1. Introduction and terminology
2. Gas adsorptions basics and adsorbent materials
3. Physisorption mechanisms
4. Surface area determination
5. Porosity and pore structure analysis of nanoporous materials
5.1 Micropore analysis
1.2 Mesopore analysis
5.3 Macropore analysis : adsorption and liquid intrusion methods
5.4. Characterization of hierarchically structured porous materials
6. High pressure adsorption
7. Surface chemistry effects on adsorption
8. Adsorption and characterization in the liquid phase
8. Adsorption of mixtures
9. Adsorption applications in gas storage and separation
Die technische Chromatographie ist ein sehr leistungsfähiges Trennverfahren, das insbesondere für schwierige Trennaufgaben genutzt wird. Sie hat große Bedeutung bei der Produktion von z.B. Feinchemikalien, Pharmazeutika und biotechnologischen Produkten. Chromatographische Prozesse werden periodisch betrieben, was ihre Entwicklung und Auslegung anspruchsvoll macht. Andererseits bieten sie viele Freiheitsgrade, was besonders innovative Verfahrenskonzepte ermöglicht.
Die Vorlesung vermittelt eine ingenieurwissenschaftliche Sicht auf die Chromatographie. Behandelt werden die wesentlichen Grundprinzipien und Prozesskonzepte. Der Einfluss physiko-chemischer Vorgänge auf Prozessdynamik und -Performance wird im Rahmen der modellbasierten Auslegung entsprechender Verfahren diskutiert. Wichtige apparative und anwendungsbezogene Aspekte werden anhand relevanter Beispiele erläutert.
Gliederung:
1 Einleitung
2 Grundlegende Prinzipien
3 Prozessdynamik unter idealen Bedingungen
4 Prozessdynamik unter realen Bedigungen
5 Modellierung chromatographischer Prozesse
6 Auslegung und Optimierung chromatographischer Verfahren
7 Innovative Verfahrenskonzepte
8 Anwendungsbereiche der Chromatographie
Lernziele und Kompetenzen
Die Studierenden:
- kennen und verstehen die technisch relevanten chromatographischen Verfahren und ihre Anwendungsgebiete,
- verstehen die Zusammenhänge zwischen physikalischen Vorgängen, Chromatogrammen und Prozess-Performance,
- verstehen grundlegend die nichtlineare Dynamik chromatographischer Prozesse,
- kennen gebräuchliche Prozessmodelle und können sie problemabhängig auswählen,
- kennen Messmethoden für wesentliche physiko-chemische Parameter und können sie problemabhängig auswählen,
- können selbstständig einfache Prozessmodelle erstellen und lösen,
- sind in der Lage, chromatographische Verfahren konzeptionell zu entwickeln, auszulegen und zu bewerten.
Literatur
Vertiefend neben dem angebotenen vorlesungsbegleitenden Material:
Schmidt-Traub, Schulte, Seidel-Morgenstern (Eds.), Preparative Chromatography of Fine Chemicals and Pharmaceutical Agents (2nd ed), Wiley-VCH, 2012
ggf.: Guiochon, Shirazi, Felinger, Katti, Fundamentals of Preparative and Nonlinear Chromatography Academic Press, 2006
In dieser Lehrveranstaltung wird eine Einführung in die thermischen Trennverfahren gegeben. Dies umfasst die Grundlagen der Rektifikation, Absorption, Adsorption, Chromatographie, Trocknung, Extraktion, Membranprozesse und Kristallisation. Für jedes Trennverfahren werden die physikalisch-chemischen Grundlagen, die wichtigsten Berechnungsmethoden und Apparate sowie einige technische Beispiele behandelt.
Die Übung führt an beispielhaft ausgewählten Trennoperationen in die praktische Auslegung von Trennapparaten ein. Es besteht die Möglichkeit, auf freiwilliger Basis Hausaufgaben zu lösen und korrigieren zu lassen.
Die Vorlesung wendet sich an fortgeschrittene Studenten, die bereits Kenntnisse im Bereich der chemischen Thermodynamik besitzen. Lernziel ist, eine Einführung in die verschiedenen Ansätze zur Speicherung von Energie in chemischer Form, der Vergleich zu anderen Ansätzen der Energiespeicherung, die Betrachtung der speziell verfahrenstechnischen Aspekte und die Erlernung von Herangehensweisen für die Bewertung entsprechender Technologien. Ein Schwerpunkt ist dabei die Weiterentwicklung einer entsprechenden Methodenkompetenz. Das Modul soll darüber hinaus einen Einblick in die interdisziplinäre Arbeitsweise an der Schnittstelle von Ingenieurswissenschaften und Chemie erlauben.
1. Parallelgruppe
Semesterwochenstunden
2
Lehrsprache
Deutsch
Verantwortliche/-r
Dr.-Ing.DetlefFreitag
LIteraturhinweise: Erich Rummich, "Energiespeicher: Grundlagen, Komponenten, Systeme und Anwendungen", expert verlag, 2015
Anmeldung per E-Mail bitte an Herrn Dr. Freitag (detlef.freitag@fau.de).
Parallelgruppen / Termine
Im Hauptseminar sollen Studierende zu einem vorgegebenen Thema eine Literaturrecherche für eine wissenschaftliche Problemstellung durchführen, die Ergebnisse schriftlich auf 5 Seiten dokumentieren und am Lehrstuhl in einem 15-minütigen Vortrag präsentieren. Bei der Recherche soll vorwiegend auf Primärliteratur zurückgegriffen werden. Die Themen ergeben sich laufend aus den Forschungsgebieten auf der Lehrstuhl-Homepage.
Bei Interesse kontaktieren Sie die/den zuständige/n Mitarbeiter/in, um aktuelle Themen zu erfragen oder eigene Themenvorschläge einzubringen.
Die Einführungsveranstaltung am 26.04.23 statt. Der Termin am 19.04.23 entfällt.
Parallelgruppen / Termine
Einführung in die Thermodynamik im Sinne von Zustandsgrößen und nötigen Grundgleichungen, Beschreibung von Mehrkomponentensysteme und Zustandsänderungen, Anwendung von Aktivitätskoeffizientenmodellen, Beschreibung von Gas-Flüssig-, Fest-Flüssig und Flüssig-Flüssig Gleichgewichten, Thermodynamische Beschreibung von Reaktionsgleichgewichten und Osmotischem Druck.
In der einsemestrigen Vorlesung werden moderne Hochdrucktrennverfahren vorgestellt. Im ersten Teil werden Thermodynamik, Fluiddynamik und Transportprozesse in Hochdrucksystemen behandelt. Hierbei wird insbesondere auf die technischen Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus den speziellen Eigenschaften der Hochdrucksysteme ergeben, eingegangen. Im Weiteren werden Trennverfahren zur Gewinnung von Wertstoffen aus festen Ausgangsprodukten (z.B. Hopfen, Kaffee, Gewürze) und Flüssigkeiten vorgestellt. Abschließend werden integrierte und kombinierte Prozesse behandelt, bei denen die Trennung mit modernen Verfahren zur Produktkonfektionierung oder zur Energierückgewinnung enthalten sind.
In der einsemestrigen Lehrveranstaltung werden typische Membrantrennverfahren, wie z. B. Umkehrosmose, Nanofiltration, Mikrofiltration, Dialyse, Pervaporation, Gaspermeation und Elektrodialyse behandelt sowie neuere Entwicklungen, wie z. B. membrangestützte Flüssig-Flüssig-Extraktion und transmembrane Destillation vorgestellt.
Die Verfahren werden ausgehend von ihren physikalisch-chemischen Grundlagen bis hin zur Auslegung technischer Prozesslösungen besprochen sowie technisch bereits realisierte Verfahren analysiert. Mit der Lehrveranstaltung wird die Fähigkeit vermittelt, geeignete Verfahrenslösungen zu selektieren sowie optimierte Prozessparameter für verschiedene Apparate und Stoffsysteme abzuleiten und eine Bewertung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit vorzunehmen.
1. Parallelgruppe
Semesterwochenstunden
2
Lehrsprache
Deutsch
Verantwortliche/-r
Prof. Dr.-Ing.MalteKaspereit
LIteraturhinweise: R. Baker, Membrane Technology and Applications, Wiley
T. Melin, R. Rautenbach, Membranverfahren - Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung, Springer
Aufbauend auf dem Modul Bioseparation des Bachelor-Studiums werden alle relevanten Methoden des downstream processings detailliert behandelt. Das Hauptaugenmerk der Vorlesung liegt auf der Analyse, Auslegung und Bewertung entsprechender Verfahren. Einen besonderen Schwerpunkt stellen moderne chromatografische Trennverfahren dar, die gerade bei der Herstellung wertvoller biotechnologischer Produkte unverzichtbar sind. Zu allen diskutierten Trennverfahren werden auch Kenntnisse zur Modellbildung, Simulation und ihrem dynamischem Verhalten vermittelt.
Stufenmodellierung und Lösung wichtiger nicht linearer Gleichungssysteme (MESH) zur Beschreibung eines Prozesses, Sonderverfahren zur Destillation komplexer Gemische, spezielle Membranverfahren (Pervaporation, Gaspermeation), Chromatographie (Simulated Moving Bed, True Moving Bed), Überkritische Extraktion, Trocknungsprozesse, Equipment für Spezialverfahren und Anwendung von Hybridverfahren.
Anmeldung per E-Mail bitte an Herrn Dr. Freitag (detlef.freitag@fau.de).
Parallelgruppen / Termine
Im Hauptseminar sollen Studierende zu einem vorgegebenen Thema eine Literaturrecherche für eine wissenschaftliche Problemstellung durchführen, die Ergebnisse schriftlich auf 5 Seiten dokumentieren und am Lehrstuhl in einem 15-minütigen Vortrag präsentieren. Bei der Recherche soll vorwiegend auf Primärliteratur zurückgegriffen werden. Die Themen ergeben sich laufend aus den Forschungsgebieten auf der Lehrstuhl-Homepage.
Bei Interesse kontaktieren Sie die/den zuständige/n Mitarbeiter/in, um aktuelle Themen zu erfragen oder eigene Themenvorschläge einzubringen.
Die Hauptkapitel der Vorlesung "Chemische Thermodynamik" werden wiederholt. Dies sind Zustandsgrößen und die nötigen thermodynamischen Grundgleichungen, Beschreibung von Mehrkomponentensysteme und Zustandsänderungen, Anwendung von Aktivitätskoeffizientenmodellen, Beschreibung von Gas-Flüssig-, Fest-Flüssig und Flüssig-Flüssig Gleichgewichten, Thermodynamische Beschreibung von Reaktionsgleichgewichten und Osmotischem Druck.
1. Parallelgruppe
Semesterwochenstunden
1
Lehrsprache
Deutsch
Verantwortliche/-r
PeterLeicht
MarkusTerlinden
LIteraturhinweise: J. M. Prausnitz, R. N. Lichtenthaler, E. G. de Azevedo: Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria, 3. Aufl., Prentice Hall, 1998.
J. Gmehling, B. Kolbe, M. Kleiber, J. Rarey: Chemical Thermodynamics for Processes Simulation, VCH, Weinheim, 2012.
