In der Arbeitsgruppe „Technologien der Wärme- und Stoffübertragung“ erfolgt eine systematische Untersuchung einzelner Apparate und Unit Operations, die in der Prozessindustrie zur Wärmeübertragung und Stofftrennung eingesetzt werden, sowie deren Integration in gesamte Prozessabläufe. Auf Apparateebene werden modifizierte sowie neuartige Geometrien und apparative Komponenten wie HiTran®-Elemente, Packungen und auch Mikrowärmeübertrager experimentell analysiert, um die Leistungsfähigkeit der Apparate zu optimieren und an herausfordernde Prozessbedingungen – wie Vakuumbetrieb, Schaumbildung, Fouling etc. – anzupassen.
Des Weiteren stehen in unterschiedlichen Dimensionen vollständige Verdampfereinheiten, beispielsweise Naturumlaufverdampfer, Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer sowie Zwangsumlaufentspannungsverdampfer, zur Verfügung, um zuvor genannte Designvarianten und apparative Einbauten hinsichtlich ihrer Performance zu evaluieren. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Modellierung einzelner Mechanismen im Zusammenspiel von Fluiddynamik und Wärmeübertragung sowie deren experimenteller Untersuchung, um Ersatzmodelle beziehungsweise semi-empirische Modellierungsansätze zu entwickeln.
Im speziellen Falle der Naturumlaufverdampfer liegt das Augenmerk auf der Erweiterung des Betriebsbereichs und der Steigerung der Wärmeübertragung durch Modifikation der wärmeübertragenden Oberfläche, beispielsweise mittels Oberflächenstrukturierungen oder der Anwendung der Thermoblechbauweise (auch als Kissenplatten bzw. Pillow-Plates bezeichnet). Bei der thermischen Trennung empfindlicher Stoffsysteme finden häufig Dünnschichtverdampfer Anwendung; hierbei werden unter Berücksichtigung sämtlicher Einflussparameter – stoffliche, apparative und betriebliche – Korrelationen für die Auslegung sowie den Scale-up von Dünnschichtverdampfern abgeleitet. Ergänzend steht eine Kombinationseinheit aus Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer als Plattform für prozessentwicklungsbezogene Fragestellungen zur Verfügung.
Zur Durchführung von Trennleistungsmessungen, beispielsweise an Standardgemischen sowie an nicht-idealen oder wässrigen Gemischen, stehen zudem mehrere Rektifikationskolonnen im DN150- und DN50-Maßstab bereit. Im Kontext der Schließung des Stoffkreislaufs von Lithium-Ionen-Batterien werden neu zu integrierende Verfahrensschritte zur Rückgewinnung von Elektrolytkomponenten mittels fraktionierender Batch-Rektifikation experimentell und simulativ untersucht. Dabei besteht die methodische Herausforderung in der Auftrennung und Reindarstellung eines überwiegend undefinierten und variablen Mehrkomponentengemisches. Neben der Auftrennung des Elektrolyten sind auch die Rückgewinnung von lithiumhaltigen Leitsalzen sowie des polymerbasierten Binders, unter Einsatz extraktiver Verfahren, Gegenstand aktueller Forschungsaktivitäten.
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