Forschung

Unter Fouling wird hier die unerwünschte Belagbildung auf Oberflächen in verfahrenstechnischen Anlagen, insbesondere in Wärmeübertragern, verstanden. Diese kann eine Reduzierung der Wärmeübertragungsleistung und eine Erhöhung des Druckverlustes des Apparates bewirken, was zu, erhöhten Investitionen und Betriebskosten, Stillstandszeiten wie auch zu Produktschädigungen führen kann. Man unterscheidet verschiedene Arten von Fouling, wie z.B. Kristallisationsfouling, Biofouling, Partikelfouling oder Reaktionsfouling.

Am ICTV werden derzeit Arbeiten zum Kristallisations-, Partikel- und Reaktionsfouling sowie zu Fouling und Reinigung (Cleaning-in-Place CIP) bei der Lebensmittelproduktion durchgeführt. An Versuchsanlagen vom Labor- bis zum Technikumsmaßstab werden die bestimmenden stofflichen, apparativen und betrieblichen Parameter für den Fouling- bzw. Reinigungsvorgang untersucht sowie anschließend modelliert und simuliert. Dabei werden auch Werkzeuge der KI eingesetzt. Ziel ist die Vorhersage des unter Prozessbedingungen zu erwartenden Foulingverhaltens und daraus abgeleitet Maßnahmen zur Vermeidung oder Minderung von Fouling. Der häufig notwendige nachfolgende Reinigungsschritt wird ganzheitlich im Zusammenhang mit dem vorangegangen Foulingprozess betrachtet.

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Die pharmazeutische Industrie ist kontinuierlich auf der Suche nach neuen Molekülen für pharmazeutische Anwendungen sowie verbesserten Herstellungs- und Aufarbeitungsverfahren. Der Fokus dieser Arbeitsgruppe liegt daher auf der chemischen Synthese von pharmazeutischen Wirkstoffen sowie deren Aufreinigung und der technischen Umsetzung zugehöriger Prozesse. Ein wesentliches Ziel ist es, bisher absatzweise betriebene Prozesse in eine kontinuierliche Betriebsweise zu überführen.

Am ICTV bearbeiten wir verschiedene Projekte aus dem Bereich der Biotechnologie bzw. Pharmazie, bei denen verfahrenstechnische Grundoperationen zur Produktgewinnung bzw. Reindarstellung genutzt werden. So dient z.B. die Entwicklung eines rotierenden Reaktors als Apparat für scherarme Kristallisationsprozesse. Einen weiteren Forschungsansatz stellt der Einsatz neuartiger Sensorsysteme zur Prozessüberwachung und deren Integration in intelligente und selbstlernende Steuerungsstrukturen beispielsweise auf Basis von machine learning Ansätzen dar.

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In dem Arbeitsgebiet „Zirkularität der Kunststoffe“ werden sowohl verfahrenskonzeptionelle wie apparative Aspekte unter dem Gesichtspunkten Energie- und Ressourceneffizienz sowie Nachhaltigkeit betrachtet. Die Forschungsarbeiten am ICTV zielen auf die Integration ökologischer Aspekte in die frühe Phase des Verfahrensentwurfs bzw. der -überarbeitung. Dazu muss der ökologische Effekt typischer verfahrenstechnischer Entscheidungsalternativen, z. B. Rückgewinnung von Wertkomponenten, Wertigkeit von Wärmequellen und -senken, Anwendung innovativer Reinigungsstrategien und Verfahrensumstellungen, zunächst identifiziert und anschließend quantitativ bewertet werden.

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In dieser Arbeitsgruppe werden Maßnahmen zur Erweiterung der Einsatzgebiete bekannter Apparate wie auch der Einsatz neuer Apparatekonzepte erforscht. Im Fokus stehen die Verbesserung der Leistungsfähigkeit verschiedener Verdampfertypen und ihrer Bauformen und die Untersuchung der Einflüsse viskoser oder partikelbeladener Gemische.

Im Forschungsbereich der Rektifikation viskoser Gemische werden die Trennleistung und Kapazität von Kolonnen analysiert. Um die Auswirkung der Flüssigkeitsviskosität zu bestimmen, wird die Fluiddynamik in den Apparaten erforscht und mit Hilfe von Modellen mit der Trennleistung gekoppelt.

Im Bereich Verdampfung werden die Apparatetypen Naturumlaufverdampfer, Fallfilmverdampfer, Kletterfilmverdampfer, Dünnschichtverdampfer und Kurzwegverdampfer untersucht. Für Naturumlaufverdampfer stehen die Erweiterung des Betriebsbereiches und die Verbesserung der Wärmeübertragung durch die Modifikation der wärmeübertragenden Fläche (z.B. durch Strukturierung oder Thermoblechbauweise) im Fokus. Fallfilmverdampfer werden für die Ein- oder Verdampfung thermisch sensibler Produkte, wie z. B. die Konzentrierung von Fruchtsäften, Milch, Polymerlösungen und ionischen Fluiden, eingesetzt. An verschiedenen Fallfilmverdampfern wird die Verdampfung in Abhängigkeit stofflicher, apparativer und betrieblicher Parameter experimentell und theoretisch untersucht. Dabei wird vor allem die Beeinflussung des Wärmeüberganges durch viskose Flüssigkeiten betrachtet. Sollen problematische Stoffsysteme verdampft werden, kommen häufig Dünnschichtverdampfer zum Einsatz. Mithilfe einer ganzheitlichen Betrachtung aller Einflussparameter (stofflich, apparativ und betrieblich) werden Korrelationen für die Auslegung und das Scale-up von Dünnschichtverdampfern formuliert. Des Weiteren steht eine Kombi-Anlage aus einem Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer für Fragen aus der Prozessentwicklung zur Verfügung. Untersuchungen an einem Kletterfilmverdampfer sollen Betriebsbereiche und –grenzen bei der Aufkonzentrierung von Produktgemischen identifizieren. Das Design der Anlagen erlaubt hierbei das Scale-Up bis hin zum industriellen Maßstab.

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