboeden) von fluechtigen Substanzen - die Trennung nicht-fluechtiger biologischer Substanzen sowie fuer die Abluftreinigung. Fuer diese Trennverfahren koennen die notwendigen Grunddaten ermittelt, Verfahrensvarianten im Computer simuliert und ein RI-Fliessbild erzeugt werden. Weiterhin stehen experimentelle und theoretische Methoden zur Bestimmung der Fluechtigkeit von reinen Stoffen oder Gemischen zur Verfuegung. Anwendungsbereiche: Eine moegliche Anwendung liegt z.B. in der Berechnung des maximal moeglichen MAK-Wertes in geschlossenen Raeumen.

Online-Optimierung eines Absorptions- und Desorptionsprozesses für die Koksofengasreinigung

In der Prozessindustrie sind die Anforderungen an die Verfahren wie preiswertes Design und umweltschonenden Betrieb vielseitig, und teilweise auch gegenläufig. Hierdurch steigt der Bedarf an flexibleren Produktionsanlagen, um den steigenden Anforderungen bezüglich der schnell wechselnden Marktanforderungen und der Umweltverträglichkeit gerecht zu werden. Ressourcenschonung und Reduzierung der Umweltbelastung sind Ziele, die die gängigen Verfahren aufgrund der sich ändernden Umweltauflagen (Reinheit der Gasemission) an die Grenzen der Wirtschaftlichkeit bringen. Die Reaktivabsorption und die anschließende Desorption stellt durch die Kombination von Stofftrennung und chemischer Reaktion in Mehrkomponentensystemen ein sehr komplexes Verfahren mit einem hohen Optimierungspotential dar. Dies gilt insbesondere für die im Rahmen des Forschungsprojektes zu untersuchende Ammoniak-Schwefelwasserstoff-Kreislaufwäsche zur Reinigung von Kokereiabgasen. Bei diesem industriell relevanten und hier exemplarisch ausgewählten Prozess basiert der konventionelle Betrieb integrierter Kolonnensysteme auf der vorherigen Auslegung für einen konstanten Betriebspunkt. In der Realität ändern sich jedoch die Randbedingungen, so dass die Prozesse am vorgegebenen Betriebspunkt nicht optimal betrieben werden können. Hier liegt die besondere wissenschaftliche Herausforderung bezüglich der Online-Optimierung, die Umweltrestriktionen sowie alle Produktanforderungen unter den gegebenen Anlagenbegrenzungen und den sich ändernden Echtzeit-Randbedingungen zur Minimierung der Betriebskosten gleichzeitig einzuhalten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Methodik zur Online Optimierung entwickelt und an einer realen Anlage (AS-Kreislaufwäsche) im Pilotmaßstab erprobt und bewertet. Als Ergebnis ist ein effizientes robustes Online-Optimierungssystem zur Ermittlung optimaler Prozessführungsstrategien für dynamische nichtlineare große Systeme unter Echtzeit-Randbedingungen zu erwarten. Die zu entwickelnde Methodik der Online-Optimierung ist allgemeingültig und soll für die Optimierung anderer Prozesse übertragbar sein.

Bewertung bestehender Wohngebaeude nach oekologischen Kriterien

In dem Forschungsvorhaben werden bestehende Gebaeude mit Hilfe einer zweistufigen Methodik oekologisch bewertet. Zuerst werden mit Hilfe einer Datenbank typische Wand-, Decken- und Dachkonstruktionen bezogen auf 1 m2 Konstruktionsflaeche quantitativ erfasst. Diese werden anschliessend mit den Gebaeudedaten der zu bewertenden Wohngebaeude verknuepft. In der zweiten Stufe wird eine Bewertungsmatrix fuer das Gebaeude erstellt, die Werte fuer eine oekologische Belastung in der Herstellungs- und Betriebsphase und qualitative Aussagen zu Trennbarkeit, Recyclingfaehigkeit etc. enthaelt.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt D04: Organische Spurenverbinungen: Aufspürung organischen Kohlenstoffs in extrem wasser-limitierten Gebieten mit Anwendung der Radiokarbonanalyse

Dieses Projekt entwickelt Extraktions- und Aufreinigungstechniken um organische Spurenmoleküle aus kohlenstoffarmen, (hyper-)ariden Böden, zu isolieren und zu charakterisieren. Für die Datierung der Kleinstmengen an Kohlenstoff wird u.a. eine neue Graphitisierungslinie für sehr kleine Proben (ca. 50 g C) für die anschließende Beschleunigungermassenspektrometrie gebaut.

Kläranlage und Mischwasserbehandlungsanlage Markranstädt - Mikrofiltration

Recycling von Übergangsmetall-Katalysatoren mit Hilfe der Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik durch Temperatursteuerung der Lösungseigenschaften

Die homogene Übergangsmetall-Katalyse hat durch ihre hohe Selektivität und Effizienz zunehmende Bedeutung für die Produktion von Bulk- und Feinchemikalien erreicht. Voraussetzung ist dabei das Recycling der wertvollen Edelmetall-Katalysatoren. Hierfür hat sich die Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik, bei der sich der Katalysator und das Produkt in getrennten flüssigen Phasen befinden, auch im industriellen Einsatz bewährt. Ihre Anwendung erfordert allerdings eine ausreichende Löslichkeit der Edukte in der den Katalysator enthaltenden Phase. Eine universellere Anwendbarkeit soll in diesem Forschungsprojekt erzielt werden durch Methoden, die die Reaktion zunächst in einer gemeinsamen Phase und dann durch Temperatur-Absenkung die Trennung von Produkt und Katalysator ermöglichen. Aus der Literatur ist die 'Thermoregulierte Phasentransferkatalyse' bekannt, bei der die starke Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit eines Katalysators mit speziellen Liganden genutzt wird. Durch eigene Vorarbeiten bestehen Erfahrungen mit Lösungsmittelsystemen, die sich durch Temperaturänderung in zwei Phasen trennen lassen. Ziel ist die Kombination dieser Methoden, um sowohl eine hohe Reaktivität als auch eine gute Abtrennung des Katalysators durch Optimierung der Liganden und des Lösungsmittelsystems zu erreichen. Als Reaktionen sind zunächst Hydroformylierungen, Oligomerisierungen, Hydrierungen und Hydrosilylierungen mit Petrochemikalien sowie mit Fettstoffen als Beispiele für nachwachsende Rohstoffe geplant.

Dekontamination mit ueberkritischem Wasser

Es wird die Extraktion mit gleichzeitiger Umwandlung organischer Verunreinigungen (Dieselkraftstoff, Schmieroel, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe u.a.) aus kontaminierten Bodenmaterialien mit ueberkritischem Wasser (Temperatur 374 Grad Celsius, Druck 221 bar) als Loesungsmittel und als Reaktand untersucht. Das Ziel ist dabei zum einen die weitestgehende Reinigung der Bodenmaterialien, zum anderen die Umwandlung problematischer Verunreinigungen in biologisch gut abbaubare Stoffe. Wasser weist unter diesen Bedingungen eine hohe Loesefaehigkeit und Reaktionsfaehigkeit gegenueber organischen Substanzen auf. Das fluide Gemisch aus ueberkritischem Wasser und geloesten organischen Substanzen laesst sich leicht von dem festen Bodenmaterial abtrennen; die erzeugten Abwaesser koennen anschliessend biologisch weiterbehandelt werden. Fuer die Untersuchungen steht eine Laboranlage mit 500 ml Feststoffvolumen sowie eine kontinuierlich betriebene Extraktionseinheit zur Verfuegung. Die Extraktion und die Reaktionen werden durch Probenahme und anschliessende chromatographische Analyse verfolgt.

Entwicklung digitalisierter Recyclingprozesse für die ressourceneffiziente,anwendungsnahe Wiederverwertung hybrider Leichtbau-Strukturen, Teilvorhaben: Methodiken für Lebenszyklus- und Nachhaltigkeitsanalysen

Dynamischer Separator zur Trennung von stroemenden Mehrphasengemischen

Die Separation (Phasentrennung) eines in einer horizontalen Rohrleitung (Pipeline) stroemenden zwei- oder mehrphasigen Gemisches erfolgt abhaengig von den entstehenden Stroemungsformen durch eine geeignete apparative Anordnung, Dimensionierung und Formung von Rohrabzweigungen. Die bisherige Praxis der mechanischen Trennung von Mehrphasengemischen benutzt ueberwiegend schwere voluminoese Behaelter mit umfangreichen Einbauten, die insbesondere bei hohen Druecken sehr kosten- und wartungsintensiv sind. Bei der neuen Entwicklung erfolgt die Phasentrennung waehrend der Foerderung des Gemisches in Rohren. Mehrphasige stroemende Gemische koennen nach der Trennung durch Anhebung des Druckes der separierten Komponenten weiter gefoerdert werden. Der befuerchtete Wasserschlag in einem stroemenden Gas-Fluessigkeitsgemisch kann durch zeitweiligen Entzug der leichteren Phase verhindert werden.

Digitale Schlüsseltechnologien zur Bestimmung der Stoffdaten für effiziente Stofftrennung in der Chemischen Industrie, Teilvorhaben 'Versuchsplanung und Anwendung auf das Prozessdesign'

Die Energiewende und der Einstieg in die Kreislaufwirtschaft stellen die chemische Industrie vor enorme Herausforderungen im Bereich der Prozessentwicklung; DiKey stellt zentrale digitale Technologien für deren Bewältigung bereit. Mittels Methoden des Maschinellen Lernen (ML) werden hochgenaue und breit anwendbare Stoffdatenmodelle entwickelt, wobei in einem Federated Learning Ansatz unter Nutzung neuer Verschlüsselungstechnologien erstmals auch die Stoffdaten verschiedener Unternehmen mit denen aus der Wissenschaft zusammengeführt und mit hoch leistungsfähigen neuen digitalen Methoden für die Prozessentwicklung anwendbar gemacht werden; hierbei ergeben sich auch ganz neue Geschäftsmodelle. In DiKey wird demonstriert, dass so die Entwicklung neuer Prozesse erheblich beschleunigt und die transparente Erfüllung von Nachhaltigkeitszielen bei gleichzeitiger Berücksichtigung wirtschaftlicher Kenngrößen überhaupt erst möglich wird.

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