rwth studienführer verfahrenstechnik 2014

STUDIENFÜHRERVERFAHRENSTECHNIK

2014

i

AACHENER VERFAHRENSTECHNIK

www.avt.rwth-aachen.de

WAS IST VERFAHRENSTECHNIK ?

VERFAHRENSTECHNIK IN AACHEN

VERFAHRENSTECHNIKSTUDIUM AN DER RWTH

FÄCHERKATALOG

ADRESSEN UND LAGEPLAN

Inhaltsverzeichnis

1 Was ist Verfahrenstechnik? ��2

2 Verfahrenstechnik in Aachen ��5

2.1 AVT - Bioverfahrenstechnik ............................................................................................... 8

2.2 AVT - Chemische Verfahrenstechnik ............................................................................... 10

2.3 AVT - Computational Systems Biotechnology .................................................................. 12

2.4 AVT - Enzymprozesstechnik ............................................................................................ 14

2.5 AVT - Mechanische Verfahrenstechnik ........................................................................... 16

2.6 AVT - Molekulare Simulationen ...................................................................................... 18

2.7 AVT - Prozesstechnik & Systemverfahrenstechnik ............................................................ 20

2.8 AVT - Thermische Verfahrenstechnik .............................................................................. 22

2.9 Die AVT im Exzellenz-Cluster TMFB ................................................................................ 24

3 Verfahrenstechnikstudium an der RWTH ��26

3.1 Infos zum Studium .......................................................................................................... 29

3.2 AVT-Angebote ................................................................................................................ 29

3.3 Studienplanänderungen ................................................................................................. 31

3.4 Studienverlaufspläne ...................................................................................................... 33

4 Fächerkatalog der verfahrenstechnischen Pflicht- und Wahlpflichtfächer ��38

5 Adressen & Lageplan der Lehrstühle ��56

1 Was ist Verfahrenstechnik?

Unser modernes Leben ist ohne Verfahrenstechnik nicht vorstellbar und doch ist dieses Berufsbild weitgehend unbe-kannt. Fragte man in der Fußgängerzone Passanten „Was ist Verfahrenstechnik?“, bekäme man sicherlich eine Vielzahl interessanter Antworten - aber wenige richtige. Das liegt unter anderem daran, dass man die Verfahrenstechnik als Berufsbild aus der Schule einfach nicht kennt. Erschwerend kommt hinzu, dass das Berufsbild eines Verfahrenstechni-kers so vielfältig und bunt ist, dass die Definition nicht trivi-al ist. Natürlich wollen wir uns trotzdem an einer Definition wagen.

Die Aufgabe der Verfahrenstechnik ist die Umwandlung vorliegender Stoffe in solche mit neuen, für den jeweiligen Zweck gewünschten Eigenschaften. Nach dieser Definition umfasst die Verfahrenstechnik demnach auch selbststän-dige Disziplinen wie die Aufbereitungstechnik, das Hüt-tenwesen oder auch das Brauereiwesen. Ebenfalls werden Bereiche der Biotechnologie unter dem Begriff Verfahrens-technik zusammengefasst, sofern es sich dabei um prozess-technische Belange handelt.

Kurzum: Verfahrenstechnik ist vielfältig und interdiszipli-när. Und diese Interdisziplinarität ist auch nötig, wenn man den Weg vom Rohstoff zum Produkt beschreiten möchte. Gerade in Zeiten schwindender fossiler Rohstoffe besteht die Aufgabe der Verfahrenstechnik darin, neben den klas-sischen Rohstoffen wie Erdöl, Erzen und Mineralien zuneh-mend alternative Rohstoffe zu erschließen. Diese wachsen auf den Feldern oder finden sich in Abfällen oder sogar Abwässern. Insofern ist es ebenfalls eine Aufgabe der Ver-fahrenstechnik, Verfahren zur Müllaufbereitung und zur Reinhaltung von Wasser und Luft bereitzustellen. Und egal, ob es um die Stoffwandlung oder die Abfallwirtschaft geht, oberstes Ziel des Verfahrenstechnikers sind dabei immer die Minimierung der erforderlichen Energie und der scho-nende Einsatz von Ressourcen.

Zu den teuersten verfahrenstechnischen Produkten zäh-len Pharmaprodukte, deren Herstellungsprozesse zu den kompliziertesten verfahrenstechnischen Prozessen gehö-ren. Mengenmäßig dürften jedoch die Kraftstoffe (Benzin, Diesel, Kerosin), die aus Erdöl und Erdgas gewonnen wer-den, weit oben auf der Liste stehen. In den letzten Jahren hat sich zunehmend ein neues verfahrenstechnisches The-mengebiet etabliert, die Verfahrenstechnik nachwachsen-der Rohstoffe. Die umweltschonende Gewinnung von Kraft-stoffen aus nachwachsender Biomasse ist daher einer der Forschungsschwerpunkte für die nächste Generation von Prozessen und Produkten, den die Aachener Verfahrens-technik verfolgt.

Multiskalen in der Verfahrenstechnik

Ob Fraktionieren von Erdöl oder das Brauen von Bier - genauso vielfältig wie die Prozesse und Produkte der Ver-fahrenstechnik sind auch die Größenordnungen, mit denen sich Verfahrenstechnikerinnen beschäftigen. Dabei beginnt Verfahrenstechnik bereits auf molekularer Ebene: Um die Produkte der Verfahrenstechnik noch gezielter an die An-forderungen anzupassen, müssen Eigenschaften unter-schiedlichster Stoffe zunächst besser verstanden und quan-tifizierbar gemacht werden. Computersimulationen zum Beispiel auf molekularer Ebene bieten daher ein adäquates Mittel, um Materialverhalten vorherzusagen und neue Ma-terialien am Computer zu erschaffen.

Auf einer ähnlichen Größenordnung befinden sich auch die Enzyme, die in einer Vielzahl von Prozessen als Biokata-lysatoren eingesetzt werden. Wir nutzen Enzyme täglich in Waschmitteln. Der Einsatz von Enzymen bietet eine riesige Bandbreite neuer Synthesewege in biologischen Prozessen, was insbesondere in Bezug auf nachwachsende Rohstoffe von großem Interesse ist. Und wenn wir noch eine Grö-ßenordnung höher gehen beschäftigen wir uns schon mit Eigenschaften von Filmen oder Tropfen, die z.B. in der ther-

2


Trinkwasser-versorgung

Zukünftige Kraftstoffe

Erneuerbare Energien

Nachhaltige Industrie

mischen Verfahrenstechnik untersucht werden. Buchstäblich greifbar wird Verfahrenstechnik in der Grö-

ßenordnung der Grundoperationen. Die Grundoperation ist nach der Lehre der Verfahrenstechnik der einfachste Vor-gang bei der Durchführung eines Verfahrens. Das können scheinbar banale Vorgänge wie das mechanische Zerklei-nern von Mineralien mittels einer Mühle sein, oder auch eine komplexe mehrphasige chemische Reaktion zwischen zwei Edukten, bei denen die Reaktionswärme abgeführt werden muss. Auch Vorgänge wie Mischen, Fermentieren, Destillieren usw. gehören zum Alltag des Verfahrenstech-nikers.

Die Gesamtheit von aufeinander einwirkenden Vorgän-gen wird übrigens als Prozess definiert. Und auch auf dieser Größenordnung gibt es Arbeit für die Verfahrenstechnike-rin, wenn zum Beispiel Grundoperationen energiesparend miteinander verschaltet werden können, um Energieeffizi-enz eines ganzen Chemieparks zu steigern. Dies geschieht meist am Computer in Prozesssimulationsprogrammen, mit denen ganze Prozessrouten erstellt und optimiert werden können. Und spätestens bei der Auslegung des Prozesses ist wieder Interdisziplinarität gefragt, wenn es um den Aus-tausch mit Naturwissenschaftlern, Anlagenbauern, Mess- und Regelungstechnikerinnen, Umweltingenieuren, Sicher-heitsfachleuten und anderen Experten zur Realisierung des Prozesses kommt.

Das Berufsbild des Verfahrensingenieurs

Ebenso breit gefächert und vielfältig wie die Verfah-renstechnik selbst ist auch das Berufsbild des Verfahres-ingenieurs. Verfahrensingenieurinnen findet man in der Forschung und Entwicklung, aber auch bei Planung, Bau und im Betrieb von Anlagen und Apparaten. Andere arbei-ten als beratende Ingenieure oder in der Projektaquisition. Arbeitgeber von Verfahrensingenieuren sind längst nicht mehr primär die chemisch-pharmazeutischen Konzerne. In zunehmendem Maße stellen auch Firmen des gesamten industriellen Sektors wie der Grundstoff- und Lebensmit-telindustrie, aber auch Energieversorger, Apparatebauer, ja

sogar Firmen der Medizintechnik und der Auto- und Flug-zeugindustrie Verfahrenstechniker ein. Das verdeutlicht eine besondere Stärke des Verfahrensingenieurs: Die hohe fachliche Flexibilität. Verfahrenstechniker können sich in eine Vielzahl von Problemen schnell eindenken, ihr Wissen transferieren und Problemlösungen erarbeiten.

Das Berufsbild des Verfahrenstechnikers unterliegt na-türlich auch dem allgemeinen wirtschaftlichen Struktur-wandel. Neue Technologien und Forschungsfelder schaffen Bedarf an Arbeitskräften. Aufgrund der oben beschriebe-nen breiten Wissensbasis der Verfahrenstechniker sind sie in vielen innovativen Feldern als Antriebsmotoren gefor-dert. Der VDI (Verein deutscher Ingenieure) nennt folgende Bereiche als besonders relevante Zukunftsthemen:

• Schaffung von Herstellungsprozessen für neuartige Wirk-, Werk- und Farbstoffe sowie sonstige Chemika-lien und Zwischenprodukte,

• Biotechnik und Biomedizin im Gesundheitswesen, für die Landwirtschaft, den Umweltschutz und die Che-mikalienherstellung,

• Umweltschutz und Ressourcenschonung,

• Entwicklung von systematischem Wissen als Grund-lage neuer Verfahren (z.B. Simulation und Optimie-rung, Prozessführung, Prozesswissen statt Empirie).

Die oben genannten Fakten und Prognosen lassen den Schluss zu, dass die Verfahrenstechnik aus Sicht des Ar-beitsmarkts jetzt und auch in der Zukunft sehr gute Chan-cen und Sicherheit bietet.

3


Produktion

Verwaltung

Vertrieb &

AnwendungManage-

ment

Lehre,

Forschung

& Entwick-

lung

Planung,

Konstruktion,

Anlagen- &

Apparatebau

Aufgabenfelder von Verfahrensingenieuren (VDI, 2006)

ps

ns

ms

s

Minuten

Stunden

Tage

Woche

Monate

Zeitskala

kleinmittelgroß

Molekül-Cluster

Teilchen, Filme

Moleküle

Ein- und mehr-phasige Systeme

Grundoperation

Stoffskala

Anlage

Standort

Unternehmen

messenmodellieren entwickelnentwerfenbetreiben

4


Anlagenbau

Apparatebau

Bergbau

Me

diz

inte

ch

nik

Nahrungsm

ittelindustrie

Genussmittelindustrie

Futtermittelindustrie

Pe

troc

he

mis

ch

e In

du

strie

PHARMAINDUSTRIE

Umwelttechnik

VersorgungstechnikEntsorgungstechnik

Wa

ss

era

ufb

ere

itun

g

VE

RF

AH

RE

NS

TE

CH

NIK

A-Z

Baustoffindustrie

Hüttenwesen

Chemische Industrie

Heizungstechnik

Klimatechnik

Holzindustrie

Papierindustrie

KautschukindustrieKunststoffindustrie

5

2 Verfahrenstechnik in Aachen


Die Historie der Verfahrenstechnik in Aachen reicht bis in das Jahr 1952 zurück, in welchem das „Forschungsinsti-tut Verfahrenstechnik” gegründet wurde. Bis 1972 behei-matete das Institut für Verfahrenstechnik den Lehrstuhl für Verfahrenstechnik I sowie die Lehr- und Forschungsgebiete für verfahrenstechnische Grenzgebiete und mathematische Methoden der Verfahrenstechnik. Der im Jahr 1972 gegrün-dete Lehrstuhl für Verfahrenstechnik II ist 1992, im Zuge ei-ner wesentlichen Umstrukturierung und Erweiterung der Verfahrenstechnik in Aachen, in den Lehrstuhl für Thermi-sche Verfahrenstechnik umbenannt worden. Das Institut für Verfahrenstechnik umfasste ab diesem Jahr den Lehr-stuhl für Chemische Verfahrenstechnik und das Lehr- und Forschungsgebiet Mechanische Verfahrenstechnik. Zudem wurden die Lehrstühle für Prozesstechnik und Bioverfah-renstechnik gegründet.

Im Oktober 2007 beschlossen die damals fünf Verfah-renstechnikprofessoren Büchs, Marquardt, Melin, Modigell und Pfennig, die organisatorische und strategische Zusam-menführung ihrer Aktivitäten unter dem Dach der Aache-ner Verfahrenstechnik - AVT. Seit dem Jahr 2010 besteht die AVT zusätzlich aus einem sechsten Lehrstuhl - der En-zymprozesstechnik - und der Juniorprofessur „Molecular Simulations und Transformations”. Seit 2011 ist auch der

Lehrstuhl „Computational Systems Biotechnology“ von Prof. Wiechert Teil der AVT. Der jüngste Zuwachs (2012) ist der Lehrstuhl „Systemverfahrenstechnik“ von Prof. Mitsos.

In den Jahren 2013 und 2014 kamen einige Änderungen im Professorium auf die AVT zu. Zum einen ist Prof. Mo-digell seit 1. April 2013 Rektor der German University of Technology in Oman, jedoch weiterhin bis zu seiner Eme-ritierung als Leiter der Mechanischen Verfahrenstechnik in der AVT aktiv. Ferner wird der Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik neu besetzt, wobei in diesem Zug auch eine Umbenennung vorgesehen ist. Desweiteren wird Prof. Marquardt ab dem 01.07.2014 von der RWTH beurlaubt, um den Vorsitz des Vorstands des Forschungszentrums Jü-lich zu übernehmen. Zu diesem Zeitpunkt übernimmt Prof. Mitsos die Aktivitäten der beiden Lehrstühle.

Die Forschung der AVT hat häufig interdisziplinären Cha-rakter und Projekte werden oft in Kooperation mit internen sowie externen Partnern aus Universitäten und Industrie bearbeitet. Diese enge wissenschaftliche Zusammenarbeit der RWTH-Institute kommt insbesondere durch das Exzel-lenz - Cluster „Tailor-Made Fuels from Biomass” zum Aus-druck, in dem lehrstuhl- und fakultätsübergreifend gearbei-tet wird.

Prof. BüchsBioverfahrenstechnik

Prof. WesslingChemische Verfahrenstechnik

Prof. WiechertComputationalSystems Biotechnology

Prof. SpießEnzymprozesstechnik

Prof. ModigellMechanische Verfahrenstechnik

N.NThermische Verfahrenstechnik

Prof. IsmailMolecular Simulationsand Transformations

Prof. Mitsos,System-verfahrenstechnik

Prof. MarquardtProzesstechnik

Lehrstühle und Professoren der AVT

6


AVT - Gemeinsam für die Zukunft der Verfah-renstechnik

Im Mittelpunkt der AVT steht die Ausbildung von Ver-fahrenstechnikern, daneben werden aber auch Aufgaben in der Forschung wahrgenommen. Die AVT bietet Workshops und Tagungen zur Fortbildung und als Plattformen für den Informationsaustausch für externe Partner und Kunden aus der Industrie an. Darüber hinaus wird in der AVT eine breite Palette von Dienstleistungen vom Experiment bis zur Simu-lation angeboten.

Zurzeit beschäftigt die AVT ca. 220 Mitarbeiter, davon ca. 150 Doktoranden der Ingenieur- und Naturwissenschaften. Teil der AVT sind weiterhin mechanische und elektrotechni-sche Werkstätten sowie diverse analytische Labore.

Neue Rohstoffe, neue Herausforderungen

In naher Zukunft sind aufgrund der Verknappung der na-türlich vorkommenden Ressourcen Öl, Gas und Wasser gro-ße globale Herausforderungen durch den Menschen und insbesondere von der Verfahrenstechnik zu bewältigen. In der verfahrenstechnischen Produktion wird entsprechend ein Rohstoffwandel von derzeit als klassisch bezeichneten, vorzugsweise fossilen Ausgangsstoffen hin zu biogenen Stoffen eintreten.

Biogene Rohstoffe bedingen die Entwicklung einer gänz-lich neuen Verfahrenstechnik, die anders als heutzutage etablierte Verfahren mit verschiedensten Gegebenheiten wie z.B. höheren Viskositäten, schwankenden Rohstoffqua-litäten und höherer Bandbreite an Einsatzstoffen umgehen muss.

Die Lehrstühle der AVT besitzen eine ausgewiesene Expertise in unterschiedlichen Gebieten der Verfahrens-technik. Zukünftig werden die Forschungsaktivitäten ent-sprechend den bevorstehenden globalen Herausforderun-gen „Rohstoffwandel” und „Wasserverknappung” auf die Schwerpunkte „nachwachsende Rohstoffe” und „Wasser-technologien” systematisch ausgebaut. Die bestehenden Kompetenzen werden vor diesem Hintergrund optimal in neue, interdisziplinäre, stark mit den Naturwissenschaften und innerhalb der AVT verzahnte Projekte eingebracht und intensiviert werden.

Verfahrenstechnik

Erdöl-basierte

Verfahrenstechnik

Gasphasenreaktionen

„heiße“ Trennverfahren

Aufbau funktionaler Moleküle

niedrigviskose Medien

bekannte Produktlinien

Flüssigphasenreaktionen

„kalte“ Trennverfahren

Refunktionalisierung der Moleküle

viskose Medien

Exploration neuer Produktlinien

Neue Reaktionswege, Katalysatoren, Prozesse, Produkte

Herausforderungen für die Verfahrenstechnik

7


Mit Gründung der AVT als Dachorganisation aller Aa-chener Verfahrenstechnik-Lehrstühle kam der Wunsch auf, räumlich noch stärker zusammenzuwachsen, um so Kom-petenzen und Ressourcen effektiver gemeinsam zu nutzen und zu vernetzen. Im Fokus aller AVT-Lehrstühle steht die Verfahrenstechnik nachwachsender Rohstoffe – basierend auf dieser gemeinsamen Kompetenz entstand das Konzept zum Aachener „Center for Next Generation Processes and Products“, kurz NGP².

Mittelpunkt des gemeinsamen NGP²-Forschungskonzeptes sind die wissenschaftlichen Heraus-forderungen, die mit dem Umstieg auf erneuerbare Roh-stoffe einhergehen. Veränderte und komplexere Rohstoffe verlangen innovative Prozessschritte und Prozessketten. Auch hierbei zeichnet sich die Forschung der AVT durch eine starke Vernetzung von Grundlagenforschung und an-wendungsorientierter Entwicklung aus. In der geplanten Bioraffinerie werden zukünftig die bereits im Exzellenzclus-ter „Tailor Made Fuels from Biomass“ (TMFB) entwickelten Prozessschritte in Gesamtprozesse integriert und weiter optimiert.

Nach einer spannenden Antragsphase wurde am 25. Ok-tober 2010 die Finanzierung der mehr als 40 Mio. € für ein neues Gebäude und die benötigte Infrastruktur durch die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) von Bund und Ländern abschließend genehmigt. Dies war der Startschuss für den Beginn der konkreten Planungen.

Zukünftig finden etwa 250 Mitarbeiter von AVT und wei-teren NGP²-Forschungspartnern Platz in dem integrierten NGP²-Neubau. In dem neuen Gebäude werden gemeinsa-me Einrichtungen entstehen, wie zum Beispiel Werkstätten und analytische Labore, aber auch Seminar- und Bespre-chungsräume, Bibliothek und Archiv. Auf diese Weise wer-den informelle Kontakte über die Grenzen der Lehrstühle hinweg gefördert und gleichzeitig Ressourcen gebündelt.

Neben den zentralen Einrichtungen erhalten die einzel-

nen Lehrstühle eigene Laborbereiche, sodass die Eigen-ständigkeit der Forschungsgebiete auch unter einem Dach gewahrt wird. Auf diese Weise können die speziellen Kom-petenzen der einzelnen Fachbereiche weiter gepflegt und auf dem neuesten Stand gehalten werden.

Das Vorhaben der AVT passt gut in das RWTH-Zukunfts-konzept, das im Rahmen der Exzellenzinitiative eine stärke-re räumliche Zusammenlegung und Vernetzung thematisch ähnlicher Forschungsfelder vorsieht. Für die Lage des AVT-Neubaus NGP² wurde der Molecular Science and Enginee-ring Cluster als besonders geeignet erachtet. In direkter Nähe liegen zukünftig viele unserer aktuellen Kooperati-onspartner wie das DWI, die Biotechnologie, die technische Chemie und das Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik; aber auch viele andere interessante Partner wie die drei Aachener Fraunhofer Institute liegen in unmittel-barer Umgebung.

NGP2 – Next Generation Processes and Products

8

1. AVT.BioVT

Haben Sie sich schon mal darüber Gedanken gemacht, wie Bier oder Essig produziert wird? Wie die Gewinnung von Biokrafstoffen optimiert werden kann oder wie Apparate zur Abwasserbehandlung ausgelegt werden müssen? Dies sind Fragen, mit denen sich die Bioverfahrenstechnik be-schäftigt.

Immer wenn Mikroorganismen zur Stoffumwandlung be-nötigt werden, dann fällt die Prozessauslegung und Opti-mierung in den Bereich der Bioverfahrenstechnik. Deshalb stellt sie auch die Verbindung zwischen der Biologie (Medi-zin) und den Ingenieurswissenschaften dar.

Fachdisziplinen der Biotechnologie

Für einen erfolgreichen Bioprozess sind neben den bio-logischen Gesichtspunkten auch verfahrenstechnische Aspekte relevant. Darunter fallen solche Größen, die nur durch Bilanzierung, Berücksichtigung von Stofftransport-vorgängen und Modellierung zugänglich sind. Dazu gehören z.B. die Sauerstoffzufuhr, die Kohlendioxidentfernung, die Bestimmung der hydromechanischen Belastung von Mikro-organismen und die Berechnung der notwendigen Wärme-abfuhr.

Zu den biotechnologischen Stoffumwandlungen zählen sowohl die komplexen Biosynthesen bei Fermentationspro-zessen als auch Biotransformationen mit Mikroorganismen oder Enzymen, bei denen nur eine relativ einfache Stoff-umwandlung erfolgt. Bei Fermentationsprozessen kom-men Mikroorganismen und zunehmend auch tierische und pflanzliche Zell- oder Gewebekulturen zum Einsatz. Die Zu-kunft gehört der Anwendung gentechnisch veränderter Or-ganismen und Zellen. Ein wichtiges Aufgabenfeld besteht in der Übertragung der in Schüttelreaktoren (Schüttelkolben, Reagenzgläser, Mikrotiterplatten) ermittelten Ergebnisse in Laborfermenter und schließlich in technische Maßstäbe.

Die Biotechnologie ist eine der am schnellsten wachsen-den Zukunftsbranchen. Die Feinchemikalienproduktion, die Pflanzenschutz- und vor allem die Pharmaindustrie werden in den nächsten Jahren einen enormen Innovationsschub durch die Bioverfahrenstechnik erfahren. Durch den Roh-stoffwandel vom Erdöl zu nachwachsenden Rohstoffen sind große Herausforderungen zu bewältigen, die aber auch gewaltige Möglichkeiten zur Sicherung einer nachhaltigen Industrie bieten.

2.1 AVT - BIOVERFAHRENSTECHNIK


Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jochen Büchs Dr.-Ing. Lars RegesteinMitarbeiter: 24 wissenschaftliche, 4 nichtwissenschaftliche, 2 AzubisAdresse: Worringerweg 1, Sammelbau Biologie, 52074 AachenTelefon: 0241/80-23569

9


2. Forschungsschwerpunkte

Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik beschäftigt sich hauptsächlich mit der biotechnologischen Wertprodukt-herstellung, auch unter Berücksichtigung von umwelt- oder aufarbeitungstechnischen Fragestellungen. Im Mittelpunkt der Forschungstätigkeit steht die Entwicklung neuer Me-thoden und Apparate für eine effiziente Bioprozessentwick-lung. Es wird jedoch keine eigene Mikrobiologie beforscht, sondern die am Lehrstuhl entwickelten bioverfahrenstech-nischen Methoden und Apparate werden in zahlreichen Kooperationen mit anderen Lehrstühlen oder der Industrie etabliert. Folgende Forschungsgebiete werden augenblick-lich schwerpunktmäßig bearbeitet:

Schüttelreaktorsysteme In den ersten Screening-Stufen biotechnologischer Ent-

wicklungsarbeit werden in sehr großer Zahl Schüttelreak-toren (Erlenmeyerkolben, Reagenzgläser und Mikrotiter-platten) eingesetzt, um eine große Anzahl an Versuchen parallel und in kurzer Zeit durchführen zu können. Zur Zeit wird die Laborautomation mit Hilfe von Robotern aktiv vo-rangetrieben. Trotz ihrer Einsatzhäufigkeit und der Bedeu-tung sind Schüttelreaktoren bisher verfahrenstechnisch kaum erforscht und die Mess- und Analysemöglichkeiten sind im Gegensatz zum späteren Prozess unterentwickelt. Da im kleinen Maßstab jedoch ganz entscheidende Selek-tionen und Weichenstellungen vorgenommen werden, muss sichergestellt werden, dass mögliche Limitierungen vermieden und konsistente experimentelle Bedingungen garantiert werden können. Auf diesem Forschungsgebiet nehmen wir zurzeit eine weltweit führende Stellung ein.

Fermentations- und Reaktortechnik In diesem Forschungsbereich werden reaktor- und rege-

lungstechnische Fragestellungen zur biotechnologischen Wertproduktherstellung bearbeitet. Im Mittelpunkt ste-hen hier Stofftransportphänomene sowie die Bilanzierung, Regelung und modellmäßige Beschreibung von Fermenta-tions- und Biotransformationsprozessen. Auch in diesem Arbeitsgebiet werden neuartige Messmethoden erforscht, um bessere Einblicke in den Reaktor zu erhalten. Zu nennen sind hier unter anderem die Bilanzierung der biologischen Wärmeentwicklung durch Kalorimetrie und die Erfassung von lebenden Zellen durch Impedanzmessung.

3. Ihre Mitarbeit am Lehrstuhl

Als Student an der BioVT können Sie in Form von Bache-lor oder Masterarbeiten, der Projektarbeit oder als Hiwi praxisnahe Einblicke in die aktuelle Forschungen gewinnen.

Durch Ihre selbstständige und selbstverantwortliche Arbeit eignen Sie sich neben dem fachlichen Wissen auch erste Projektmanagementskills an.

Aufnahme der Pipettenspitzen durch das „Liquid Handling System“für eine automatisierte Prozessführung

Mikrotiterplatte im BioLector für optische Messungen wichtiger Prozessparameter während der Kultivierung

2.2 AVT - CHEMISCHE VERFAHRENSTECHNIK

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling Dr.-Ing. Yüce SüleymanMitarbeiter: 35 wissenschaftliche 15 nichtwissenschaftliche 1 Azubi Adresse: Turmstraße 46, 52064 Aachen Telefon: 0241/80-95470

10


1. AVT.CVT

Der Lehrstuhl „Chemische Verfahrenstechnik“ wird durch Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling geleitet. 2010 kam er über eine Alexander-von-Humboldt Professur von der Universi-tät Twente (NL), nach Aachen. In der Vergangenheit richte-te sich sein Forschungsinteresse in vielfältigen industriellen und akademischen Positionen auf die Entwicklung von Mem-branprodukten und Prozessen zur Trennung molekularer Mischungen. Seit der Übernahme des Lehrstuhls erweiterte sich die Forschungsrichtung auf die Integration technischer Membranen in chemische Stoffumwandlungsprozesse. Die Forschungsarbeiten finden in verschiedenen Disziplinen statt: Unsere Tätigkeit reicht von experimenteller Erprobung neuer interdisziplinärer Prozesskonzepte bis hin zur simula-tiven Prozessentwicklung und -optimierung. Durch stetigen Austausch mit den anderen AVT-Lehrstühlen lassen sich so innovative Lösungskonzepte entwickeln.

2. Was ist Chemische Verfahrenstechnik?

Das Verständnis und die Entwicklung effizienter, intelligen-ter und kompakter Apparate und Verfahren, wie den Mem-branverfahren und Membranreaktoren, stehen im Fokus großer Forschungsfelder wie der Wasserentsalzung, Medi-zintechnik und der Energiespeicherung. Das Forschungsfeld der Membranverfahren und der Membranreaktoren umfasst und kombiniert die Bereiche von Kolloiden und Grenzflä-chen, Materialwissenschaften, Apparatetechnik, Prozessde-sign, Multiphysik-Simulation und Reaktionstechnik.

Das Zusammenspiel dieser Disziplinen erstreckt sich von der Grundlagenforschung bis hin zur industriellen Anwen-

dung. Ausdruck für die Interdisziplinarität des Lehrstuhls ist die Mitarbeit von Prof. Matthias Wessling im „Scientific Board“ des Leibniz-Instituts für Interaktive Materialen - DWI, dessen Fokus auf der Entwicklung funktioneller, komplexer und adaptiver Materialsysteme liegt. Die enge Zusammenar-beit zwischen dem DWI-Team aus Nano- und Biotechnologen und der Verfahrenstechnik birgt Potential für neue kreative Systemkonzepte, die selektiven Stofftransport und moleku-lare Konversion miteinander kombinieren. Dabei ist die na-tional und international bewiesene Alleinstellung im Bereich der Membranherstellung und Stofftransportbeschreibung Ausgangspunkt für neue Forschungsfelder, insbesondere der elektrochemischen Membranreaktoren. Diese werden in ei-ner solaren Industriegesellschaft ein Schlüsselelement der chemischen Industrie darstellen.

Die Expertise des Lehrstuhls im Bereich der Membran-technik spiegelt sich in vielfältigen Kontakten zu Industrie und Forschung, Prof. Wesslings Tätigkeit als Editor des „Jour-nal of Membrane Science“ sowie in dem 2007 im Springer-Verlag publizierten Buch „Membranverfahren“ wider, deren Autoren Prof. Rautenbach und Melin vor 2010 den Lehrstuhl und das Institut für Verfahrenstechnik geleitet haben.


Aus dem Alltag sind Membranen vor allem durch die Ver-wendung in Funktionskleidung bekannt, mit GoreTex als pro-minentestem Produkt. Industriell jedoch werden die größten Membranflächen in der Medizintechnik, Wasseraufbereitung und Trinkwassergewinnung eingesetzt. Mehr als 1 Million Menschen mit Nierenerkrankungen leben Dank des Prozes-ses der Hämodialyse, in der Ultrafiltrationsmembranen als Nierenersatz eingesetzt werden. In neuen Produktionsanla-

11


gen von Trinkwasser aus Meerwasser wird fast ausschließlich Umkehrosmose eingesetzt; sie haben energieintensive ver-dampfungsbasierte Prozesse vollständig ersetzt.

Die heutige Chemische Industrie befindet sich in einer Neuorientierungsphase: mit dem Bewusstsein, dass fossile Energie- und Materialträger limitiert in ihrer Menge sind, evaluieren viele Industriezweige, inwieweit eine Energie-wende die Industrielandschaft verändern wird. In unserem Lehrstuhl untersuchen wir, wie Elektronen aus solaren und windenergetischen Prozessen direkt zu chemischen Grund-stoffen wie Alkanen oder Ammoniak umgesetzt werden kön-nen. Beispielsweise kristallisieren sich zurzeit im Bereich der chemischen Reaktionstechnik drei Forschungsrichtungen he-raus:

• Die Integration von Rapid-Prototyping-Techniken zur freien Gestaltung der Membranen und Reaktionsflä-chen. Diese Techniken ermöglichen ein dreidimen-sionales Design ganz neuer Reaktorsysteme. Damit können die Stoffkonversion und Stofftrennung opti-mal an die Anforderungen des Prozesses angepasst werden.

• Kapillarmembranreaktoren, bei denen an der porö-sen Membranwand heterogen-katalysierte Reaktio-nen ausgeführt werden.

• Elektro-chemische Membranreaktoren auf der Basis sogenannter Membrane Electrode Assemblies (MEA), in denen durch Elektronen, Wasser und regenerier-bare Grundstoffe im Zusammenspiel mit Membranen in brennstoffzellähnlichen Reaktoren chemische Um-setzungen erzielt werden.

• Die Forschung am Lehrstuhl für chemische Verfahrens-technik konzentriert sich also im Wesentlichen auf drei Anwendungsfelder und „Grand Global Challenges“: Wasser, Energie und Gesundheit. Die Motivation rührt aus der Grundhypothese, dass Stoffumsetzung und Stofftrennung eng auf einander abgestimmt und integ-riert sein müssen, so wie es uns die Natur in zellularen Systemen vorlebt.


Experimentelle Arbeiten in unterschiedlichen Maßstäben, von Laborexperimenten bis zu Pilotanlagen, sind häufig die Grundlage der Forschungsarbeit. Neben der Entwicklung neuer Apparate und Reaktoren stellt deren Integration in Gesamtprozesse eine weitere Herausforderung moderner Verfahrenstechnik dar. Unterstützt werden die experimen-tellen Arbeiten daher durch Simulationen auf verschiedenen Skalen. Durch Prozesssimulationen können z.B. ungewöhn-liche Verfahrenskombinationen untersucht und die Vorzüge einzelner Verfahren besonders effizient genutzt werden. Die Arbeit wird durch erfahrene Mitarbeiter in Labor und mecha-nischer Werkstatt unterstützt.

So breitgefächert wie die Forschungsprojekte am Lehr-stuhl sind auch die Möglichkeiten Einblicke in die Forschung zu erhalten. Neben Studien-, Projekt-, Bachelor- und Master-arbeitern sind in den meisten Projekten Hiwis an vorderster Front beteiligt. Neben der Tätigkeit am Lehrstuhl selbst, be-grüßen, vermitteln und betreuen wir Arbeiten an ausländi-schen Hochschulen und bei in- und ausländischen Firmen.

5. In diesen Fächern begegnen Sie Prof. Wessling

• Chemische Verfahrenstechnik

• Grundoperationen der Verfahrenstechnik

• Membranverfahren

• Produktentwicklung in der Verfahrenstechnik

• Artificial Organs

• Industrielle Umwelttechnik

• Medizinische Verfahrenstechnik

• Wasser- und Abwassertechnologie

Versuchsstände an der AVT.CVT

12

1. AVT.CSB

Der Lehrstuhl „Computational Systems Biotechnology“ wurde 2011 als Teil der AVT neu eingerichtet. Dahinter ver-birgt sich der Bereich „Systembiotechnologie“ am Institut IBG-1 (Biotechnologie) des Forschungszentrums Jülich un-ter Leitung von Prof. Wiechert. Das Institut arbeitet an der Schnittstelle zwischen Ingenieur- und Lebenswissenschaf-ten und befasst sich mit der Entwicklung biotechnologi-scher Produktionsprozesse für Grund- und Feinchemikali-en, Pharmazeutika und Proteine. Mitarbeiter des Instituts bieten Lehrveranstaltungen in den Fakultäten 1 bis 4 an und Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten werden am Jülicher Institut durchgeführt.

2. Was ist Computational Systems Biotech-nology?

Noch bis vor wenigen Jahren endete die ingenieurmä-ßige Betrachtung biotechnologischer Produktionsprozesse an der Zellwand der eingesetzten Mikroorganismen. Diese wurden als ein sich selbst reproduzierender Katalysator aufgefasst und im Detail kaum weiter aufgeschlüsselt. Mit dem Aufkommen der Systembiologie hat sich dies grundle-gend geändert. Systembiologen verfolgen das Ziel, die kom-plexen Prozesse im Inneren einer lebenden Zelle mit Hilfe ingenieurwissenschaftlicher Methoden zu beschreiben und zu analysieren. Auf Grundlage der so erarbeiteten Modelle werden Vorhersagen darüber getroffen, wie Prozesspara-meter oder die genetische Ausstattung eines Mikroorga-nismus verändert werden müssen, um die Produktivität eines Bioprozesses zu maximieren. Die darauf aufbauende

Disziplin „Synthetische Biologie“ versteht sich als eine In-genieurdisziplin, die versucht, Mikroorganismen und Prote-ine mit ganz neuen Eigenschaften und Funktionen gezielt zu konstruieren und für den Menschen nutzbar zu machen. Das Jülicher Institut arbeitet auf beiden Gebieten. Hier gibt es für Studenten der Ingenieurwissenschaften vielfältige Betätigungsmöglichkeiten.

2.3 AVT - COMPUTATIONAL SYSTEMS BIOTECHNOLOGY

Leitung: Prof. Dr. Wolfgang Wiechert Mitarbeiter: 35 wissenschaftliche 10 nichtwissenschaftliche Adresse: Leo-Brandt-Straße, 52425 Jülich Telefon: 02461/61-5557


Regulationsmodell des Zentralstoffwechsels von Corynebacterium glutamicum.

13



Modellierung biologischer Netzwerke Die interne Organisationsstruktur einer lebenden Zelle weist bemerkenswerte Parallelen zu einem industriellen Produktionsbetrieb auf. Wie in der Automatisierungstech-nik findet man eine Steuerungshierarchie vor, bei der auf oberster Ebene, der genetischen Regulation, grobe Vor-gaben für das Gesamtsystem gemacht werden, die dann auf der Ebene des Stoffwechsels in Stoffflüsse umgesetzt, der mit Hilfe von Regelkreisen stabilisiert werden. Für die Analyse dieser Netzwerke und Regelkreise werden diesel-ben Methoden eingesetzt, wie sie der Ingenieur auch zur Prozessbeschreibung einsetzt: hierarchische Modellierung, Stoffbilanzierung, Thermodynamik, Systemdynamik. Gera-de Verfahrenstechniker sind somit bestens vorbereitet, um im Gebiet der Systembiologie zu arbeiten. Die Netzwerk-modelle werden mit Hilfe moderner Simulationswerkzeuge umgesetzt und deren Parameter auf Grundlage experimen-teller Daten bestimmt. Dazu sind informative Experimen-te mit Hilfe von modernen Versuchsplanungs-Algorithmen gezielt zu entwerfen. Auf Grundlage der Modelle werden Vorhersagen getroffen und mit Optimierungsmethoden vielversprechende Modifikationen am System ermittelt.

Die Modellierung und Simulation von Apparaturen und Prozessen gehört ebenfalls zum Arbeitsgebiet der Jülicher Ingenieure. Ein Beispiel ist die mikrostrukturierte Modellie-rung und Simulation industrieller Chromatographie-Prozes-se, wie sie bei der Aufarbeitung von Proteinen verwendet werden. Eine Chromatographiesäule wird dabei bis in die einzelnen Füllpartikel hinein detailliert abgebildet, um zu untersuchen, wie sich chemische Stoffe auf molekularer Ebene voneinander trennen. Die entsprechenden Simulati-onen sind so aufwendig, dass sie nur noch auf einem Super-computer durchgeführt werden können.

Picoliter-Bioreaktor für die Einzellzelluntersuchung

Miniaturisierung, Automatisierung und Mikrofluidik Die Systembiologie erfordert Experimente mit biolo-

gischen Systemen unter hochkontrollierten Bedingungen bei einem gleichzeitig möglichst hohen Durchsatz. Daher haben Ingenieure am Jülicher Institut vielfältige Aufgaben im Bereich der Durchführung, apparativen Unterstützung, Miniaturisierung und Automatisierung von Experimenten. So werden Mini- und Mikrobioreaktoren eingesetzt und mit Laborrobotern zu integrierten Systemen zusammenge-fügt. Auch die Hochdurchsatz-Datengenerierung erfordert Ingenieurfähigkeiten. Beispielsweise werden spezielle Pro-benahme-Einrichtungen entwickelt, die es erlauben, aus ei-nem Bioreaktor mehrere Proben pro Sekunde zu ziehen und zugleich den Stoffwechsel der darin befindlichen Zellen im Subsekunden-Maßstab abzustoppen. Auf diese Weise kön-nen dynamische Vorgänge im Stoffwechsel eines Mikroor-ganismus messtechnisch erfasst werden.

Ein neues Forschungsfeld am Jülicher Institut ist die Mikrofluidik zur Untersuchung einzelner Zellen unter Pro-duktionsbedingungen. Damit kann z.B. die Auswirkung unvermeidbarer Inhomogenitäten in industriellen Produk-tions-Bioreaktoren gezielt untersucht werden. Ein Einzel-zell-Bioreaktor ist ein mikrofluidischer Chip, der mit den Methoden der Mikrosystemtechnik gefertigt wird. Die Zel-len werden in nur 1µm großen Strukturen eingefangen und unter definierten Bedingungen untersucht. Die dabei pro-duzierten mikroskopischen Videodaten werden mit eigens dafür entwickelten Bildanalysealgorithmen automatisch ausgewertet. Die Zellen werden dazu mit Methoden der Synthetischen Biologie so verändert, dass sie mittels opti-scher Signale über ihren internen Zustand berichten.


In Jülich unterstützen HiWis in allen vier Arbeitsgruppen die Forschungsarbeiten der derzeit über 25 Doktoranden. Zu-dem werden Bachelor- und Masterarbeiten vergeben.

5. In diesen Fächern begegnen Sie Prof. Wiechert

Die am Institut vertretenen Themenbereiche werden in der Lehre in den Fakultät 1 & 4 vertreten von: Prof. Wolfgang Wiechert, Prof. Marco Oldiges, Dr. Dörte Rother und Dr.-Ing. Eric von Lieres. Die für den Ingenieurbereich maßgebliche Lehrveranstaltung ist die Vorlesung „Compu-tational Systems Biotechnology“, die in jedem Sommer als einwöchige Blockveranstaltung angeboten wird. Die Veran-staltung wird sowohl von Ingenieuren als auch von Biotech-nologen besucht. Fehlendes Wissen wird im Vorfeld durch spezielle Brückenmaßnahmen nachgeholt.

1. AVT.EPT

Seit Oktober 2010 verstärkt der Lehrstuhl für Enzym-prozesstechnik (EPT) unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Antje Spieß die Aachener Verfahrenstechnik. Dabei hat sich seit seiner Gründung viel getan am jüngsten AVT Lehrstuhl. Starteten anfangs noch 6 Mitarbeiter in eine aufregende Zeit des Lehrstuhlaufbaus und dessen Organisation, küm-mern sich mittlerweile 14 Mitarbeiter um die Etablierung spannender Lehre und Forschung innerhalb der AVT. Dabei besteht das wissenschaftliche Team aus Natur- und Inge-nieurwissenschaftlerInnen, die gemeinsam auf dem Gebiet der Biokatalyse forschen.

Durch die Berufung von Prof. Dr.-Ing. Antje Spieß in das ,,Scientific Board‘‘ des DWI an der RWTH Aachen e.V., das

seit 2014 der Leibnizgemeinschaft angehört, konnte eine weitere enge Kooperation innerhalb der RWTH aufgebaut werden. Der Schwerpunkt der Kooperation liegt dabei auf der Kontrolle und dem Design enzymkatalysierter Reaktio-nen.

2. Was ist Enzymprozesstechnik?

Enzyme werden für eine Vielzahl von Prozessen als Bioka-talysatoren eingesetzt. Neben den bekannten Anwendun-gen in Waschmitteln spielen sie eine entscheidende Rolle in der organischen Synthese. Aufgrund ihrer selektiven ka-talytischen Wirkung haben sie ein immenses industrielles Potenzial für die Stoffproduktion im Bereich der Feinchemi-kalien, Pharmaprodukte sowie Treibstoffe und bieten eine große Bandbreite potenzieller neuer Synthesewege.

Daher investieren heute viele chemische und pharma-zeutische Unternehmen in die Entwicklung neuer Enzym-systeme und in die Integration der Enzymkatalyse in ihre Herstellungsprozesse. Besonders im Zuge des global not-wendigen Rohstoffwandels von petrochemischen hin zu nachwachsenden Rohstoffen nehmen selektive biokatalyti-sche Prozesse nicht zuletzt wegen ihrer Nachhaltigkeit und ihrer ökonomischen Effizienz eine Schlüsselposition ein.

Diese Entwicklung bringt einen hohen Forschungsbe-darf mit sich. Um Enzyme für industrielle großskalige An-wendungen verwenden zu können, ist ein detailliertes Verständnis der enzymatischen Reaktionskinetik und der Wechselwirkungen von Enzym und Reaktionsmedium not-wendig. Daher werden die Enzymreaktionen experimentell analysiert und mit Hilfe mechanistischer Modelle abgebil-

14

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Antje Spieß Mitarbeiter: 14 wissenschaftliche 2 nichtwissenschaftliche 1 AzubiAdresse: Worringer Weg 1, Sammelbau Biologie, 52074 AachenTelefon: 0241/80-23307

2.4 AVT - ENZYMPROZESSTECHNIK


Bausteine der Enzymprozesstechnik

15


det. Am Lehrstuhl für Enzymprozesstechnik werden die Re-aktionsmechanismen verschiedener industriell relevanter Enzymsysteme erforscht, z.B. von Cellulose- und Lignin-ab-bauenden Enzymen, von Enzymen, die C-C-Verbindungen aufbauen können, und von Oxidoreduktasen.


Die durch Industrie und öffentliche Hand geförderten Forschungsprojekte in der AVT.EPT sind insgesamt eng verzahnt. Sie reichen von naturwissenschaftlich-grundla-genorientierten Forschungsthemen bis zur angewandten Forschung des Reaktordesigns, um neue Reaktoren und Reaktionssysteme zu entwickeln und zu etablieren. Neben der Forschungsaktivität im Rahmen des Exzellenzclusters ,,Tailor-Made Fuels from Biomass“ sind am Lehrstuhl AVT.EPT zwei weitere thematische Gruppen tätig.

Reaktorsysteme und -designEinen Schwerpunkt stellt die Entwicklung und Unter-

suchung enzymkatalysierter Reaktionen in verschiedenen Reaktortypen und Reaktionsmedien dar. Viele Biokataly-satoren weisen in organischen Lösungsmitteln keine oder nur eine sehr geringe Aktivität auf. Daher wurden Enzym-prozesse in wässrig-organischen Zweiphasensystemen ent-wickelt, in denen durch die Immobilisierung in Hydrogelen die Enzymstabilität erhöht wird. Bei der Gasphasenkatalyse beeinträchtigen oftmals hohe Prozesstemperaturen die En-zymstabilität. Ein grundlegendes Verständnis der Deaktivie-rung ist daher zur Optimierung mehrphasiger Enzymprozes-se notwendig.

Enzymnetzwerke und -modellierungenWeitere Projekte beschäftigen sich mit der Modellierung

und Untersuchung der Kinetik enzymkatalysierter Reakti-onsnetzwerke, um ein quantitatives Verständnis der Reak-tionsschritte zu erlangen. Durch die Formulierung mecha-nistisch basierter Modellansätze mit akkuraten Parametern kann ein Beitrag zur Aufklärung der Struktur-Funktions-Be-ziehung unterschiedlicher Enzyme geleistet werden.


Für die vielfältige Forschungsarbeit am Lehrstuhl AVT.EPT ist immer die Mitarbeit von Studierenden erwünscht und auch notwendig. Über Abschlussarbeiten, Forschungs-praktika oder als studentische Hilfskräfte sind eine Vielzahl von Studierenden direkt in die Forschung eingebunden. Durch die Mitarbeit bekommen die Studierenden die Mög-lichkeit, neue Kenntnisse im Bereich der Entwicklung und Anwendung enzymatischer Prozesse zu erwerben und neue

kreative Konzepte zur Auslegung von Reaktoren zu entwer-fen. Absolventen im Bereich der Biokatalyse werden stark nachgefragt und können nach Studienabschluss mit sehr guten Beschäftigungsaussichten rechnen.

5. In diesen Fächern begegnen Sie Prof. Spieß

• Produktaufarbeitung (Vorlesung und Übung)

• Enzymprozesstechnik (Vorlesung und Übung, Seminar)

• Einführung in die Verfahrenstechnik / Grundlagen der Verfahrenstechnik (Vorlesung und Übung)

• Praktikum Produktaufarbeitung und Biokatalyse

• Verfahrenstechnische Projektarbeit

• Verfahrenstechnisches Seminar

Zwei-Phasen-Reaktor

16

1. AVT.MVT

Das Lehr- und Forschungsgebiet der mechanischen Ver-fahrenstechnik befasst sich mit den Bereichen Umwelt- und Energietechnik, Untersuchung von Grenzflächenphänome-nen und Rheologie. Hierbei erstreckt sich das Spektrum von Grundlagenuntersuchungen zum Verständnis des Stoff-transportes bis hin zur anwendungsorientierten Prozess- und Apparateentwicklung unter ingenieurwissenschaftli-chen Aspekten. Die Tätigkeiten der Arbeitsgruppe umfassen daher sowohl numerische Simulationen und Modellierun-gen von Prozessen und Strömungsvorgängen als auch viel-fältige experimentelle Untersuchungen.

2. Was ist Mechanische Verfahrenstechnik?

Die klassische mechanische Verfahrenstechnik befasst sich mit Methoden der Stoffumwandlung, die auf mecha-nischer Beanspruchung beruhen. Dazu gehören Grund-operationen wie Zerkleinern, Agglomerieren, mechani-sche Stofftrennung, Mischen oder Fördern von dispersen Stoffen. Gerade auf dem Gebiet der Zerkleinerung werden Methoden der mechanischen Verfahrenstechnik oft unter-schätzt. So werden etwa 4% des Strombedarfs weltweit für Zerkleinerungsprozesse aufgewendet, was unter anderem an miserablen Wirkungsgraden für Zerkleinerungsmaschi-nen liegt. Insofern bietet sich dem Verfahrenstechniker auf diesem Aufgabengebiet viel Optimierungspotenzial.

Mechanische Verfahren sind oftmals auch in der Lage, andere verfahrenstechnische Grundoperationen zu erset-zen oder zu ergänzen. Ein Beispiel hierfür kann zum Beispiel die Entfeuchtung von Biomasse mittels geeigneter Pressen

sein, anstatt energieintensiver Trocknung. Neben der „klas-sischen“ mechanischen Verfahrenstechnik beschäftigt sich die AVT.MVT auch mit den Bereichen Rheologie und Ener-gieverfahrenstechnik.


Sauerstoffleitende Membranen für den Einsatz in Oxyfuel-Kraftwerksprozessen

Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichnet die Ab-trennung und (geologische) Speicherung von CO2 aus fos-sil gefeuerten Kraftwerken. Als eine vielversprechende CCS-Techniklinie gilt die Oxyfuel-Verbrennung, bei der der Brennstoff anstelle von Luft mit reinem Sauerstoff und re-zirkuliertem Rauchgas verbrannt wird. Somit entsteht ein Rauchgas, das zu einem hohen Anteil aus CO2 besteht und mit verhältnismäßig geringem Aufwand für eine Einlage-rung konditioniert werden kann.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Michael Modigell Dipl.-Ing. Matthias KalkertMitarbeiter: 8 wissenschaftliche 3 nichtwissenschaftliche Adresse: Turmstraße 46, 52064 Aachen Telefon: 0241/80-95984

2.5 AVT - MECHANISCHE VERFAHRENSTECHNIK


Membrananlage zur Sauerstoffabtrennung aus Luft

17


Eine Alternative zur energieintensiven Sauerstoffbereit-stellung durch kryogene Luftzerlegung bieten gemischtlei-tende keramische Membranen, welche bei hohen Tempera-turen selektiv sauerstoffleitfähig sind.

Die MVT ist Partner in zwei Verbundvorhaben (Oxycoal-AC und Mem-Brain), in denen der Einsatz von Membranen in Oxyfuel-Kraftwerksprozessen erforscht und vorangetrie-ben wird. Hierbei steht neben einer effizienten Integration der Membran in den Kraftwerksprozess auch die Erprobung einer Demonstratoranlage im Fokus der Aktivitäten.

Rheologie teilerstarrter metallischer LegierungenIm Vergleich zu konventionellen Formgebungsverfahren

wie Gießen und Schmieden werden beim Sonderformge-bungsverfahren „`Thixoforming‘‘ Legierungen im teiler-starrten Zustand verarbeitet. In diesem Zustand ist das Material teils flüssig, teils fest und besitzt daher außer-gewöhnliche Fließeigenschaften, die die Herstellung kom-plexer Bauteilgeometrien (z.B. in der Automobilindustrie) ermöglicht. Diese Fließeigenschaften werden in der MVT untersucht und modelliert.


In allen vorgestellten Forschungsbereichen sind wir auf die Mithilfe von Studierenden angewiesen, sei es in Form von HiWi-Stellen oder studienbegleitenden Arbeiten. In-teressante Themen finden Sie auf unserer Webseite oder durch direkten Kontakt mit den Lehrstuhlmitarbeitern.

5. In diesen Fächern begegnen Sie der MVT

Prof. Modigell ist neben seiner Tätigkeit bei der Mecha-nischen Verfahrenstechnik Rektor der German University of Technology (GUTech) im Oman. Die folgenden Vorlesungen werden von Assistenten betreut:

• Grundlagen der Luftreinhaltung• Rheologie• Mechanische Verfahrenstechnik

Teilerstarrte Metalllegierung

18

1. AVT.MST

Die Juniorprofessur „Multiskalen Modellierung Moleku-larer Transformationen (MST)‘‘ begann im März 2010 mit der Ernennung von Ahmed E. Ismail als Juniorprofessor in Maschinenbau an der RWTH Aachen University. Die MST-Arbeitsgruppe ist Teil des Exzellenzclusters Maßgeschnei-derte Kraftstoffe aus Biomasse. Sie ist auch der AICES Gra-duiertenschule für Computational Engineering Sciences (CES) angehörig.

2. Was ist Molekulare Simulation und Trans-formation?

Molekulare Simulation steht an der Schnittstelle zwi-schen Ingenieurwissenschaft, Materialwissenschaft, Phy-sik, Chemie, Angewandter Mathematik und Informatik. Von jeder dieser Richtungen kann man beginnen, dieses Thema, welches untersucht, wie die atomare und molekulare Struk-tur von Materialien ihre thermodynamischen, kinetischen und strukturellen Eigenschaften direkt beeinflussen, zu erforschen. Wir untersuchen physikalische und chemische Prozesse auf Zeit- und Längenskalen, die weder mit Expe-rimenten, noch mit theoretischen Vorhersagen zugänglich sind. Molekulare Simulationen finden u. a. Anwendung in der Pharmazie, Nanopartikelherstellung, technischen Ver-brennung, Luft- und Raumfahrt, und in vielen anderen Be-reichen in Forschung und Industrie.


Molekulardynamiksimulationen von Zellulose- auflösung

Die Auftrennung von Lignozellulose-Biomasse in ihre Komponenten Zellulose, Lignin und Hemizellulose ist die größte Herausforderung um Brennstoff-Produktion aus Zellulose-Biomasse ökologisch und wirtschaftlich durch-führbar zu machen. Ionische Flüssigkeiten und Medien wie „Organocat“ und „Organosolv“ wurden als potenzielle Lösungsmittel für Biomasse vorgeschlagen, aber die Me-chanismen, wie diese Materialien auf molekularer Ebene arbeiten, sind noch nicht gut verstanden. Wir verwenden Molekulardynamiksimulationen um die strukturellen, ther-modynamischen und Transporteigenschaften der Lösungs-mittel sowohl isoliert als auch in Interaktion mit Wasser und Zellulose zu untersuchen.

Durch die Beobachtung der Änderungen in der chemi-schen Struktur des Lösungsmittels im Prozess geben wir Empfehlungen zu Verarbeitungsbedingungen und Lösungs-mittelwahl, welche die Effizienz und Effektivität der Auf-trennung verbessern.

Leitung: Junior Prof. Ahmed E. Ismail, Ph.D Mitarbeiter: 6 wissenschaftliche Adresse: Schinkelstraße 2, 52062 Aachen Telefon: 0241/80-99128

2.6 AVT - MOLEKULARE SIMULATIONEN


Eine Kette ionischer Flüssigkeiten (orange, grüne und rote Kugeln) umschließt ein Zellulosemolekül

19


Zudem entwickeln wir durch Kopplung der atomistischen Berechnungen mit „grobkörnigen“ Methoden, wie kineti-sche Monte Carlo Techniken, mathematische Modelle für die Simulation der Auflösung der gesamten Zellstoffbündel. Diese Modelle werden qualitative und quantitative Vorher-sagen des Verhaltens liefern, die innerhalb des Exzellenz-clusters Tailor-Made Fuels from Biomass mit den Ergeb-nissen von Experimenten der Kollegen verglichen werden können.

Struktur und Dynamik von Grenzflächen Viele interessante physikalische und technische Vorgän-

ge finden an Grenzflächen zwischen Materialien statt, be-sonders an Flüssigkeits-Dampf-Schnittstellen auf der Flüs-sigkeits-Festkörper-Grenzfläche.

Eine aktuelle Forschung in diesem Bereich ist die Unter-suchung des Phänomens des sogenannten „Supersprea-ding“. Dieser Effekt tritt bei bestimmten Tensiden auf, die in der Lage sind, die Oberflächenspannung von Wasser so stark zu verringern, dass die Benetzungseigenschaften auf verschiedensten Oberflächen vollständig verändert wer-den. Problematisch ist allerdings die starke Toxizität dieser Tenside, was zum Bedarf an umweltfreundlichen Alterna-tiven mit ähnlichen Eigenschaften führt. Deshalb untersu-chen wir, wie ihre chemische Struktur die Oberflächenspan-nung und damit die Ausbreitung auf Oberflächen ändert. Diese Arbeit wird dazu genutzt, um die Eignung mehrerer verschiedener Techniken für die Simulation des Verhaltens an Grenzflächen zu untersuchen.

In Zusammenarbeit mit Partnern aus AICES untersuchen wir, wie sich Moleküldynamik und Kontinuumsmechanik verbinden lassen um die Struktur und Dynamik von Poly-merbürsten zu erforschen. Diese Materialien, die als Be-schichtungs- und Gleitmittel verwendet werden, weisen eine Reihe von Eigenschaften auf, die von denen typischer

Polymerschmelzen oder -lösungen zu unterscheiden sind.Die systematische Bestimmung des Verhaltens dieser Bürs-ten ist aufgrund der großen Längen- und Zeitskalen sehr komplex; zudem muss eine große Anzahl an Freiheitsgra-den, wie „Bürstendichte“, Kettenlänge der „Bürstenhaare“ und die chemische Zusammensetzung des Polymers, be-rücksichtigt werden.


Bei allen Forschungsprojekten können Sie im Rahmen von Projekt- und Abschlussarbeiten mitwirken, auch vor Ort bei unseren Partnern in der Industrie. Zusätzlich können Sie sich jederzeit in einem persönlichen Gespräch oder durch unser aktuelles Angebot im Internet näher über Forschung und Lehre, sowie Mitarbeitsmöglichkeiten an unserem Lehrstuhl informieren. In jedem Projekt werden die Tätig-keiten an die Fähigkeiten und Interessen unserer Studieren-den angepasst.

5. In diesen Fächern begegnen Sie Prof. Ismail

• Material- und Stoffkunde (CES)

• From Molecular to Continuum Physics II (Simulation Sciences)

• Introduction to Polymer Physics

• Introduction to Molecular Simulations

Molekulare und Finite-Elemente Simulationen einer Kugel, die in eine Polymerbürste drückt

20

1. AVT.PT und AVT.SVT

Der Lehrstuhl für Prozesstechnik (AVT.PT) wurde 1992 aus einer gemeinsamen Initiative der RWTH Aachen und der Bayer AG Leverkusen gegründet und wird seitdem von Prof. Wolfgang Marquardt geleitet. Prof. Alexander Mitsos wechselte im Jahr 2012 vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) an die RWTH, wo er die Leitung des neu gegründeten Lehrstuhls für Systemverfahrenstechnik (AVT.SVT) übernahm. Seitdem teilen sich die Lehrstühle für Pro-zesstechnik und Systemverfahrenstechnik Lehraufgaben, administratives Personal und unterhalten zum Teil gemein-same Forschungsprojekte. Prof. Marquardt wird ab dem 01.07.2014 von der RWTH beurlaubt um den Vorsitz des Vorstands des Forschungszentrums Jülich zu übernehmen. Zu diesem Zeitpunkt übernimmt Prof. Mitsos die Aktivitä-ten der beiden Lehrstühle.

2. Was sind Prozesstechnik und Systemver-fahrenstechnik?

Als ein Teilgebiet der Verfahrenstechnik werden in der Prozesstechnik und Systemverfahrenstechnik chemische Prozesse und Energiesysteme ganzheitlich entwickelt, be-trieben, analysiert und verbessert. Dabei sind verschiede-ne, oft sogar widersprüchliche Kriterien, wie beispielsweise Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und Nachhaltigkeit abzuwä-gen und im Sinne eines Kompromisses zu einem Optimum zu führen. Diese Zielsetzung erfordert eine problemüber-greifende Behandlung, wo heute oft noch isolierte Aufga-benstellungen betrachtet werden. Beispielsweise kann das volle wirtschaftliche Potential einer Prozessoptimierung

nur ausgeschöpft werden, wenn auch die Wechselwirkun-gen der einzelnen Teilschritte mit den vor- und nachge-schalteten Einheiten sowie den sich dynamisch ändernden Marktbedingungen berücksichtigt werden.

Die wissenschaftliche Arbeit in der Prozesstechnik und Systemverfahrenstechnik konzentriert sich auf die Ent-wicklung möglichst allgemeingültiger Methoden und Algo-rithmen und deren Anwendung auf reale Prozesse. Diese Methoden basieren häufig auf der Nachbildung des Pro-zessverhaltens mit Hilfe mathematischer Modelle, um mit-tels einer Simulation auf dem Computer das zu erwartende Verhalten des Prozesses vorauszuberechnen. Das Simula-tionsmodell dient somit als ein virtuelles Experiment, mit dem sich schnell und kostengünstig Einsicht in den Prozess gewinnen lässt. Dabei ist Simulation der erste Schritt vor dem optimalen Entwurf und Führung. Neben der Modell-bildung und der Bereitstellung modellgestützter Entwurfs-methoden steht auch die Weiterentwicklung leistungsfähi-ger Softwarewerkzeuge, wie Optimierer im Fokus unserer Forschung.


Neben unserer überwiegend theoretischen Forschungs-arbeit kommt der praktischen Erprobung der in den Projek-ten entwickelten Methoden große Bedeutung zu, sodass im Rahmen von Forschungskooperationen mit Industrie und Hochschulpartnern experimentelle Untersuchungen durch-geführt werden. Laufende Forschungsprojekte an der AVT.PT und AVT.SVT sind zum Beispiel:

Leitung: Prof. Alexander Mitsos, Ph. D. Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt Dr.-Ing. Adel Mhamdi Dipl.-Ing. Jörn ViellMitarbeiter: 25 wissenschaftliche 6 nichtwissenschaftliche 3 AzubisAdresse: Turmstraße 46, 52064 Aachen Telefon: 0241/80-97717

2.7 AVT - PROZESSTECHNIK & SYSTEMVERFAHRENSTECHNIK


21


Systemverfahrenstechnik für Polymerisationspro-zesse

Aus dem Blickwinkel der Systemverfahrenstechnik wer-den Methoden zur Messung, Modellierung, Optimierung und Regelung verschiedener Polymerisationsprozesse entwickelt. Zur Messung dieser Prozesse werden in-line Raman- und IR-Spektren aufgenommen, um unter Anwen-dung von Indirect Hard Modeling Prozessgrößen den Reak-tionsfortschritt zu quantifizieren. Außerdem werden Semi-Batch- Polymerisationsprozesse zum einen offline optimiert und zum anderen werden dynamische echtzeitfähige Opti-mierungsstrategien für die robuste Regelung entwickelt, für welche man gute Modelle der Prozesse braucht.

ProzesssyntheseDer optimale Entwurf von Reaktions- und Trennsystemen

ist für die Qualität und Ökonomie von Produktionsprozessen von entscheidender Bedeutung. Hierbei sind insbesondere die Auswahl und Verschaltung einzelner Grundoperationen und deren optimale Dimensionierung und Betriebsweise zu bestimmen. Im Rahmen des Forschungsschwerpunkts werden deshalb modellgestützte Techniken für Entwurf, Analyse und insbesondere die Optimierung solcher verfah-renstechnischer Reaktions- und Trennprozesse verwendet. Hierzu werden Modelle einzelner Grundoperationen wie der Destillation, Extraktion oder Pervaporation in verschie-denen Modellierungstiefen formuliert sowie Lösungsstrate-gien für die Optimierung von einzelnen Grundoperationen bis hin zu ganzen Fließbildern entwickelt und an industriell relevanten Beispielen erprobt.

Globale Optimierung: Theorie & AlgorithmenViele Prozesse führen zu nicht-konvexen Optimierungs-

problemen, die oftmals ganzzahlige und dynamische Vari-ablen enthalten. Bestehende Algorithmen reichen oft nicht aus oder sind unpassend, sodass wir verbesserte oder gänz-lich neue Methoden entwickeln. Ein spezieller Fokus liegt dabei auf besseren konvexen Relaxationen und eingebet-teten Programmen (bilevel und semi-infinite Programme).

Wir wenden unsere Algorithmen auf die oben erwähnten Gebiete der Prozesstechnik und Systemverfahrenstechnik an und auf verwandte Gebiete, wie etwa chemische Ther-modynamik, reaktive Flüsse und Signalpfade in biologi-schen Zellen.


Für unsere Forschung suchen wir jederzeit engagierte wissenschaftliche Mitarbeiter, studentische Hilfskräfte so-wie Bearbeiter für spannende Bachelor-, Projekt- und Mas-terarbeiten. Weitere Informationen zu unserem aktuellen Themenangebot finden Sie auf unserer Webseite. Bei Inte-resse stehen wir Ihnen gerne für ein persönliches Gespräch zur Verfügung.

5. In diesen Fächern begegnen Sie der AVT.SVT

Neben unseren Pflichtvorlesungen Simulationstech-nik (zusammen mit dem Lehrstuhl für Computergestützte Analyse technischer Systeme (CATS)), Prozessentwicklung in der Verfahrenstechnik und Modellierung Technischer Systeme, bieten wir auch weitere Wahlveranstaltungen aus unterschiedlichen Gebieten der Prozesstechnik und Systemverfahrenstechnik an. In Rechnergestützte Prozess-entwicklung werden Kenntnisse zum Entwurf und der Aus-legung von chemischen Prozessen mit Hilfe von Fließbildsi-mulatoren vermittelt. Diese Veranstaltung wird begleitend zu unserer Pflichtvorlesung Prozessentwicklung in der Ver-fahrenstechnik angeboten und bietet eine gute Gelegen-heit zur Vertiefung des Stoffes. In der Veranstaltung Mo-dellgestützte Schätzmethoden (gemeinschaftlich mit dem Institut für Geometrie und Praktische Mathematik (IGPM)), werden die grundlegenden Methoden vorgestellt um wich-tige Größen (z. B. Eingangsdaten oder Zustände), die nicht direkt gemessen werden können, aus anderen Messungen zu rekonstruieren. Numerische Optimierungsverfahren, die derzeit in allen Bereichen des Maschinenbaus zunehmend an Akzeptanz gewinnen und in naher Zukunft zu Standard-werkzeugen von Entwicklungsingenieuren gehören werden, werden in der Vorlesung Angewandte Numerische Optimie-rung eingeführt und anhand von anwendungsorientierten Beispielen vertieft. In der Veranstaltung Anlagenweiten Regelung bekommt man die Chance die Regelungstechnik auf ganze Prozesse anzuwenden und die Methoden zu ver-tiefen. Außerdem bieten wir Simulationstechik II für CES an und koordinieren die Ringvorlesung Simulationstechnik I. Natürlich sind wir auch in den AVT-weiten Masterveranstal-tungen, der AVT-Projektarbeit und dem Verfahrenstechni-schen Seminar beteiligt und betreuen einen Versuch beim Messtechnischen Labor.

Polymerisationsreaktor

22

1. AVT.TVT

Die Thermische Verfahrenstechnik wurde als zweiter Lehrstuhl für Verfahrenstechnik 1972 an dieser Hochschule gegründet. Dies verdeutlicht den Stellenwert der thermi-schen Trennverfahren in der Gesamtverfahrenstechnik. In den vergangenen Jahren erfolgte eine Umstellung der For-schungsschwerpunkte von klassischen Trennverfahren hin zu energieschonenden und insbesondere biokompatiblen Trennverfahren.

2. Was ist Thermische Verfahrenstechnik?

Die Thermische Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit der Auftrennung oder der An- bzw. Abreicherung von Komponenten in einem Gemisch. Die dafür notwendigen Grundoperationen werden als thermische Trennverfahren bezeichnet. Beispiel ist die Branntweinherstellung durch Destillation, bei der Alkohol und Aromastoffe aus einer trü-ben Fermentationsbrühe in einer klaren wässrigen Lösung - dem Schnaps - angereichert werden. Dieses Verfahren wird heutzutage, neben der großtechnischen Anwendung der Auftrennung und Fraktionierung von Rohöl auch in der Abtrennung eines biobasierten Kraftstoffes wie Bioethanol aus einem Bioreaktor verwendet. Neben der Destillation ist die Extraktion das am häufigsten in der Industrie angewen-dete thermische Trennverfahren.

Die Bedeutung dieser Trennverfahren insgesamt rührt daher, dass in vielen Prozessschritten keine reinen Stoffe erzeugt werden oder Verunreinigungen eine folgende Pro-zessstufe wesentlich beeinträchtigen würden, so dass da-mit Trennschritte unerlässlich werden. Das Potenzial der

thermischen Trennverfahren wird auch deutlich, wenn man bedenkt, dass in ihnen typischerweise rund 80% der Ener-gie eingesetzt werden muss, die für den Betrieb des Ge-samtprozesses benötigt wird. Es gilt also, die thermischen Trennverfahren optimal auszulegen und zu betreiben, um ein verfahrenstechnisches Produkt wirtschaftlich zum Er-folg zu führen.

Um hier der Industrie praktikable Hilfsmittel bereitzu-stellen, beschäftigen wir uns am Lehrstuhl damit, geeignete aufeinander abgestimmte experimentelle Methoden und Simulationstechniken zu entwickeln. Für den industriellen Einsatz muss z.B. die für ein Experiment benötigte Menge an Substanz möglichst gering und die Messungen müssen ausreichend schnell durchführbar sein. Andererseits sind geeignete Simulationsmethoden zu entwickeln, die basie-rend auf den so gewonnenen Informationen über die Stoff-eigenschaften eine sichere Vorhersage des Verhaltens tech-nischer Anlagen erlauben.

Kommissarische Prof. Dr.-Ing. Antje Leitung: Spieß Mitarbeiter: 4 wissenschaftliche 4 nichtwissenschaftliche Adresse: Wüllnerstraße 5, 52062 Aachen Telefon: 0241/80-95246

2.8 AVT - THERMISCHE VERFAHRENSTECHNIK


AVT.TVT-Forschungskonzept

23



Um eine solche Vorhersage über viele Größenskalen aus dem Labor zu Apparaten von bis zu 100 m Größe sicher zu erlauben, müssen die zu Grunde gelegten Modelle das Stoffverhalten korrekt abbilden. Dies stellen wir dadurch si-cher, dass wir das vorhandene Wissen auch über noch klei-nere Größenskalen sinnvoll mit nutzen. Daraus ergibt sich das dargestellte Forschungskonzept.

Für unsere Forschung ist dabei insbesondere die Größen-skala der Tropfen und Blasen als die kleinste Stofftransport-Einheit in einem technischen Apparat besonders relevant, da diese ideal im Labor untersucht werden kann. Hier ha-ben wir standardisierte Messzellen entwickelt, auf deren Ergebnissen aufbauend es zum Beispiel bereits gelungen ist, das Verhalten von Extraktionskolonnen genau vorher-zusagen. So wird der bisher nötige aufwändige und daher teure Technikumsversuch ohne Einschränkung der Ausle-gungssicherheit überflüssig. Ein ganz aktuelles Thema ist der Einsatz thermischer Trennverfahren für Rohstoffe aus Biomasse, die sich z.B. durch höhere Viskositäten auszeich-nen.

Daneben beschäftigen wir uns mit der Dispersionstren-nung und der Destillation. Insgesamt ist es dabei immer das Ziel, für die Industrie handhabbare Auslegungsmetho-den durch die beispielhaft dargestellte Verknüpfung von einfachen Experimenten und detaillierten Simulationen zu entwerfen und kontinuierlich weiterzuentwickeln. Entspre-

chend kooperieren wir national und international mit den Unternehmen, bei denen thermische Trennverfahren ein-gesetzt werden. Dies ist insbesondere der gesamte Chemie-bereich, aber auch unter anderem die Umwelt- sowie die Lebensmitteltechnik.

Neben der Zusammenarbeit mit großen Unternehmen (z.B. Bayer, BASF, Evonik) pflegen wir auch besonders re-gional Kooperationen mit kleineren und mittelständischen Unternehmen.


Die Mitarbeit von Studierenden an den vielfältigen For-schungsarbeiten der AVT.TVT ist immer gern gesehen. Die Studierenden können sich als studentische Hilfskräfte oder durch entsprechende Abschlussarbeiten in die aktuelle Forschung am Lehrstuhl einbringen. Die Studenten kön-nen dabei sowohl konstruktive Arbeiten im Technikum, wie beispielsweise den Aufbau von Technikumsanlagen oder Labormesszellen, als auch experimentelle Tätigkeiten in verschiedenen Projekten oder theoretische Arbeiten an Modellen und Simulationstools für die Bewertung und Ana-lyse thermischer Trennprozesse durchführen.

5. In diesen Fächern begegnen Sie der AVT.TVT

• Einführung in die Verfahrenstechnik / Grundlagen der Verfahrenstechnik (Gelesen von Prof. Antje Spieß der AVT.EPT)

• Thermische Trennverfahren (Gelesen von Prof. Mat-thias Wessling der AVT.CVT)

• Messtechnisches Labor (Versuch 8.3)

• Verfahrenstechnische Projektarbeit

• Verfahrenstechnisches Seminar

Tropfen bestimmen das Verhalten von Extraktionskolonnen

Branntwein AG: Spaß als Verfahrensingenieur

24


Die Verknappung fossiler Brennstoffe und Sorgen um mögliche Folgen des Klimawandels haben zur verstärkten Suche nach Alternativen zu erdölbasierten Kraftstoffen ge-führt. Vor allem das Stichwort Elektromobilität wird seit einigen Jahren als eine zukunftsträchtige Strategie ange-sehen, allerdings verhindert bis jetzt die niedrige Energie-speicherdichte der Batterien eine breite Anwendung. Von daher werden chemische Energieträger, im Idealfall aus nachwachsenden Rohstoffen, auch weiterhin eine wichtige Rolle als Kraftstoff für mobile Antriebe spielen.

Biokraftstoffe, wie Ethanol oder Biodiesel, fanden ihren Weg an die Zapfsäulen. Doch mit teils niedriger Effizienz, unbefriedigender CO2-Einsparung und einer Konkurrenz mit der Nahrungsmittelindustrie waren diese Biokraftstof-fe erster Generation noch keine optimale Lösung. Einige dieser Probleme lösten bereits die Biokraftstoffe der so genannten zweiten Generation, die anders als ihre Vor-gänger aus der gesamten Biomasse der Nutzpflanzen her-gestellt werden. Der Exzellenz-Cluster Tailor-Made Fuels from Biomass geht hier noch einen Schritt weiter: Das Ziel des Clusters ist nicht nur, das Erdöl als Ausgangsstoff be-stehender Kraftstoffe durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen, sondern vielmehr einen genau definierten Kraft-stoff zu entwickeln, dessen gewünschte Eigenschaften und Zusammensetzung für die motorische Verbrennung opti-miert sind. Durch direkte katalytische Umsetzungen wird mit minimalem Energie- und Stoffverlust ein maßgeschnei-derter Kraftstoff hergestellt, der die natürlichen Ressour-cen optimal ausnutzt. Seit 2007 arbeiten 22 verschiedene Forscherteams der RWTH Aachen, das Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und angewandte Ökologie und das Max-Planck Institut für Kohleforschung an diesem interdis-ziplinären Projekt. Vor kurzem wurde die Finanzierung des

Projekts in einer zweiten Förderungsrunde bis 2017 sicher-gestellt. Auch die AVT ist im Cluster vertreten und forscht unter Anderem in den Bereichen Biomasse-Auftrennung, bio-katalytische Umwandlung und Kraftstoffentwicklung.

Eine der größten Herausforderungen bei der Umsetzung von Biomasse zum gewünschten Kraftstoff ist der hohe Sau-erstoffgehalt der Lignozellulose. Während fossile Energie-träger üblicherweise sauerstofffrei sind, erfordert die Ent-fernung des Sauerstoffs aus der Biomasse große Mengen an Wasserstoff und somit Energie, was die Nachhaltigkeit des Gesamtprozesses entscheidend verschlechtern könn-te. Daher werden auch sauerstoffhaltige Verbindungen als mögliche Kraftstoffkomponenten in Betracht gezogen. Da nicht alle infrage kommenden Stoffe in zeitaufwendigen Versuchen hinsichtlich ihrer Verbrennungseigenschaften getestet werden können, verfolgt die AVT.PT einen mo-dellbasierten Ansatz zur Kraftstoffentwicklung. Welche Ei-genschaften bestimmte Verbindungen dem Kraftstoff ver-leihen, soll anhand der molekularen Strukturen mittels so genannter Quantitativer Struktur-Wirkungs-Eigenschaften simuliert werden. Auf diese Weise lassen sich Millionen infrage kommender Moleküle hinsichtlich Siedetempera-tur, Verbrennungswärme, Viskosität oder anderer interes-sierenden Eigenschaften schnell und mit relativ geringem Aufwand untersuchen. Mit dieser Methode lässt sich eine überschaubare Anzahl vielversprechender Verbindungen ermitteln, die dann mittels Testläufen und weiterführenden Modellierungen genauer untersucht werden.

Diese sauerstoffhaltigen Kraftstoffverbindungen wer-den durch direkte (bio-)katalytische Umfunktionalisierung von so genannten Plattformchemikalien hergestellt, bei-spielsweise Itakonsäure oder Lävulinsäure. Die katalytische Umwandlung ist ein wichtiger Teil der Forschung im TMFB Projekt und bildet zusammen mit der nachhaltigen Produk-tion der Plattformchemikalien eine äußerst herausfordern-de Forschungsaufgabe für die AVT. Die AVT.BioVT forscht an der fermentativen Produktion von Itakonsäure durch den Mikroorganismus Ustilago maydis. In einem interdiszipli-nären Ansatz haben AVT.BioVT und AVT.CVT einen Mem-branreaktor für diese Fermentation entwickelt, der durch Gegenstrom-Diafiltration für die Substratversorgung und Produktabfuhr eine signifikante Steigerung der Raum-Zeit- Ausbeute aufweist. Auch die anschließende Entfernung von organischen Säuren aus der Reaktionsbrühe wird unter-sucht; hier konzentriert sich die AVT.CVT auf bipolare Elekt-rodialyse und die AVT.TVT auf reaktive Extraktion.

2.9 Die AVT im Exzellenz-Cluster TMFB

Ein Modell einer Bioraffinerie zur Visualisierung der notwendigen Prozessschritte in der Herstellung eines Kraftstoffs aus Biomasse

25


Die Fermentation von Itakonsäure aus Biomasse erfor-dert den Aufschluss der Lignozellulose in für Mikroorganis-men verwertbare Zuckermoleküle. Um das zu erreichen, werden im Rahmen des TMFB Projekts verschiedene Pro-zessstufen untersucht: Mechanische Vorbehandlung (AVT.MVT) zerkleinert die Biomasse soweit, dass Extraktions- und Fraktionierungsprozesse möglich sind, die vor allem auf organischen Lösungsmitteln und ionischen Flüssigkei-ten beruhen. Eine detaillierte Untersuchung dieses Biomas-seaufschlusses erfolgt durch moderne Spektroskopieme-thoden (AVT.PT) auf der einen und molekularer Simulation (AVT.MST) auf der anderen Seite. Ionische Flüssigkeiten wurden darüber hinaus als unkonventionelles Medium zur enzymatischen Hydrolyse von Lignocellulose eingesetzt

(AVT.EPT). Die AVT.PT beschäftigt sich mit dem konzepti-onellen Prozessdesign, das in einer Art Vogelperspektive auf das Projekt schaut und die einzelnen Reaktionen und Teilschritte zu einem Gesamtprozess verknüpft. Dabei lie-gen die Herausforderungen in einem möglichst integrierten Prozess mit maximaler Energie- und Stoffrückführung, in der Abschätzung des Gesamtenergiebedarfs und der Pro-duktionskosten, sowie in der Verwendung der gewonnenen Kenntnisse zur Optimierung des gesamten TMFB-Ansatzes.

Seit Projektbeginn des TMFB-Clusters wurden erhebli-che Fortschritte gemacht und seit dem Start der zweiten Finanzierungsrunde werden neue Herausforderungen und Problemstellungen formuliert und in Angriff genommen. So wird beispielsweise die Methode zur Kraftstoffentwicklung um die Verfügbarkeit der Plattformchemikalien erweitert, wenn diese durch direkte katalytische Umsetzung herge-stellt werden. Um dem Ziel näher zu kommen, alle Bestand-teile der Biomasse zu verwenden, wird nun auch der Auf-schluss von Lignin in verwertbare Monomere untersucht. Wieder gibt es einen parallelen Ansatz, bei dem die AVT.EPT an einer enzymatischen und die AVT.CVT an einer elek-trochemischen Lösung forschen. Der nächste große Schritt ist die Entwicklung eines Referenzprozesses, indem alle For-schungsaktivitäten zusammengeführt werden und die Pro-zessführung durch Experimente bestätigt wird.

Innovativer Ansatz einer Bioraffinerie zur Generierung von Biotreibstoffen der dritten Generation

Substrate(Plattform)

Chemikalien

Biomasse Produkte(z.B. Kraftstoff)

Vorbehandlung

LösungsmittelKatalysatorWasser...

Umwandlung Separation

Online Analytik und Kontrolle

ZWISC

HENPRODUKTE

HILFSSTOFFE

26

3 Verfahrenstechnikstudium an der RWTH

So vielfältig die Einsatzgebiete und Aufgaben eines Ver-fahrenstechnikers sind, so vielfältig präsentiert sich auch das Studium der Verfahrenstechnik an der RWTH. Der Be-griff „Verfahrenstechnik“ steht hierbei für eine Vielzahl ver-fahrenstechnischer Gebiete, die durch die einzelnen Lehr-stühle innerhalb der AVT vertreten werden. Während des Studiums soll Ihnen besonders das Denken in Stoffflüssen, Bilanzen und Zustandsänderungen nahe gebracht werden. An der RWTH ist die Verfahrenstechnik neben dem Master Verfahrenstechnik, der auf den Bachelor Maschinenbau aufbaut, auch in anderen Studiengängen vertreten. So ist es möglich, als Wirtschaftsingenieur im Master Verfahrens-technik zu studieren. Im Studiengang CES gibt es die Vertie-fungsrichtung Verfahrenstechnik und der neu eingeführte Masterstudiengang Umweltingenieurwesen hat einen eige-nen Schwerpunkt Umweltverfahrenstechnik.

B.Sc. Maschinenbau Berufsfeld Verfahrens-technik

In den Pflichtvorlesungen der ersten vier Semester des Bachelorprogramms wird für alle Studierende des Maschi-nenbaus das grundlegende Handwerkszeug für Ingenieure vermittelt. Hierzu gehören insbesondere die Vorlesungen Thermodynamik, Strömungsmechanik und Wärme- und Stoffübertragung, in denen unabdingbare Kenntnisse zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Grundoperationen und Arbeitsmethoden vorgestellt werden. Sie bilden die Grundlage für das Verständnis aller verfahrenstechnischen Vorlesungen des Berufsfeldes und eines potentiellen Mas-terstudiums.

Die Entscheidung für ein Berufsfeld steht mit Beginn des 5. Semesters an. Im 5. und 6. Semester des Studiums müssen im Berufsfeld jeweils 15 Credits (CP) gesammelt werden. Im 5. Semester sind die verfahrenstechnischen Vorlesungen Grundoperationen der Verfahrenstechnik, Reaktionstechnik und Thermodynamik der Gemische vor-gesehen. Während des 6. Semesters werden Produktent-wicklung in der Verfahrenstechnik, Prozessentwicklung in der Verfahrenstechnik und Grundoperationen der Energie-technik gelesen. Vorgesehen ist, dass jeweils im 5. und 6. Semester ein Wahlpflichtfach mit 3 CP aus den vorgeschla-genen Wahlpflichtfächern ausgewählt wird. Sollte dies auf-grund der persönlichen Interessenslage nicht möglich sein, so können auch beide Wahlpflichtfächer in einem Semester belegt werden. Die Wahlpflichtfächer bieten die Möglich-keit, das eigene Studium nach persönlichen Neigungen mit-zugestalten. Für das Berufsfeld Verfahrenstechnik werden

eine Reihe an verfahrenstechnischen Wahlpflichtfächern empfohlen. Die Empfehlungen sind nicht bindend, d.h. Sie können auch Wahlpflichtmodule aus anderen Berufsfeldern wählen.

Im 7. Semester sieht der Studienplan das Absolvieren eines 14-wöchigen Praktikums sowie das Erstellen einer Ba-chelorarbeit (10 Wochen) vor.

M.Sc. Verfahrenstechnik

Mit dem Sommersemester 2011 ist das Masterpro-gramm Verfahrenstechnik an der RWTH Aachen erstmals angelaufen. Dieses ist auf 3 Semester ausgelegt. Innerhalb des Masters gibt es wie im Bachelor, Pflichtvorlesungen, die als weiterführende Grundlagenvorlesungen zu verste-hen sind. Die Lehrinhalte aus den Grundlagenvorlesungen des Bachelors werden als bekannt vorausgesetzt. Über den größten Wahlpflichtbereich aller Vertiefungsrichtun-gen können Sie als Verfahrenstechniker sehr gezielt Ihre eigenen Studienschwerpunkte nach persönlichem Interes-sen auswählen. Diese Wahl sollte sorgfältig und rechtzei-tig passieren. Die Studienberatung hilft Ihnen dabei gerne. Zusätzlich zu den üblichen Vorlesungen können Sie Erfah-rungen in Projektmanagement und Teamarbeit im Rahmen der verfahrenstechnischen Projektarbeit, des ChemCar Wettbewerbs, der Branntwein AG oder der Sake AG sam-meln, Vorlesungen in englischer Sprache besuchen sowie Softskills in seminaristischen Vorlesungen entwickeln und trainieren. Das Masterprogramm stellt somit eine weiter-gehende Ausbildung zum Verfahrensingenieur dar. Durch Belegen entsprechender Fächer im Wahlpflichtbereich ist eine starke persönliche Schwerpunktsetzung innerhalb der Verfahrenstechnik möglich. Z.B.:

• Bioverfahrenstechnik

• Chemische Verfahrenstechnik

• Energieverfahrenstechnik

• Enzymprozesstechnik

• Mechanische Verfahrenstechnik

• Systemverfahrenstechnik

• Thermische Verfahrenstechnik

• Umweltverfahrenstechnik

Im 1. Semester des Masters werden die Pflichtfächer Che-mische Verfahrenstechnik, Mechanische Verfahrenstechnik und Modellierung technischer Systeme gelesen. Außerdem


27


ist vorgesehen, dass Sie am verfahrenstechnischen Seminar teilnehmen. Im 2. Semester finden Bioprozesskinetik, Ther-mische Trennverfahren sowie die verfahrenstechnische Projektarbeit statt. Der Anteil der Pflichtvorlesungen deckt einen Umfang von 30 CP ab, das Seminar und die Projekt-arbeit weitere 12 CP. Aus dem großen Wahlpflichtkatalog können Fächer im Umfang von 12-14 CP frei nach persön-lichem Interesse ausgewählt werden. Zu belegen sind zu-dem noch 4-6 CP aus dem „gesamten“ Angebot der RWTH (mathematisch/technisch/naturwissenschaftlich). Für das 3. Mastersemester ist die Masterarbeit mit einem Umfang von 30 CP angesetzt.

B.Sc. Wirt.-Ing.FR Maschinenbau BF Verfah-renstechnik

Die Entscheidung für ein Berufsfeld steht mit Beginn des 5. Semesters an. Im 5. und 6. Semester werden im Berufs-feld 6 bzw. 10 Credits (CP) abgelegt. Die Studienpläne kön-nen auf der Homepage der Fakultät eingesehen werden: http://www.maschinenbau.rwth-aachen.de

Im 5. Semester ist die verfahrenstechnische Pflichtvorle-sung Grundoperationen der Verfahrenstechnik vorgesehen. Während des 6. Semesters werden Produktentwicklung in der Verfahrenstechnik und Grundoperationen der Verfah-renstechnik gelesen. Alle Pflichtfächer haben einen Um-fang von 4 CP. Der Wahlpflichtbereich umfasst 4 CP, die frei wählbar aus dem empfohlenen Katalog der Verfahrenstech-nik belegt werden können.

Im 7. Semester sieht der Studienplan das Absolvieren eines 14-wöchigen Praktikums sowie das Erstellen einer Ba-chelorarbeit (10 Wochen) vor.

M.Sc. Wirt.-Ing. Energie- und Verfahrens-technik

Seit dem Sommersemester 2011 ist ebenfalls das Mas-terprogramm Wirtschaftsingenieurwesen mit der Fach-richtung Maschinenbau und der Vertiefungsrichtung Ver-fahrenstechnik an der RWTH Aachen gestartet, das auf 3 Semester ausgelegt ist.

Der Master ist in einen ingenieurwissenschaftlichen Pflichtbereich und einen Wahlpflichtbereich gegliedert. In Abhängigkeit von der Fakultät, in der die Masterarbeit geschrieben werden soll, variiert die Anzahl der zu absol-vierenden CP im ingenieurwissenschaftlichen bzw. wirt-schaftswissenschaftlichen Wahlpflichtbereich.

Im 1. Semester des Masters wird das Pflichtfach Mecha-nische Verfahrenstechnik gelesen, im 2. Semester finden Reaktionstechnik und Thermische Trennverfahren statt. Der

Anteil der ingenieurwissenschaftlichen Pflichtvorlesungen deckt einen Umfang von 14 CP ab. Im Wahlpflichtbereich sind 46 CP zu belegen. Soll die Masterarbeit in der Fakultät für Maschinenwesen geschrieben werden, dann sind mind. 30 CP aus dem wirtschaftswissenschaftlichen Wahlpflicht-bereich zu absolvieren. Möchten Sie Ihre Masterarbeit in der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften machen, sind 15-30 CP aus dem wirtschaftswissenschaftlichen Wahl-pflichtbereich abzudecken. Unabhängig, in welcher Fakultät die Masterarbeit angefertigt wird, davon können bis zu 5 CP in einem Softskill Modul belegt werden.

Für das 3. Mastersemester ist die Master-Arbeit ange-setzt, die 30 CP einbringt.

M.SC. Umweltverfahrenstechnik

Durch den Wandel der Industrie zu erneuerbaren Ener-gien und ressourcenschonenden Prozesse wird der Bedarf an technisch exzellent ausgebildeten Verfahrenstechnikern, die ein tiefgehendes Verständnis für umweltverträgliche Prozesse mitbringen, stetig größer. Diesem Ruf der Indus-trie wollen wir mit dem Masterstudiengang Umweltverfah-renstechnik begegnen.

Seit WS 13/14 gibt es die ersten Studenten im Master Umweltverfahrenstechnik. Dieser ist dabei einer von fünf möglichen Mastern des Bachelorstudiengangs Umweltinge-nieurwissenschaften.

Der Master Umweltverfahrenstechnik bietet Ihnen ei-nerseits ein breites Basiswissen aller verfahrenstechni-schen Fachbereiche und andererseits ein großes Angebot an Wahlfächern. Von Reaktionstechnik und Modellierung technischer Systeme bis hin zu Kenntnissen in industrieller Umwelttechnik, Luftreinhaltung oder Membranverfahren ist der Fächerkatalog breit aufgestellt.

Im 1. Semester und zum Teil im 2. Semester werden vor allem Pflichtfächer mit vertiefenden Grundlagen und um-weltspezifischem Fachwissen gehört. Dazu kann man, be-sonders im 3. Semester, je nach seinem Interessensgebiet ein großes Wahlpflichtangebot wahrnehmen. Insgesamt müssen Wahlpflichtfächer in einem Umfang von 25 CP be-legt werden. Im 4. Semester ist ein Praktikum mit 10 CP zu absolvieren und es wird die Masterarbeit geschrieben, die mit 20 CP gewichtet ist.

Wir möchten Sie mit dem Master Umweltverfahrens-technik auf eine erfolgreiche Ingenieurkarriere vorbereiten.

28


In allen Studiengängen sind wissenschaftliche Arbeiten in verschiedenem Umfang vorgesehen, durch die das selbst-ständige wissenschaftliche Arbeiten erlernt werden soll.

Aufgrund der dargestellten großen Vielfalt der bearbei-teten Themen innerhalb der Aachener Verfahrenstechnik bietet die Verfahrenstechnik ein breit gefächertes Angebot an verschiedensten Themen für die durchzuführenden Ar-beiten. Das Angebot reicht von experimentellen und kons-truktiven Arbeiten im Bereich der Labore bis hin zu theore-tischen Arbeiten der Modellbildung und Simulation.

Für den Studiengang Maschinenbau BF Verfahrenstech-nik sind im Bachelor eine Projektarbeit und die Bachelor-arbeit vorgesehen. Im Masterstudiengang Verfahrenstech-nik werden bis zum Abschluss die verfahrenstechnische Projektarbeit, ein verfahrenstechnisches Seminar und eine Masterarbeit gefordert. Im Bachelorstudiengang Umweltin-genieurwissenschaften gibt es eine Studien- und eine Ba-chelorarbeit und im weiterführenden Master Umweltver-fahrenstechnik eine abschließende Masterarbeit.

Eine Liste und Informationen zu den aktuellen Themen-angeboten sind auf der AVT-Homepage zu finden (www.avt.rwth-aachen.de). Das Forschungsprogramm der Lehrstühle der Aachener Verfahrenstechnik umfasst sowohl grund-lagenorientierte Bereiche als auch industrie- und anwen-dungsnahe Schwerpunkte. Durch Industriekontakte können regelmäßig auch Arbeiten in der Industrie vergeben wer-den. Es sei aber explizit erwähnt, dass die Möglichkeiten zur Durchführung einer externen Arbeit limitiert sind. Vom Prü-fungsausschuss Maschinenbau wird maximal eine externe Arbeit in der Industrie und eine weitere an einer anderen Universität genehmigt.

Zu beachten ist dabei, dass Institute außerhalb der Fa-kultät 4 ebenfalls als extern eingestuft werden (z.B. Lehr-stühle aus dem Bereich der Chemie, Fakultät 1) und dort angefertigte Arbeiten zuvor durch den Prüfungsausschuss Maschinenbau genehmigt werden müssen.

Zugangsvoraussetzungen für den Master Verfahrenstechnik

Zulassung zum Master

Vora

usse

tzun

gen

Prü

fung

dur

ch d

en

Prü

fung

saus

schu

ss

der F

akul

tät 4

keine Zulassung zum Master

(Auflagen)

ja neinAlles erfüllt?

abgeschlossenes Bachelor-Studium bzw. vergleichbarer Abschluss

Ingenieurw. und math.-naturw. Grundlagen (120 ECTS)

Grundlagen Maschinenbau (z.B. Mechanik:

>18ECTS)

berufspraktische Tätigkeit

(20 Wochen)

<30 ECTSDefizit

>30 ECTSDefizit

Studien-, Projekt-, Bachelor- und Master- Arbeiten

29

3.1 Infos zum Studium

Zulassungsvoraussetzungen für den Master Verfahrenstechnik

In der Masterrahmenprüfungsordnung Verfahrenstech-nik sind die Zugangsvorraussetzungen für die Aufnahme des Masterstudiums an der RWTH aufgeführt. Die Prüfungsord-nung ist auf der Homepage der Fakultät 4 zu finden. Die Note des Bachelor (oder eines vergleichbaren Abschlusses) wird bei der Bewerbung nicht berücksichtigt. Es wird von Bewerbern verlangt, dass ein gewisser ECTS-Mindestum-fang an mathematisch-naturwissenschaftlichen, ingenieur-wissenschaftlichen und Grundlagen des Maschinenbaus im vorangegangenen Studium absolviert wurde (siehe Abb. 17). Ebenso wird ein Praktikum mit einem Mindestumfang von 20 Wochen erwartet. Bacheloranden der RWTH erfül-len diese Anforderungen automatisch. Bei der Bewerbung Externer prüft der Prüfungsausschuss die abgelegten Fä-cher. Beträgt das Defizit zu dem geforderten Umfang weni-ger als 30 ECTS, so kann der Bewerber mit Auflagen (nach-zuholende Fächer) zugelassen werden. Die zusätzlich zu belegenden Fächer müssen bis zur Anmeldung der Master-arbeit abgelegt worden sein. Sollte das Defizit größer als 30 ECTS sein, so ist das Einschreiben in den Master der RWTH leider nicht möglich.

Studium im Ausland

Auslandsaufenthalte bieten ausgezeichnete Möglichkei-ten zur persönlichen und fachlichen Weiterbildung. Von verschiedenen Lehrstühlen werden Austauschprogramme betreut, bei denen jeweils einige Studierende der RWTH Aachen für ein Jahr im Ausland studieren können. Die im Ausland erbrachten Studien- und Prüfungsleistungen kön-nen unter Beachtung der formalen Randbedingungen prob-lemlos in den Studienplan integriert werden. Für Studieren-de der Verfahrenstechnik sind folgende Angebote für ein integriertes Auslandsstudium besonders interessant:

• AVT.SVT: Carnegie Mellon University (Pittsburgh)

• LTT: University of California, Davis (Davis)

Über die Bewerbungsmodalitäten informiert der jeweils zuständige Lehrstuhl. Darüber hinaus bestehen viele weite-re Möglichkeiten, im Ausland zu studieren. Dies erfordert jedoch eine langfristige Vorbereitung und eine frühzeitige Absprache mit der Studienberatung. Auf der AVT-Home-page finden Sie eine aktuelle Liste aller internationaler Kon-takte. Die AVT verfügt über enge Kontakte zu ausländischen

Universitäten, die hilfreich sein können, wenn Sie eine Stu-dienleistung im Ausland erbringen möchten. Einige Beispie-le für ausländische Hochschulen, an denen in den letzten Jahren Aachener Verfahrenstechnikstudierende eine exter-ne Arbeit verfasst haben:

• AVT.BioVT: UCTL (Mumbai)

• AVT.CVT: École Centrale (Paris), University of Califor-nia (Berkeley), University of Texas (Austin)

• AVT.PT: EPFL (Lausanne), Imperial College (London)

• AVT.SVT: MIT (Cambridge, MA), University of Cam-bridge (Cambridge, UK)

• AVT.TVT: King Mongkut’s Institute of Technology (Bangkok)

3.2 AVT-Angebote

Studentische Hilfskraft

Als Studentische Hilfskraft haben Sie die Möglichkeit, intensive Einblicke in die Forschungsarbeit der Lehrstühle zu bekommen. Neben der finanziellen Entlohnung sollte auch das Sammeln wichtiger praktischer Erfahrungen ein Anreiz sein, sich für eine Hilfskraftstelle zu bewerben. An allen Lehrstühlen der Aachener Verfahrenstechnik sind re-gelmäßig Hilfskraftstellen zu besetzen. Beachten Sie bitte die Stellenausschreibungen auf der AVT-Homepage und informieren Sie sich bei den jeweiligen Sekretariaten der AVT-Lehrstühle, die Ihnen weitere Informationen zu offe-nen Hiwi-Stellen geben können.

AVT-Kolloquium

Im Rahmen des AVT-Kolloquiums werden regelmäßig in-teressante Vorträge aus Industrie und Hochschule angebo-ten. Hier bietet sich Studierenden die Möglichkeit, über das Vorlesungsangebot hinaus Einblick in den aktuellen Stand verfahrenstechnischer Forschung und die industrielle Praxis zu gewinnen. Die einzelnen Vorträge werden jeweils durch Aushang angekündigt und finden in der Regel mittwochs um 18:00 Uhr im Super C statt. Interessierte Studierende sind herzliche eingeladen teilzunehmen. Im „Verfahrens-technischen Seminar“ des Masters Verfahrenstechnik ist die Teilnahme am AVT-Kolloquium verpflichtend. Nach den Vorträgen erfolgt in der Regel ein kleiner Umtrunk und es gibt die Möglichkeit, mit dem Referenten, den Professoren und den Mitarbeitern der Institute in Kontakt zu kommen.


30

Exkursionen

Die Lehrstühle bieten regelmäßig Exkursionen an. Beliebte Ziele sind verfahrenstechnische Anlagen, Firmenbesichti-gungen und Besuche von Fachmessen. Achten Sie hier auch auf die Aushänge in den Lehrstühlen und die Informationen im CAMPUS-System. Bei allen Fragen zum Studium, insbe-sondere bei Studienplanänderungen, berät Sie die Studien-richtungsbetreuung. Auch die Ansprechpartner der Lehr-stühle beraten Sie gerne.

Branntwein AG

Am AVT.TVT (Thermische Verfahrenstechnik) wird in jedem Wintersemester eine Branntwein AG angeboten, in der aus Früchten zunächst Wein bereitet und dieser anschließend destilliert wird. In dieser Veranstaltung wird konkrete ver-fahrenstechnische Projektarbeit an einem einfachen Bei-spiel erprobt. Ziel ist unter anderem, Projektplanung und Teamarbeit kennenzulernen. Verfahrenstechnische Vor-kenntnisse werden nicht vorausgesetzt.

ChemCar

Beim ChemCar-Wettbewerb gilt es ein Auto zu entwi-ckeln, das alternative (bio)chemische Reaktionen als An-triebsquelle nutzt. Erlaubt sind weder ein Zeitgeber für Start und Stopp, noch eine in das Auto integrierte Bremse. Wettbewerbsziel ist es, eine vorgegebene Wegstrecke mit einer ausgelosten Zuladung möglichst exakt zurückzulegen. Bei dem Wettbewerb, der sich an Studierende einschlägiger Fachrichtungen richtet, treten Teams aus aller Welt gegen-einander an, um ein Fahrzeug mit einem innovativen che-mischen Antriebskonzept zu bauen.

Der ChemCar-Wettbewerb 2013 fand im Rahmen der Jahrestagung des Fachausschuss Prozess-, Apparate- und Anlagentechnik (PAAT) in Bruchsal vom 18.11.2013 bis 19.11.2013 statt. Ein Team aus sieben engagierten Studen-ten schickte dafür unter dem Logo der AVT ein ChemCar mit dem Namen „CampusBahn“ ins Rennen. Aachens ein-zige Campusbahn wird durch eine Gasreaktion angetrieben und funktioniert nach dem Prinzip einer Handhebeldraisi-ne. Der Handhebel wird durch zwei gegenläufige Pneuma-tikzylinder bewegt, wobei die Steuerung der Zylinder durch eine Belousov-Zhabotinsky-Reaktion realisiert wird. Die CampusBahn fuhr auf Platz 6 von 9.

Auch dieses Jahr findet der Wettbewerb wieder statt, diesmal im Rahmen der ProcessNet Jahrestagung vom 30.9.2014 bis 2.10.2014 im Eurogress Aachen und die AVT ist mit einem eigenen Team am Start.

Sake AG

Auch im Jahr 2013 wird die Sakebrautradition der AVT.BioVT weitergeführt. Die inzwischen jahrelange Erfahrung in der Her-stellung dieses süßlich schmeckenden japanischen Reisweines machen uns zuversichtlich beim diesjährigen „International Brewing Contest“ in der schönen Hafenstadt Hamburg nicht nur, wie in den Jahren zuvor, den Preis des Getränkes mit dem höchsten Alkoholgehalt zu gewinnen. Wir gehen fest davon aus, zusätzlich bei der Vergabe des Gesamtsieges ein gehöriges Wort mitzureden und somit in der langjährigen Tradition dieses Wett-kampfes das Double perfekt zu machen. Mit den zusätzlichen, auf einer Japanreise von Herrn Prof. Büchs erlangten Geheim-tipps einer japanischen Traditionsbrauerei sollte dem nichts mehr im Wege stehen. Trotzdem kann es nicht schaden, wenn uns im Herbst die Daumen gedrückt werden.


ChemCar Team 2013& Chemcar

Sake AG

Falls Sie mit Ihrem Studienverlaufsplan nicht zufrieden sind, bietet Ihnen eine Studienplanänderung (SPÄ) die Möglichkeit Ihr Studium individueller zu gestalten.

Es gibt 3 verschiedene Studienplanänderungen. Die SPÄ für ein Mastervorzugsfach, eine Interne Studienplanände-rung und eine SPÄ für Externe und Prüfungen im Ausland. Jede SPÄ ist anders und benötigt viel Zeit.

Allgemeines zum Einreichen der SPÄ

Bis wann? Die SPÄ muss vor Ablegen der ersten beantragten Prüfung genehmigt sein. Der Prozess von der Abgabe der SPÄ bis zur abschließenden Genehmigung kann 4-6 Wochen dauern.

Bei wem? Nachdem Sie die Studienplanänderung ausgefüllt und unterschrieben haben, muss diese zur Studienberatung Verfahrenstechnik. Sie kann entweder persönlich vorbeigebracht oder als eine pdf per Email geschickt werden.

(Wichtig! Um möglichen Problemen vorzubeugen, empfehlen wir Ihnen vor dem Einreichen einer SPÄ mit uns Rücksprache zu halten.)

Wichtig:Die Studienplanänderung bietet Ihnen die Möglichkeit

Ihren Stundenplan individuell zu gestalten. Sie sind jedoch an die Grenzen der möglichen Creditpoints in den einzelnen Bereichen gebunden. Für die Einhaltung dieser Grenzen sind Sie selbst verantwortlich.

SPÄ Mastervorzugsfach

Die häufigste Studienplanänderung tritt zum Ende des Bachelorsstudiums auf. Falls Sie bereits 120 CP gesammelt haben und ein Fach aus dem Master vorziehen wollen, müs-sen Sie eine Studienplanänderung einreichen.

1. Gehen Sie auf die Homepage der Fakultät 4 und la-den im Downloadbereich das Dokument Antrag auf Studienplanänderung herunter.

2. Wählen Sie im Formular „RWTH Intern/Mastervor-zugsfach“ aus.

3. Wählen Sie in der Tabelle für die gewünschten Ände-rungen auf der linken Seite MVZF Pflich* oder MVZF Wahlpf* aus, je nachdem, ob es ein Pflicht- oder Wahlpflichtfach ist.

4. Stellen Sie sicher, dass Sie das Dokument vollständig ausgefüllt haben und geben Sie es beim Prüfungs-ausschuss in der Kackertstraße 9 ab.

SPÄ Intern

Sollten Sie ein Wahlfach entdecken, das nicht bereits in unserem großen Katalog für die Wahlfächer der Verfahrens-technik enthalten ist, können Sie ebenfalls eine SPÄ einrei-chen.


2. Wählen Sie im Formular „RWTH Intern/Mastervor-zugsfach“ aus.

3. Wählen Sie in der Tabelle für die gewünschten Än-derungen auf der linken Seite zwischen Wahlpflicht, Zusatzfach und Auflagenfach. Die Änderung von Pflichtfächern bei einer internen SPÄ ist ausge-schlossen.

4. Stellen Sie sicher, dass Sie das Dokument vollständig ausgefüllt haben und geben Sie es bei der Studien-beratung VT ab.


3.3 Studienplanänderungen für B.Sc und M.Sc Verfahrenstechnik

31

32

SPÄ Extern/Ausland

Um Prüfungen im Ausland ablegen zu können, müssen Sie eine Studienplanänderung beantragen. Die SPÄ für Prü-fungen im Ausland ist die aufwändigste.


2. Wählen Sie im Formular dann „RWTH Extern/Aus-land“ aus.

3. Bei externen SPÄs muss ein Nachweis des Inhalts und des zeitlichen Umfangs erfolgen. Als Nachweis gelten Dokumente (pdfs) von der Uni, Screenshots von der Unihomepage und Ausdrucke von Emails, von Professoren, deren Mitarbeitern, Studien- oder Erasmuskoordinatoren.

4. Auf der zweiten Seite des Dokumentes müssen Sie noch eintragen, ob Sie bereits Studienplanänderun-gen beantragt haben und/oder ob ein Fach geändert werden soll, das Sie bereits abgelegt oder angemel-det haben. Sollte dies der Fall sein, müssen Sie die Unterlagen in Kopie zur SPÄ hinzulegen.

5. Stellen Sie sicher, dass Sie das Dokument vollständig ausgefüllt und alle Nachweise gesammelt haben und geben Sie alles bei der Studienberatung VT ab, oder schicken Sie es per Email als eine pdf.

Studienberatung VT

Die Studienberatung VT und die Studienrichtungsbetreu-ung wird reihum von den Lehrstühlen der AVT gestellt. Zur-zeit stehen Lars Peters, Theresa Lohaus und John Linkhorst von der AVT.CVT für Sie zu den Sprechstundenzeiten im Sammelbau Chemie 38B in Melaten zur Verfügung.

Die Studienberatung hilft Ihnen bei Fragen rund um das Verfahrenstechnikstudium in Aachen und bei der Planung des Studiums bei Auslandsaufenthalten.

Uns obliegt die Prüfung der inhaltlichen Übereinstim-mung der Fächer bei Studienplanänderungen und die Prü-fung von Bachelor- und Masterarbeiten im Auftrag von Prof. Wessling.

Theresa Lars John

33

1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester 5 Semester 6. Semester 7. Semester

Modul Σ V Ü/L CP V Ü/L CP V Ü/L CP V Ü/L CP V Ü/L CP V Ü/L CP V Ü/L CP

Übe

rgre

ifend

er P

flich

tber

eich

Inge

nieu

rsw

isse

nsch

aftli

che

Gru

ndla

gen

Einf.i. d. Maschinenbau 1 1 1 1

Mechanik I 7 2 2 7

Mechanik II 7 2 2 7

Mechanik III 8 3 2 8

Werkstoffkunde I 6 3 2 8

Werkstoffkunde II 4 2 1 4

Maschinengestaltung I 3 1 2 3

CAD - Einführung 1 0 1 1

Maschinengestaltung II 5 1 1 2 2 2 4

Maschinengestaltung III 6 1 1 3

Elektrotechnik und Elektronik

6 3 2 6

Thermodynamik I 6 3 2 6

Thermodynamik II 3 1 1 3

Strömungsmechanik I 7 2 2 7

Wärme und Stoffüber-tragung

7 2 2 7

Mat

hem

atis

ch-/

Nat

ur-

wis

sens

chaf

tlich

e G

rund

lage

n

Mathematik I 7 3 2 7

Mathematik II 7 3 2 7

Mathematik III 7 3 2 7

Numerische Mathematik 5 2 2 5

Chemie 3 2 1 3

Physik 4 2 1 3

Syst

emw

isse

n-sc

haftl

iche

Gru

nd-

lage

n

Informatik im Maschinen-bau

5 2 3 5

Messtechnisches Labor 3 0 3 3

Simulationstechnik 6 3 3 6

Regelungstechnik 7 3 2 7

Ges

ells

chaf

tsw

isse

nsch

aftli

-ch

e G

rund

lage

n

Kommunikations und Or-ganisationsentwicklung

3 1 2 3

Business Engineering 3 2 1 3

Qualitäts- und Projekt-management

4 2 2 4

Berufsfeld 30 15 15

Projektarbeit 10 6 Wo. 10

Praktikum 14 14 Wo. 14

Bachelorarbeit 15 10 Wo. 15

210 12 11 28 12 12 32 12 12 32 11 10 28 7 5 31 2 2 29 0 0 29

Modul Σ V Ü/L CP S/W

Pflic

htbe

reic

h Be

rfusf

eld

Ener

gie-

und

Ve

rfahr

enst

echn

ik

Verti

efun

g En

ergi

etec

hnik Strömungsmechanik II 6 2 2 6 w

Grundlagen der Turbomaschinen 4 2 1 4 w

Grundlagen der Verbrennungsmotoren 4 2 1 4 w

Technische Verbrennung I 4 2 1 4 s

Energiewirtschaft 4 2 1 4 s

Wahlpflicht 8 8

Verti

efun

g Ve

rfahr

en-

stec

hnik

Grundoperationen der Verfahren-stechnik

4 2 1 4 w

Reaktionstechnik 4 2 1 4 w

Thermodynamik der Gemische 4 2 1 4 w

Produktentwicklung in der Verfahren-stechnik

4 2 1 4 s

Energiewandlungstechnik 4 2 1 4 s

Prozessentwicklung in der Verfahren-stechnik

4 2 1 4 s

Grundoperationen der Energietechnik 4 2 1 4 s

Wahlpflicht 6 6

empf

ohle

ne W

ahlp

flich

tmod

ule

für d

as

Beru

fsfe

ld V

erfa

hren

stec

hnik

Chemie für Verfahrenstechniker 3 3 0 3 s

Rechnergestütze Prozessentwicklung 3 1 2 3 s

Bioreaktortechnik 3 2 1 3 s

Kosten und Wirtschaftlichkeit von Bioprozessen

2 1 1 2 w

Industrielle Umwelttechnik 5 2 1 5 w

Grundlagen der Luftreinhaltung 4 2 1 4 w

Introduction to Polymer Physics 3 2 3 w

Supercomputing in Engineering 6 2 2 6 s

Wärmeübertrager und Dampferzeuger 4 2 1 4 s

Energiewandlungstechnik 4 2 1 4 s


3.4 Studienverlaufspläne Bachelor Verfahrenstechnik

34


Übe

rgre

ifend

er P

flich

tber

eich

Bioprozesskinetik 6 2 1 6 w

Chemische Verfahrenstechnik 6 2 1 6 s

Mechanische Verfahrenstechnik 6 2 1 6 s

Modellierung technischer Systeme 6 2 1 6 s

Thermische Trennverfahren 6 2 1 6 w

Verfahrenstechnische Seminar 4 0 2 4 s/w

Verfahrenstechnische Projektarbeit 8 0 6 8 w

Wahlpflichtfächer gemäß Katalog 12 - 14 s/w

Mas

-te

rab-

schl

uss

benö

tigt

90 C

P Wahlpflichtfach (mathematisch/ naturwissenschaftlich/ technisch) aus dem gesamten Angebot der RWTH

4 - 6 s/w

Masterarbeit 30 22 Wochen

Modul V Ü/L CP S/W

Wah

lpfli

chtfä

cher

gem

äß K

atal

og

Höhere Regelungstechnik 2 2 5 s

Prozessleittechnik und Anlagenautoma-tisierung

2 1 6 s

Angewandte molekulare Thermodynamik 2 1 4 w

Angewandte Quantenchemie für Inge-nieure

2 1 4 s

Energiesystemtechnik 2 1 5 w

Kraftwerksprozesse 2 1 4 w

Messtechnik und Analytik in der Ver-fahrenstechnik

0 2 2 s

Interdisziplinäres Praktikum Biotechnolo-gie / Bioverfahrenstechnik

0 3 4 w

Produktaufbereitung 2 0 3 w

Grundlagen optischer Strömungsmessverfahren

2 2 5 s

Alternative Energietechniken 2 2 5 s

Introduction to Molecular Simulation 2 1 5 s

Combustion Chemistry 2 1 4 w

Chemie für Verfahrenstechniker 3 0 3 s

In situ-Spektroskopie zur Prozessführung 2 1 3 s

Angewandte molekulare Katalyse 2 1 3 w

Fortgeschrittene Polymersynthese 2 1 3 w

Mehrphasenströmung 2 1 6 w

Angewandte numerische Optimierung 2 2 4 w

Modellgestütze Schätzmethoden 2 2 5 s

Industrielle Umwelttechnik 2 1 5 w

Membranverfahren 2 2 4 w

Ausgewählte Gebiete der mechanischen Verfahrenstechnik

2 2 4 w

Grundlagen der Luftreinhaltung 2 1 4 w

Rheologie 2 1 6 s

Anlagenweite Regelung 2 2 4 w

Eigenschaften von Gemischen und Grenzflächen

2 1 6 s

Prozessintensievierung und Thermische Hybridverfahren

2 1 4 w

Laser in Bio- und Medizintechnik 2 2 6 s

Kolloidchemie 2 1 4 w

Physikalische Festkörperchemie 2 2 5 s

Supercomputing in Engineering 2 2 6 s

Praktikum Allgemeine und Analytische Chemie I

0 3 3 w

Lasermesstechnik 2 2 6 s

Numerische Strömungsmechanik I 2 1 4 s

Einführung in die Ökotoxikologie und Ökochemie

2 0 3 w

Moderne Aspekte der angewandten Enzymtechnologie

2 0 3 s

Enzymprozesstechnik 2 1 4 w

Grundlagen und Technik der Brennstoff-zellen

2 2 5 w

Wasser- und Abwassertechnologien 2 2 4 s

Medizinische Verfahrenstechnik 2 1 4 s

Introduction to Polymer Physics 2 3 w


Master Verfahrenstechnik

35

Modul V Ü/L CP S/W

Wah

lpfli

chtb

erei

ch M

athe

mat

isch

/ na

turw

isse

nsch

aftli

ch /

tech

nisc

h au

s de

m g

esam

ten

Ange

bot d

er R

WTH

Aac

hen

Tech

nik

& N

atur

wis

sens

chaf

ten

Failure of Structures and Structural Elements

2 0 4 s

Nonlinear Structural Mechanics 2 1 5 s

Foundations of Numerical Methods in Mechanical Engineering

2 0 4 w

Thermodynamik der Gemische 2 1 4 w

Bioreaktortechnik 2 1 3 s

Reaktionstechnik 2 1 4 w

Gasdynamik 2 2 6 s

Informatik im Maschinenbau II - Hard-warenahe Programmierung und Simu-lation

2 2 5 w

Agile Softwareentwicklung 2 2 5 s

Informationstechnologische Netzwerke und Multimediatechnik

2 2 5 w

Arbeitssysteme und Arbeitsprozesse 4 0 5 w

Innovationsmanagment im Güter-fernverkehr

2 2 5 w

Dynamik der Mehrkörpersysteme 2 2 6 s

Bewegungstechnik 2 2 6 w

Maschinendynamik starrer Systeme 2 2 6 s

Continuum Mechanics 2 2 6 s

Foundation of Finite Element Methods 2 2 5 w

Tensor Algebra and Analysis for Engi-neers I

2 2 6 s

Tensor Algebra and Analysis for Engi-neers II

2 2 6 w

Wärme- und Stoffübertragung II 2 1 5 s

Feuerungstechnik 1 1 3 w

Computergestütztes Optikdesign 2 2 6 s

Angewandte molekulare Thermodynamik 2 1 4 w

Energiewirtschaft 2 1 4 s

Energiesystemtechnik 2 1 5 w

Laserstrahlquellen 2 2 6 w

Computational Contact Mechanics 2 2 5 w

Strömungsmechanik II 2 2 6 w

Numerische Strömungsmechanik I 2 1 4 s

Numerische Strömungsmechanik II 1 1 3 w

Strömungsmessverfahren I 2 0 3 s

Strömungsmessverfahren II 1 1 3 w

Fahrzeug- und Windradaerodynamik 3 1 5 s

Strömungs- und Temperaturgrenz- schichter

2 0 3 s

Info

rmat

ik

Basic Techniques in Computergraphics 3 2 6 w

Computer Vision 3 2 6 w

Geometry Processing 3 2 6

Globale Beleuchtung und Image-based Rendering

3 2 6 s

Grafikprogrammierung in OpenGL 3 2 6 w

Polynomial curves and Surfaces 3 2 6 w

Subdivision Curves and Surfaces 3 2 6 s

Datenbanken und Informationssysteme 3 2 6 s

Technische Informatik 4 2 8 w

Data Mining Algorithms 3 2 6 w

Automotive Software Engineering 2 1 4 s

Dynamische Systeme für Informatiker 3 1 6 w

Eingebettete Systeme 3 2 6 s

Formale Methoden für eingebettete Systeme

2 1 6 w

Sicherheit und Zuverlässigkeit eingeb-etteter Systeme

2 1 6 s

Objektorientierte Softwarekonstruktion 3 2 6 w

Software-Qualitätssicherung 3 2 6 s

Software-Projektmanagement 3 2 7

Einführung in die Softwaretechnik 3 2 4 w

Angewandte Software-Entwicklung in der Automobiltechnik

1 0 2 w

Inhaltsbasierte Ähnlichkeitssuche 3 2 6

Programmierung von Hochleistungs-rechnern

2 1 4

Parallele Algorithmen 2 1 4

Adjoint Compilers 2 2 4 s

Combinatorial Problems in Scientific Computing

2 1 4 w

Computational Differentiation 3 1 6 w

Digital Processing of Speech and Image Signals

3 2 6

Introduction to Automatic Speech Rec-ognition

3 2 6

Introduction to Pattern Recognition 3 2 6

Statistical Methods in Natural Language Processing

3 1 6

Angewandte Automatentheorie 4 2 7

Formale Systeme, Automaten, Prozesse 3 2 6 s

Diskrete Strukturen 2 1 4 w

Graphalgorithmen 3 2 6

Berechenbarkeit und Komplexität 3 2 6 w

Effiziente Algorithmen 3 2 6 s

Mat

hem

atik

Partielle Differentialgleichungen I 4 2 9 s

Partielle Differentialgleichungen II 4 2 9 w

Variationsrechnung I 4 2 9 w

Variationsrechnung II 2 2 9 s

Approximation und Datenanalyse 4 2 9 s

Numerische Analysis IV 4 2 9 s

Finite Elemente- und Volumenverfahren 4 2 9

Iterative Löser 4 2 9 s

Numerische Mathematik 2 2 5 s

Optimierung A 4 2 9

Optimierung B 4 2 9

Statistik 3 1 6 s

Seminar: Aktuelle Themen der Numerik 2 0 3 w

Funktionentheorie I 4 2 9 w

Kontrolltheorie 4 2 9 s


36


Verti

efun

g Ve

rfahr

enst

echn

ik

Inge

nieu

r-w

isse

n-sc

haft-

liche

r Pf

licht

be-

reic

hMechanische Verfahrenstechnik 4 2 1 4 s

Reaktionstechnik 4 2 1 4 w

Thermische Trennverfahren 6 2 1 6 w

Mas

tera

rbei

t in

der

Fak

ultä

t fü

r Mas

chin

en-

wes

en

Ingenieurswissenschaftlicher Wahlpflichtbereich

0 - 16 s/w

Wirtschaftswissenschaftlicher Wahlpflichtbereich

30 - 46 s/w

Softskill Modul 0 - 5 s/w

Mas

tera

rbei

t in

der F

akul

-tä

t für

Wirt

scha

ftsw

isse

n-sc

hafte

n

Ingenieurswissenschaftlicher Wahlpflichtbereich

16 - 31 s/w

Mas

tera

bsch

luss

be

nötig

t 90

CP

Wirtschaftswissenschaftlicher Wahlpflichtbereich

15 - 30 s/w

Softskill Modul 0 - 5 s/w

Modul V Ü/L CP S/W

Verfa

hren

stec

hnik

Grundoperationen der Verfah-renstechnik

2 1 4 w

Modellierung technischer Systeme

2 1 6 s

Bioprozesskinetik 2 1 6 w

Moderne Aspekte der ange-wandten Enzymtechnologie

2 0 3 s

Interdisziplinäres Praktikum Biotechnologie / Bioverfahrens-technik

0 3 4 w

Produktaufarbeitung 2 0 3 w

Messtechnik und Analytik in der Verfahrenstechnik

0 2 2 s

Verfahrenstechnische Projekt-arbeit

0 6 8 w

Verfahrenstechnisches Seminar 0 2 4 s

Einführung in die Öotoxikologie und Ökochemie

2 0 3 w

Chemische Verfahrenstechnik 2 1 6 s

Industrielle Umwelttechnik 2 1 5 w

Medizinische Verfahrenstechnik 2 1 4 s

Membranverfahren 2 2 4 w

Wasser- und Abwassertechno-logie

2 2 4 s

Ausgewählte Gebiete der me-chanischen Verfahrenstechnik

2 2 4 w

Grundlagen der Luftreinhaltung 2 1 4 w

Supercomputing in Engineering 2 2 6 s

Prozessintensivierung und Ther-mische Hybridverfahren

2 1 4 w

Enzymprozesstechnik 2 1 4 w

Prozessentwicklung in der Ver-fahrenstechnik

2 1 4 s

Thermische Trennverfahren 2 1 6 w

Wirt.-Ing. M.Sc. Verfahrenstechnik


37

M.Sc. Umweltverfahrenstechnik


Modul Lehrveranstaltung 1. Sem. / WS 2. Sem. /SoSe 3. Sem. / WS 4. Sem. / SoSe

SWS CP SWS CP SWS CP SWS CP

Uw

eltin

ge-

nieu

r- w

isse

n-sc

haft

1 Anwendungswerkstatt 3 4

Um

wel

tinge

nieu

rwis

sen-

scha

ft 2

( Wah

l von

2 a

us 6

Ve

rans

taltu

ngen

mit

5 od

er

6 C

P)

Seminar zu umweltpolitischen Aspekten 2 3

Umweltverwaltung 4 3

Projektmanagement 2 3

Gender and Diversity Studies - Kompetenz für Ingenieure und Ingenieurinnen

2 3

Genehmigungs- und Umweltrecht 2 3 3

Leonardo 2 2

Mes

s-te

chni

k Regelungstechnik 5 7

Messtechnisches Labor 4 3

Verfa

hren

stec

hnik

- Pf

licht

bere

ich

Thermodynamik der Gemische 3 5

Mechanische Verfahrenstechnik 3 5

Reaktionstechnik 3 5

Bioreaktortechnik 3 5

Thermische Trennverfahren 3 5

Membranverfahren 4 6

Industrielle Umwelttechnik 3 5

Modellierung technische Systeme 3 6

Prozessentwicklung in der Verfahrenstechnik 3 4

WS SoSe

Wah

lpfli

chtb

erei

ch (

25 o

der 2

6 C

P )

Alternative Energietechnik 4 5

Bioprozesskinetik 3 6

Laser in Bio- und Medizintechnik 4 6

Chemie für Verfahrenstechniker 3 3

Wasser- und Abwassertechnologie 3 5

Interdisziplinäres Praktikum Biotechnologie/Bioverfahrenstechnik 3 4

Rheologie 3 6

Grundlagen der Technik der Brennstoffzelle 4 5

In situ-Spektroskopie zur Prozessführung 3 3

Produktaufarbeitung 2 3

Enzymprozesstechnik 3 4

Praktikum Produktaufbereitung und Enzymkatalyse 8 8

Grundlagen der Luftreinhaltung 3 5

Chemische Verfahrenstechnik 3 5

Prak

-tik

um Berufspraktische Tätigkeit 10

Mas

ter-

arbe

it Masterkolloquium20

Masterarbeit

Summe 22 29 23 31 20 30 0 30

Alternative Energietechniken V2/Ü2 SoSe LTT Prof. Allelein Diese Vorlesung beinhaltet die physikalischen, technischen und ökono-mischen Grundlagen der alternativen Ener-gietechniken. Im Einzelnen werden hierbei folgende Themen behandelt:

• Übersicht über die Energiewirtschaft

• Bewertungsmethoden für Prozesse der Energietechnik (Bilanzgleichun-gen, Energie- und Mengenbilanzen, Wirkungsgrade, ökonomische Aspek-te)

• Besondere Verfahren in der Energie-technik (Kraft-Wärme-Kopplung, Fern-wärme, geothermische Energie, ratio-nelle Energienutzung)

• Verfahren zur Umwandlung fossiler Brennstoffe (Kohleverbrennung, Koh-levergasung, Kohleverflüssigung)

• Verfahren zur Nutzung der Solar-energie (Solares Energieangebot, Solarkollektoren, Solarfarmanlagen, Solartoweranlagen, Photovoltaische Kraftwerke)

• Windenergienutzung (Windenergiean-gebot, Energienutzung, Bauarten und Daten von Windenergiekonvertern)

• Wasserkraftwerke (Laufwasserkraft-werke, Pumpspeicherkraftwerke, Wel-lenenergie, Gezeitenenergie)

• OTEC-Kraftwerke, Gletscherenergie-nutzung

• Energie aus Biomasse (Potenziale, Konversionsprozesse, Stoffkreisläufe)

• Dezentrale Energieversorgung

• Bewertungsaspekte (Kostenfragen, ökologische Fragen, Ressourcenaspek-te, Optimierungen)

• (Wasserstoffwirtschaft, Brennstoffzel-len)

Dabei wird der Schwerpunkt insbesondere auf die regenerativen Energien gelegt. Eine Bewertung der Energiesysteme wird unter besonderer Berücksichtigung technischer, ökonomischer und ökologischer Aspekte vorgenommen. Angewandte Molekulare Thermodynamik ist ein interdisziplinäres Arbeitsfeld auf dem

4 Fächerkatalog der verfahrenstechnischen Pflicht- und Wahlpflichtfächer

Alternative Energietechniken V2/Ü2 SoSe LTT Prof. Allelein

Inhalt: Gemeinsamkeiten und Unterschiede metallorganischer und enzymatischer Katalyse; Methoden der Katalysatorentwicklung (ratio-nal design, high throughput techniques, direc-ted evolution); Implementierung molekularer Katalyse in unterschiedlichen Bereichen von Grundchemikalien zu Pharmazeutika; Indust-rielle asymmetrische Katalyse mit chemischen und biochemischen Methoden; Immobilisie-rung molekularer Katalysatoren; Ausgewählte Beispiele: z.B. Hydroformylierung, Carbony-lierung, (asym.) Hydrierung, (asym.) Oxidati-on, Dimerisierung und Oligomerisierung von

Olefinen, Olefinmetathese, C-C Verknüpfung, (dynamische) kinetische Racematspaltung, Methionin Synthese; aktuelle Trends, z.B. C-H Aktivierung, Kaskaden- Reaktionen, bio-me-tallorganische Hybridkatalysatoren. Lernziele: Molekulares und reaktionstechnisches Ver-ständnis der wichtigsten technischen Anwen-dungen der molekularen Katalyse; Kenntnis über Potenzial und Limitierung moderner ka-talytischer Methoden im industriellen Einsatz; Fähigkeit zur Beurteilung unterschiedlicher An-sätze und Verfahrensalternativen.

Angewandte molekulare Katalyse V2 WS ITMC Prof. Leitner

A

38

39


Gebiet fluider Systeme. Seine Anwendungen gründen sich auf die Methoden der klassi-schen Thermodynamik, seine eigentlichen Wurzeln liegen aber auf dem Gebiet der klassischen Mechanik, der Quantenchemie, der statistischen Physik und der Elektrody-namik. Auf dieser breiten Grundlage wird ein umfassendes Rahmenwerk zur Ableitung von Erkenntnissen über das Verhalten flu-ider Systeme formuliert. Viele industrielle Anwendungen sowie die Erklärung in der Natur beobachteter Phänomene basieren auf solchem Wissen, z.B. in der Raumfahrt-industrie oder anderen Hochtemperaturan-wendungen, in der chemischen Technik und in der Umwelttechnik, in der Biotechnologie

und vielen weiteren Anwendungen im Inge-nieurwesen. Der Kurs fasst zu Beginn kurz die wesentlichen Ergebnisse der interdisziplinä-ren Grundlagen zusammen und widmet sich dann den Anwendungen aus unterschiedli-chen Gebieten von Naturwissenschaft und Technik. Darunter sind die Gastechnologie, einschließlich chemischer Hochtemperatur Reaktionen, die Aufarbeitungstechnologie für einfache und komplexe flüssige Systeme, und eine Einführung in die Anwendung auf Elektrolyte und biotechnische Systeme. Die Veranstaltung wird in englischer Sprache ge-halten Die sichere Betreibbarkeit und der bestim-mungsgemäße Betrieb einer gesamten

In allen Bereichen des Ingenieurwesens gewinnen rechnergestützte Optimierungs-verfahren zunehmend an Akzeptanz und werden in näherer Zukunft zu Standardwerk-zeugen von Entwicklungsingenieuren gehö-ren. In dieser Vorlesung werden die mathe-matischen Grundkonzepte der Optimierung eingeführt und anhand von anwendungsori-entierten Beispielen vertieft. Die Vorlesung gliedert sich in vier Teile:

1. Unbeschränkte Optimierung: Für un-beschränkte Probleme werden die Optimalitätsbedingungen hergeleitet und die fundamentalen Lösungsan-sätze des „line searchs“ und der „trust region“ vorgestellt. Als „line search“ Verfahren werden die Methoden des steilsten Abstiegs und der konjugier-ten Gradienten und als „trust region“ Verfahren das Newton Verfahren und einige quasi Newton Verfahren be-handelt.

2. Beschränkte Optimierung: Für be-schränkte Optimierungsprobleme

werden die Karush-Kuhn-Tucker (KKT) Optimalitätsbedingungen hergeleitet und intensiv diskutiert. Anschließend werden Lösungsverfahren für spezi-elle Problemklassen vorgestellt: das Simplex - Verfahren für lineare, die quadratische Programmierung für quadratische und die sequentiell qua-dratische Programmierung (SQP) für nichtlineare Probleme.

3. Spezielle Optimierungsprobleme: Es werden die Grundlagen der Theorie und Algorithmen für anspruchsvol-lere Optimierungsformulierungen geschildert: gemischt ganzzahlige Op-timierung, stochastische und deter-ministisch globale Optimierung, und dynamische Optimierungsprobleme.

4. Es werden Beispiele aus Forschung und Entwicklung diskutiert. Der Vor-lesungsstoff wird in den Übungen un-ter Verwendung von Matlab vertieft.

Es soll Verständnis für die Funktion der ver-schiedenen quantenchemischen Näherungs-verfahren vermittelt werden, so dass die Hö-rer in der Lage sind zu entscheiden, welche Methode für welche Anwendung geeignet ist. In den Übungen werden quantenme-chanische Grundlagen und der Umgang mit quantenchemischer Software am Beispiel immer wieder kehrender Probleme und ei-niger spezieller Anwendungen erlernt (z.B.

Geometrieoptimierung, Spektrenberech-nung, Gasphasen- Enthalpien, -Entropien, -Wärmekapazitäten sowie Reaktions- Enthal-pien und -Entropien; molekulare Eigenschaf-ten wie Multipolmomente, Polarisierbarkei-ten und Dispersionswechselwirkungen (zur Anwendung in Zustandsgleichungen und bei Interesse Berechnung von Realgaseffekten); COSMORechnungen und COSMO-RS

Angewandte molekulare

Thermodynamik/Applied

Molecular Thermodynamics

V2/Ü1WSLTT

Prof. Leonhard

Angewandte numerische

OptimierungV2/Ü2

WSAVT.SVT

Prof. Mitsos

Angewandte Quantenchemie für

IngenieureV2/Ü1

SoSeLTT

Prof. Leonhard

A

40


Innerhalb der Vorlesung „Bioprozesskinetik“ werden Fermentationen verschiedener Or-ganismen vor allem hinsichtlich des Ablaufs ihrer kinetischen Prozesse -Wachstum und Produktbildung - diskutiert und modelliert. Dies umfasst die Vorstellung der entspre-chenden Kultivierungsprozesse für unter-schiedliche Organismen, wie Bakterien, He-fen, Algen und Pilze, sowie die spezifischen Besonderheiten bei der Kultivierung der entsprechenden Spezies. Der Fokus dieser Lehrveranstaltung liegt dabei auf der Dis-kussion spezieller kinetischer Phänomene wie Inhibierungen und Limitierungen, ihrer biologischen Ursachen, sowie ihrer Auswir-kungen auf die verschiedenen Kultivierungs-strategien wie Batch, Fed-Batch oder konti-

nuierliche Kultur. Den Studierenden werden Möglichkeiten und Methoden aufgezeigt, diese biologischen Prozesse mit verschie-denen Einflussgrößen zu steuern und zu regeln. Die Lehrveranstaltung Bioprozesski-netik schließt dabei die mathematische Be-schreibung der besprochenen Phänomene, sowie die Modellierung am Computer mit ein. Um den Praxisbezug des Lehrinhalts zu verdeutlichen, wird im Rahmen einer Übung ein breites Spektrum an Anwendungsbei-spielen vorgestellt und mit den Studieren-den zusammen am- Rechner modelliert und simuliert. Es kommt die Software ModelMa-ker zum Einsatz, welche aufgrund ihrer intu-itiven Oberfläche auch für Einsteiger leicht und schnell zu erlernen ist.

Anlage stehen im Vordergrund bei der an-lagenweiten Regelung. Die Betreibbarkeit beschreibt die Fähigkeit (oder Schwierigkeit) eines Prozesses, die bestimmungsgemäße Funktion und damit alle Anforderungen an Sicherheit, Umweltschutz, Produktqualität und Wirtschaftlichkeit unter Beachtung be-trieblicher Beschränkungen und veränder-licher Randbedingungen zu erfüllen. Dies kann sowohl durch gestalterische Maßnah-men (Veränderung des Prozesses), als auch durch automatisierungstechnische Maßnah-men erreicht werden. Üblicherweise sind chemische Prozesse Mehrgrößenregelungs-systeme, weshalb die Zuordnung von Regel- und Stellgrößen von entscheidender Bedeu-tung ist und in der Veranstaltung genauer behandelt wird. Die Veranstaltung umfasst die folgenden Inhalte:

• Prozessführung und Betreibbarkeit ei-ner gesamten Anlage

• Regelziele und Regelungsstrukturen. Prozessgrößen: Klassifikation und Aus-wahlregeln. Analyse der Freiheitsgra-de

• Grundstrukturen von Mehrgrößen-regelsystemen. Spezielle Regelkreis-

strukturen und typische Lösungen der Hauptregelaufgaben

• Systemdarstellungen im Zustandsraum und Frequenzbereich

• Verhaltensanalyse stationärer und dy-namischer Systeme

• Systemeigenschaften: Steuerbarkeit, Beobachtbarkeit. Stabilität des Sys-tems

• Zentrale Regelung und dezentrale Re-gelung

Grundlegende Kenntnisse der Regelungs-technik werden vorausgesetzt. Die in der Vorlesung erarbeiteten Konzepte und Me-thoden werden in der begleitenden Übung an ausgewählten Beispielen erprobt. Zusätz-lich gibt es eine Laborübung, in der einige der erlernten Methoden an einer realen Destillationskolonne demonstriert und ihre Vor- bzw. Nachteile diskutiert werden.

Anlagenweite RegelungV2/Ü2WSAVT.SVTDr. Mhamdi

BioprozesskinetikV2/Ü1WSAVT.BioVTProf. Büchs

A

41


B

Diese bioverfahrenstechnische Vorlesung befasst sich mit den Eigenschaften von Bio-reaktoren, die auf den speziellen Bedarf und die Empfindlichkeit biologischer Systeme ab-gestimmt sein müssen. Hier werden die cha-rakteristischen Kenndaten und das häufig nichtideale Verhalten von Bioreaktoren er-fasst. Entscheidende Parameter sind z.B. die Strömungsregime, der Leistungseintrag, die Durchmischung, die Sauerstoffzufuhr und Kohlendioxidabfuhr, die hydromechanische Belastung der kultivierten Mikroorganismen

und die Wärmeabfuhr. Die Auswirkungen der Reaktoreigenschaften auf das Verhal-ten der kultivierten Mikroorganismen wer-den herausgearbeitet. Ein wichtiges Thema ist dabei die Maßstabübertragung von Bio-prozessen aus sehr kleinen Laborreaktoren in großtechnische Produktionsanlagen. Die Vorlesung wird ergänzt durch Vor- /Selbstre-chenübungen, in denen Bioreaktoren ausge-legt werden und das zu erwartende Verhal-ten der Biologie abgeschätzt wird.

Jeder industrielle chemische Prozess ist das Resultat des Zusammenspiels von chemi-schen Reaktionen mit physikalischchemi-schen und verfahrenstechnischen Aspekten. Das Ziel der Vorlesung ist es, ein Grundver-ständnis für dieses Zusammenspiel anhand ausgewählter und industriell bedeutender Reaktionen und Prozesse zu vermitteln. Ty-pische Grundlagenkenntnisse eines Verfah-renstechnikers - wie z.B. Wärme- und Stoff-transport - werden vorausgesetzt bzw. nur sehr kurz behandelt. Schwerpunkte sind die Nomenklatur chemischer Verbindungen, die Arten der chemischen Bindung, die Kinetik homogener und heterogener Reaktionen, die Grundlagen der Katalyse sowie eine kur-ze Betrachtung reaktionstechnischer Prin-zipien. Die Auswahl der Reaktionen und Verfahren erfolgte nach zwei Kriterien: 1. Wichtige Produkte der organischen und an-organischen industriellen Chemie sowie de-ren Eigenschaften und Herstellung werden im Rahmen der Vorlesung behandelt. 2. Die Prozesse wurden so ausgewählt, daß eine Vielzahl an unterschiedlichen chemischen Verfahren im Hinblick auf folgende Aspekte behandelt werden:

• unterschiedliche Produkte wie Benzin, Dieselöl, Synthesegas, Wasserstoff, Olefine, Aromaten, Alkohole, Polyme-re, Chlor, Natronlauge, Schwefelsäure, Ammoniak, Düngemittel

• unterschiedliche Typen chemischer Reaktionen wie z. B. Gasphasenreakti-onen, Gas/Feststoffreaktionen, homo-gen und heterogen katalysierte Reak-tionen

• verschiedene Reaktortypen wie z. B. Wirbelschicht, Festbett, Flugstrom etc.

• unterschiedliche Prinzipien der Reakti-onsführung wie z. B. adiabat, gekühlt, Kreislauf etc.

Außerdem werden in der Vorlesung aktuelle Beispiele aus der Forschung vorgestellt, z.B. aus dem Exzellenzcluster „Maßgeschneider-te Kraftstoffe aus Biomasse (TMFB)“. Eine Führung durch die Labore der technischen Chemie sowie durch das Chemietechnikum ist ebenfalls eingeplant.

BioreaktortechnikV2/Ü1

SoSeAVT.BioVT

Prof. Büchs

Chemie fürVerfahrenstechniker

V3SoSeITMC

Prof. Liauw

42


Um Motoren und Kraftstoffe auf hohe Wir-kungsgrade und geringe Emissionen op-timieren zu können, müssen wir das Zün-dungsund Brennverhalten potentieller neuer Kraftstoffe verstehen. Die Vorlesung ergänzt das Wissen aus Veranstaltungen wie „Tech-nische Verbrennungïn zwei Richtungen: Es werden einerseits experimentelle Verfahren zur Verbrennungsanalyse erläutert (Stoß-wellenrohr, Rapid Compression Machine, Laserspektroskopie), andererseits das Ver-ständnis von Elementarkinetiken durch ther-modynamische und quantenmechanische

Methoden vermittelt. Die Schwerpunkte der Veranstaltung liegen in der optimalen Ver-knüpfung experimenteller und theoretischer Techniken sowie auf Anwendungen im Exzel-lencluster „Tailor-Made Fuels from Biomass“, dessen Ziele die Entwicklung neuer nach-haltiger Kraftstoffkomponenten und neuer emissionsarmer Brennverfahren sind. Es wird aber auch gezeigt, wie sich die Metho-den zu Untersuchungen in der chemischen Reaktionsund verfahrenstechnik einsetzen lassen.

Die klassische bioverfahrenstechnische He-rangehensweise an die Modellierung bio-technologischer Produktionsprozesse fasst lebende Zellen im Bioprozess als „Biokata-lysator“ zusammen, der eine Stofftransfor-mation durchführt. Durch die seit mehr als einer Dekade zur Verfügung stehenden Me-thoden der Systembiologie kann die Black Box „Zelle“ heute geöffnet und in großem Detail modelliert und Ingenieurmethoden zugänglich gemacht werden. Im Metabolic Engineering und der Synthetischen Biologie werden solche Methoden heute standard-mäßig angewandt, um mikrobielle Zellfabri-ken gezielt zu entwerfen.

Die in starkem Maße durch Computerwerk-zeuge gestützte Vorlesung (mit Rechner-übungen) zeigt, wie lebende Organismen durch die Anwendung von aus der Verfah-renstechnik bekannten Bilanzierungskon-zepten auf dem Computer modelliert wer-den. Dabei konzentriert sich die Vorlesung auf die Familie der sogenannten stöchiome-triebasierten Methoden und deren Anwen-dung im Metabolic Engineering. Voraus-gesetzt werden grundlegende Kenntnisse über Enzyme und Stoffwechselwege, die im Rahmen der Vorbereitung auf die Vorlesung nachgeholt werden können.

Inhalt: Ökotoxikologie: Bioverfügbarkeit, Bioakkumulation, Effektendpunkte für Orga-nismen, Populationen und Biozönosen, Er-mittlung von Dosis-/ Wirkungsbeziehungen und Effektschwellen, Zusammenwirken mul-tipler Stressoren. Ökochemie: Eigenschaf-ten, Funktion und Prozesse von Umweltmat-rices (Boden, Pflanze, Wasser, Atmosphäre), Verhalten und Nachweis von organischen

und anorganischen Spurenstoffen (Extrak-tionsmethoden, Spektroskopie, Chromato-graphie). Lernziele: Die Studierenden sollen Kenntnisse und Methoden erlernen, Um-weltchemikalien in verschiedenen Matrizes und deren ökotoxische Effekte auf Organis-men, Populationen und Ökosysteme zu ana-lysieren und zu bewerten.

Der Chemiereaktor stellt das Herz der Stoff-umwandlungstechnik dar. Seine Auslegung und Optimierung erfordert interdiszipli-näre Kenntnisse und Fertigkeiten, die oft auf andere verfahrenstechnische Apparate übertragbar sind. Zunächst wird ein syste-matischer Überblick über die Vielfalt der eingesetzten Reaktortypen gegeben. Im fol-genden Grundlagenteil werden für die Vorle-sung wichtige Zusammenhänge der physika-lischen Chemie, Thermodynamik und Kinetik zusammengestellt. Es folgt die Behandlung idealisierter Reaktorsysteme, des Rührkes-selreaktors, des idealen Strömungsrohrs und von Kaskaden idealer Reaktoren. Es werden Lage und Stabilität der Betriebspunkte des kontinuierlich durchströmten Rührkesselre-

aktors als Funktion der Betriebsparameter untersucht sowie die Optimierung von Re-aktoren behandelt. Als wesentliche Nichti-dealität wird das Verweilzeitverhalten, seine Ermittlung, mathematische Formulierung und sein Einfluss auf Umsatzgrad, Selektivi-tät und Leistung diskutiert. Weiterführend befasst sich die Vorlesung mit mehrphasi-gen Reaktionssystemen und dem Zusam-menspiel von Stofftransport und chemischer Reaktion. U.a. werden heterogen katalysier-te Systeme und der wichtige Bereich der Beschleunigung des Gas- /Flüssigkeitsstoff-transportes durch chemische Reaktion be-handelt. Ergänzt wird die Vorlesung durch zahlreiche Praxisbeispiele.

ChemischeVerfahrenstechnikV2/Ü1SoSeAVT.CVTProf. Wessling

Combustion ChemistryV2/Ü1WSLTTProf. Leonhard

Computational Systems BiotechnologyV3/Ü2SSCSBProf. Wiechert

Einführung in dieÖkotoxikologie undÖkochemieV2WSUBCProf. Schäffer

C

E

43


Einführung in Energiewandlungssysteme: Energiequellen und Nutzenergie; Energie-wandlungsverfahren Maschinen und Appa-rate: Funktionsprinzip und Bauarten; Klassi-fikation; Auswahl und Anwendung (Pumpen, Ventilatoren, Gebläse, Verdichter, Turbinen, Expander, Regel- und Schnellschlussorgane, Rohrleitungssysteme); Kennlinien; Betriebs-bereiche und Betriebsverhalten Anwendung und Betrieb von Energiewandlungssyste-men: Zusammenschalten der Maschinen und Apparate zu Energiewandlungssyste-men; Zusammenwirken der Komponenten;

Kennfelder; Regelung und Teillastbetrieb; transientes Verhalten; Energiebedarf An-lagenplanung: Prozessintegration an Bei-spielen; rechtliche Rahmenbedingungen; Genehmigungsfragen; Entscheidungskrite-rien; Kostenrechnung Umweltverträglich-keit: Rechtliche Grundlagen; Schadstoffe aus Energiewandlungsanlagen (Mechanismen der Entstehung, Möglichkeiten der Vermei-dung bzw. Reduzierung); Geräuschentste-hung und - minderung; Strahlungsemission (lokale und globale Auswirkungen)

Die Vorlesung Enzymprozesstechnik be-trachtet die wesentlichen Aspekte zur Ana-lyse und Beschreibung von biokatalytischen Reaktionen und vermittelt erforderliche Me-thoden zur Auslegung und Beurteilung von Enzymreaktionen und geeigneten Reakto-ren. Nach einer Einführung in die Grundla-gen der Biokatalyse werden folgende Punkte besprochen:

• Beschreibung und Analyse von Enzym-kinetiken

• Einflüsse auf die Enzymstabilität und ihre Beschreibung

• Immobilisierung von Enzymen und ih-ren Einfluss auf die Reaktionskinetik

• Enzymreaktoren für die homogene und heterogene Biokatalyse

• Einsatz von unkonventionellen Medi-en als Alternative zu wässrigen Reak-tionsumgebungen

• Enzymprozessentwicklung

Inhalt: Anionische Polymerisation, Ringöff-nende Polymerisation, Copolymerisation, Oxazolinpolymerisation, Proteinanalytik, Metallocenkatalysierte Polymerisation.

Lernziele: Die Studierenden sollen einen Einblick in moderne Syntheseverfahren für funktionelle Makromoleküle erhalten und die wichtigsten Methoden erlernen.

Diese Vorlesung bietet eine Einführung in grundlegende Methoden der Kontinuums und insbesondere der Strömungsmechanik, Strukturmechanik und Materialwissenschaf-ten. Diese Vorlesung gibt eine Vorstellung

der Schwierigkeiten und Konzepte für die Lösung von multiskalen Probleme aller Art, wie sie bei den Materialwissenschaften An-wendung finden.

Energiewandlungs-technik

V2/Ü1SoSe

IDGProf. Wirsum

EnzymprozesstechnikV2/Ü1

WSAVT.EPT

Prof. Spieß

FortgeschrittenePolymersynthese

V2/Ü1WS

ITMCProf. Möller

From Molecular toContinuum Physics II

V2/Ü3SoSe

AVT.MSTProf. Ismail

Energiesystemtechnik ist die Wissenschaft vom Zusammenfügen energietechnischer Komponenten (Kraftwerke und Kessel, Wärmepumpen und Kältemaschinen, Wär-meübertrager und Speicher) zu Energie-systemen. Typische Energiesysteme sind Gebäude, industrielle Produktionsbetriebe, Siedlungsgebiete und Kommunen. Ihre Ver-sorgung mit mechanischer Energie, Strom, Raum- bzw. Prozesswärme, Kälte und sons-tigen energieanalogen Dienstleistungen wie Wasser, Druckluft u.a.m. kann durch unter-schiedliche energietechnische Komponen-ten in unterschiedlichen Verschaltungen

realisiert werden. Dabei ergeben sich eine Vielzahl technischer Lösungen, die nach den Kriterien Versorgungssicherheit, Wirtschaft-lichkeit und Umweltfreundlichkeit zu bewer-ten und zu optimieren sind. Die Vorlesung Energiesystemtechnik vermittelt die Grund-lagen zur Synthese von Energieerzeugungs-anlagen und sonstigen energietechnischen Komponenten zu Gesamtsystemen sowie zu deren ökonomischer und ökologischer Bewertung. Sie ist für Studierende höherer Semester gedacht und setzt die Kenntnis der Inhalte der Vorlesung Energiewirtschaft vo-raus.

EnergiesystemtechnikV2/Ü1

WSLTT

Prof. Bardow

44


Behandelt werden die physikalischen und technischen Grundlagen, Aufbau der Zel-len und Werkstoffe, Verfahrenstechnik von Brennstoffzellensystemen, deren Anwen-

dungen und Einbindung in die Energie-versorgungsstrukturen sowie Kosten- und Markteinführungsaspekte

Energie ist die in einem System oder Stoff gespeicherte Arbeit, die unterschiedliche Formen annehmen und weder erzeugt noch verbraucht werden kann (Energieerhaltungs-satz). Die verschiedenen Energieformen kön-nen durch Umwandlungsprozesse ineinander übergehen. Nach einer kurzen Einführung in die Grundlagen der unterschiedlichen Pro-zesse der Energieumwandlung, werden in

dieser Veranstaltung die folgenden Themen behandelt: Verbrennungsprozesse, Wärme-übertragung und Strömungsmaschinen. Die dabei verwendeten Apparate, wie Brenner, Wärmeübertrager und Arbeitsmaschinen (Pumpen und Verdichter), werden anhand von Berechnungen erläutert. Dabei wird Be-zug auf Anwendungen aus der Gebäudetech-nik genommen.

Verfahrenstechnische Prozesse, und seien sie noch so kompliziert, sind immer aus vie-len einzelnen Apparaten zusammengesetzt, in denen jeweils sogenannte Grundoperati-onen durchgeführt werden. Eine Grundope-ration ist zum Beispiel das Zerkleinern von Reaktanden, wozu unter anderem das Bre-chen von Gesteinsbrocken, das Aufmahlen von groben Pulvern, das Schneiden fasriger Stoffe oder auch das Zerstäuben von Flüssig-keiten gehören. Weitere Grundoperationen

sind beispielsweise Mischen oder Auftren-nen von Gemischen. Je nach dem zu behan-delndem Stoffsystem werden auch diese Grundoperationen wieder auf verschiedene Arten in unterschiedlichen Apparaten re-alisiert. In der Vorlesung werden wichtige Grundoperationen und die Apparate, in de-nen sie durchgeführt werden, vorgestellt und die Grundlagen zu deren Auslegung er-arbeitet.

Grundlagen: Natur des Lichtes, elektro-magnetisches Spektrum, Wechselwirkung zwischen Licht und Materie Geräte: Licht-quellen, Spektrographen, Detektoren, sons-tige optische Elemente Schlieren-Verfahren: Prinzip, experimenteller Aufbau, Anwen-dungsbeispiele Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) und Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA): Prinzip, experimenteller Aufbau, Si-gnalverarbeitung und Auswertung, Anwen-dungsbeispiele. Particle-Imaging-Verfahren (PIV): Prinzip, experimenteller Aufbau, An-wendungsbeispiele Emissions- und Absorp-tionsspektroskopie: Prinzip, Pyrometrie zur

Temperaturbestimmung, Infrarotabsorpti-onsspektroskopie, Emissionsspektroskopie im VIS und UV-Bereich Fluoreszensmesstech-niken: Prinzip, LIF als spektrale Punktmess-technik, planare laserinduzierte Fluoreszenz (PLIF) Raman-Spektroskopie: Prinzip, experi-menteller Aufbau, Auswertung der Spektren bzgl. Temperatur und Konzentration, Anwen-dungsbeispiele Kohärente anti- Stoke’sche Ramanspektroskopie (CARS): Prinzip, experi-menteller Aufbau, Auswertung der Spektren bzgl. Temperatur und Konzentration, Anwen-dungsbeispiele.

Grundlagen optischerStrömungsmess- verfahrenV2/Ü2SoSeLTFDProf. Grünefeld

Grundlagen und Technikder BrennstoffzellenV2/Ü2WSIEK-3 BrennstoffzellenProf. Stolten

Grundoperationen derEnergietechnikV2/Ü1SoSeERC EBCProf. Müller

Grundoperationen derVerfahrenstechnikV2/Ü1WSAVT.CVTProf. Wessling

G

Die Vorlesung behandelt die Abscheide-verfahren verschiedener Luftschadstof-fe, die insbesondere bei der Verbrennung fossiler Einsatzstoffe in Kraftwerken sowie bei der thermischen Reststoffbehandlung entstehen. Dazu werden zunächst die phy-sikalischen und chemischen Grundlagen erarbeitet, die für das Verständnis und die Auslegung der einzelnen Komponenten wie

z.B. Staubabscheider, Nasswäscher, Adsorp-tion etc. notwendig sind. In den Übungen werden dazu vereinfachte Auslegungsbei-spiele gerechnet. Auf dieser Basis werden Gesamtkonzepte für Abgasreinigungsanla-gen vorgestellt und am Beispiel existieren-der Anlagen diskutiert. Die Veranstaltung schließt eine Exkursion zu einem Kraftwerk oder einer Müllverbrennungsanlage ein.

Grundlagen derLuftreinhaltungDipl: V2/Ü2M.Sc. & B.Sc. V2/Ü1WSAVT.MVTProf. Modigell

45


H

Die Vorlesung ist als eine Vertiefung nach der Pflichtveranstaltung Mess- und Rege-lungstechnik konzipiert. Aufbauend auf den in Mess- und Regelungstechnik vermittelten Grundlagen werden weiterführende Verfah-ren und regelungstechnische Werkzeuge be-handelt, die die Grundlage zur Bearbeitung und Lösung vieler regelungstechnischer Pro-bleme darstellen. Zielgruppe sind Studieren-de, die in Mess- und Regelungstechnik die interdisziplinäre und stark systematisierende Arbeitsweise der Regelungstechnik kennen gelernt haben und in ihrem weiteren Studi-um hier einen Schwerpunkt legen wollen. Es werden die folgenden Themen vertieft:

• Betragsoptimum

• Wurzelortskurvenverfahren

• Regelkreise mit nichtlinearen Gliedern

• Beschreibungsfunktion

• Z-Transformation

• Zeitdiskrete Regelungen und Steue-rungen

• Zustandsregelung

• Zustandsbeobachtung

• Modellgestützte Prädiktive Regelung

• Robuste Regelung

• Flachheitsbasierte Vorsteuerung

• Robuste Konzepte der Nichtlinearen Regelung

• Sliding Control

Ausgehend von der Darstellung der indust-riellen Umweltbelastung wird auf die wich-tigsten technischen Maßnahmen zu ihrer Reduzierung eingegangen. Die nachgeschal-teten Umweltschutzverfahren, die eine Be-handlung der emittierten Abluft-, Abwasser und Abfallströme zum Ziel haben, werden anhand von zahlreichen Beispielen erläu-tert. Dann wird auf produktionsintegrierte Umweltschutzmaßnahmen eingegangen. Theorie und Praxis von Vermeidung, Recy-cling und Verwertung werden dargestellt. Im Rahmen einer Seminarveranstaltung wird darüber hinaus den Studierenden die

Möglichkeit gegeben, vor einem Hörerkreis unterschiedlicher Fachrichtungen (Verfah-renstechnik, Entsorgungsingenieurwesen und allgemeiner Maschinenbau) Vorträge aus dem Bereich des allgemeinen Umwelt-schutzes zu halten. Neben der selbständigen Bearbeitung der Vortragsthemen aus den Fachgebieten der Verfahrenstechnik, Sied-lungswasserwirtschaft und Abfallwirtschaft ist der interdisziplinäre Charakter vor allem durch die gemeinsame und fachübergreifen-de Diskussion im Anschluss an die Vorträge gegeben.

Inhalt: Grundlagen der Spektroskopie-Arten UV, Vis, MIR, NIR, ATRMIR, Raman, NMR; ex-situ/insitu/ operando; Vorstellung verfüg-barer Geräte; Beispiele aus der Produktion; Probleme und Lösungsansätze; regelungs-

technische Grundlagen. Lernziele: Die Stu-dierenden können bei Fragestellungen aus der chemischen Produktion fundierte Vor-schläge zur Implementierung spektroskopi-scher Methoden machen.

Dieses Praktikum wird insbesondere für Studierende der Verfahrenstechnik und des Lehrstuhls für Biotechnologie (Fakultät 1) angeboten. Das fachübergreifende Angebot dient der Förderung von Kommunikation, Zusammenarbeit und Verständnis zwischen den beiden Studienrichtungen. Es werden in gemischten 4er-Gruppen praktische Ver-suche an verschiedenen Fermentations- und Aufarbeitungsanlagen durchgeführt. Mik-robiologische, analytische und steriltech-nische Arbeitselemente sind ebenso Be-standteil wie technische Aufgaben, etwa die rechnergestützte online-Datenerfassung, Prozessbilanzierung und Berechnung von

Stoffübergängen. Die Praktikumsversuche werden gemeinsam ausgewertet und im Abschlusskolloquium vorgetragen, sodass der interdisziplinäre Austausch über Fach-gebietsgrenzen hinweg gefördert wird. Im Zuge der Internationalisierung in Forschung und Industrie können die Studierenden ihre Ergebnisse auch auf Englisch präsentieren. Eine Besonderheit des interdisziplinären Praktikums ist ein optionales, von den Stu-dierenden organisiertes Frühstück nach der Abschlussklausur, bei welchem der im Prak-tikum selbstgebraute, japanische Sake sowie der selbsthergestellte Apfelwein verkostet werden können.

Höhere Regelungstechnik

V2/Ü2SoSe

IRTProf. Abel

Industrielle Umwelttechnik

Dipl: V2/Ü2M.Sc. , B.Sc. V2/Ü1

WSAVT.CVT

Prof. Wintgens

In situ-Spektroskopie zur Prozessführung

V2/Ü1SoSeITMC

Prof. Liauw

Interdisziplinäres Praktikum

Biotechnologie/Bioverfahrenstechnik

ÜT8WS

AVT.BioVT, BiotecProf. Büchs,

Prof. Schwaneberg

46


Die Studenten erlernen die grundlegenden Modelle der Physik der Polymere und deren Anwendung auf thermodynamische und me-chanische Eigenschaften; wie man Lösungs-eigenschaften von Polymeren schätzt; wie man Polymereigenschaften modelliert und

simuliert; und wie die grundlegenden Eigen-schaften realer Polymere mit den Ergebnis-sen der Standard-Polymer Modelle korre-lieren. Vorlesungsbegleitend arbeiten die Studenten an individuellen Projekten über Themen ihrer Wahl.

Inhalt: Einteilung kolloidaler Systeme, The-orien zur Stabilität von Dispersionen und Emulsionen: DLVO Theorie, sterische Stabi-lisierung, Depletion- Wechselwirkung, Asso-ziationskolloide, Phasendiagramme, Stabi-lität und Flockung kolloidaler Dispersionen. Lernziele: Die Studierenden sollen vertraut werden mit modernen Vorstellungen über die Stabilität von Dispersionen, Emulsionen

und Polymerlösungen. Sie sollen den Ein-fluss chemischer Größen (pH-Wert, Salzge-halt, Zusatz organischer Stoffe) und physika-lischer Größen (Konzentration, Temperatur, Teilchenform) auf die Stabilität kolloidaler Systeme verstehen lernen und in die Lage versetzt werden, kolloidchemische Messun-gen zu interpretieren.

Im Rahmen dieser Vorlesung werden ver-schiedene Aspekte zur ökonomischen Be-urteilung von Bioprozessen vorgestellt, mit dem Ziel, eine Optimierung ungeeigneter Prozessparameter zu vermeiden. Es werden typische Anlagenkonfigurationen für bio-technische/ biotechnologische Produkte vor-gestellt und für unbekannte Prozesse geeig-nete Anlagenkonfigurationen vorgeschlagen. Inhalte und Aussagekraft von Prozessund Kostenmodellen werden differenziert sowie grundlegende Begriffe aus der Kosten und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung vermittelt und auf bestehende Prozesse angewandt. Aufgezeigte Wirtschaftlichkeitsbetrachtun-gen werden angemessen interpretiert und

Folgerungen für den Bioprozess abgeleitet. Ferner werden Vorgehensweisen für die ökonomische Optimierung von Bioprozessen vorgestellt. Für den anwendungsbezogenen Teil der Vorlesung / Übung wird die Software SuperPro Designer verwendet, welche mitt-lerweile als industrieller Standard für die ökonomische Beurteilung von Bioprozessen gilt. Hierbei werden manuelle und compu-tergestützte Kostenrechnungsmethoden angewendet und deren Vorhersagenstärke beurteilt. Typische Projektfragestellungen werden sowohl auf wirtschaftliche als auch auf Prozessfragestellungen hin analysiert und adäquat in eine Software übertragen.

Im Mittelpunkt der Vorlesung steht die Op-timierung vorhandener und neuer Prozesse zur Erzeugung von mechanischer, thermi-scher und elektrischer Energie bei Einsatz unterschiedlicher Primärenergieträger. The-menschwerpunkte sind kombinierte Kraft-und Kraft-Wärme-Verbund-Anlagen, Koh-

levergasung und Wirbelschichtfeuerungen sowie Teillast- und Störfallverhalten von Prozessen. Des Weiteren werden in der Vor-lesung Verfahren zur Simulation moderner Kraftwerksprozesse vorgestellt und anhand ausgewählter Beispiele angewendet.

Diese Vorlesung bietet eine Einführung in die grundlegenden Methoden der moleku-laren Simulationen, darunter Monte-Carlo Simlationen und Molekulardynamik. Beson-deres Augenmerk liegt darauf, wie die ther-modynamischen Eigenschaften aus den gro-

ße Mengen an Informationen berechnet und extrahiert werden können. Die Teilnehmer werden verschiedene Software-Programme in den Übungen anwenden und eigenständig Projekte bearbeiten.

Introduction to Mole-cularSimulationsV2/Ü1SoSeAVT.MSTProf. Ismail

Introduction to PolymerPhysicsV2WSAVT.MSTProf. Ismail

KolloidchemieV2/Ü1WSIPCProf. Richtering

Kosten undWirtschaftlichkeit vonBioprozessenV2/Ü1WSAVT.BioVTProf. Büchs

KraftwerksprozesseV2/Ü1WSIDGProf. Wirsum

I

47


L

Die Vorlesung „Laser in Bio- und Medizin-technik“ befasst sich mit den unterschied-lichen Wechselwirkungsmechanismen von Laserstrahlung mit biologischen Materiali-en und Materie sowie mit der Nutzung des Werkzeugs Photon für photochemische Ver-fahren. Im Rahmen der Vorlesung werden sowohl Laserverfahren für medizintechni-sche Produkte beschrieben und erläutert sowie durch beispielhafte Anwendungen veranschaulicht als auch Laserverfahren in der direkten medizinischen Therapie und Diagnostik mit ihren charakteristischen Ei-genschaften vorgestellt. Neben den Prozess-grundlagen werden auch die für diese Pro-zesse erforderlichen Laserstrahlquellen und die dazugehörige Systemtechnik erläutert. Bei der Anwendung von Lasern in der direk-ten medizinischen Diagnostik und Therapie wird u.a. der Einsatz von Laserstrahlung so-wohl bei der Weichgewebe- als auch Hart-gewebechirurgie und in der Ophtalmologie vorgestellt und eingehend erläutert. In der

Diagnostik werden Messverfahren wie z.B. die photodynamische Diagnostik (PDD) zur frühzeitigen Krebsdiagnose und Laserver-fahren in der Bioanalytik, wie beispielsweise Fluoreszenztechniken zur Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen vorgestellt. Einen Schwerpunkt der Veran-staltung bilden laserbasierte Zellmanipula-tionsverfahren, die Funktionalisierung von Implantaten und Biochips sowie die Protein-manipulation mittels Laserstrahlung. Ziel der Veranstaltung ist, dass die Studenten die we-sentlichen Eigenschaften von Laserstrahlung und deren Nutzung für Anwendung in der Medizin, Biotechnologie und Chemie, die unterschiedlichen Wechselwirkungsmecha-nismen von Laserstrahlung mit biologischen Materialien für unterschiedliche Gewebety-pen und die Nutzung des Werkzeugs Photon für photochemische und photothermische Verfahren für die Mikro- und Nanotechnik kennen und verstehen.

Materie stellt sich in unterschiedlicher Er-scheinungsform mit sehr unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaf-ten dar. Es ist das Ziel der Vorlesung, die we-sentlichen Eigenschaften phänomenologisch zu beschreiben. Es werden zunächst die Zu-standsformen von Materie diskutiert und verschiedene, gebräuchliche Ordnungssche-

mata nach Zustand oder Eigenschaft vorge-stellt. Im zweiten Teil der Vorlesung werden spezifische physikalische Stoffeigenschaften, wie z.B. mechanische, thermische oder elek-trische Eigenschaften behandelt. Der letzte Teil der Vorlesung beschäftigt sich mit den für die chemischen Reaktionen relevanten chemisch-physikalischen Eigenschaften.

In dieser Vorlesung werden die Grundope-rationen der mechanischen Verfahrens-technik behandelt. Schwerpunktmäßig wird die Partikel- und Separationstechnologie vorgestellt, wobei Systeme mit zumindest einer festen Phase im Vordergrund stehen. Schwerpunkte der Vorlesung sind:

• Methoden und Maschinen der Zerklei-nerung

• Messung und Darstellung von Kornver-teilungen

• Siebung: Methoden, Maschinen, Frak-tionsabscheidekurven

• Bewegung von Feststoffpartikeln in Fluiden

• Berechnung von Zentrifugen

• Auslegungsgleichungen für Zyklone

• Strömungen durch Schüttungen

• Berechnungs- und Betriebsgrundlagen für Filterapparate und Filtermittel

Laser in Bio- undMedizintechnik

V2/Ü1SoSe

ILTDr. Gillner

Material- und Stoffkunde

V2/Ü2WS

AVT.MSTProf. Ismail

MechanischeVerfahrenstechnik

V2/Ü1SoSe

AVT.MVTProf. Modigell

48


In der industriellen Praxis und in der For-schung tritt immer wieder das Problem auf, dass wichtige Größen (z. B. Eingangsdaten oder Zustände) nicht direkt gemessen wer-den können. Sie müssen stattdessen aus anderen Messungen rekonstruiert werden. In der Veranstaltung Simulationstechnik IV, die gemeinschaftlich vom Institut für Geo-metrie und Praktische Mathematik (IGPM) und vom Lehrstuhl für Systemverfahrens-technik (SVT) betreut wird, werden dazu die grundlegenden Methoden vorgestellt. Ein-führend werden die benötigten statistischen Grundlagen vermittelt. Danach werden die grundlegenden Eigenschaften inverser Pro-bleme vorgestellt; hier wird besonders die Schlechtgestelltheit diskutiert. Anschlie-ßend werden Regularisierungsmethoden zur Lösung schlecht gestellter Probleme sowie die dazugehörigen Methoden zurWahl der

Regularisierungsparameter vorgestellt. Die-se Methoden werden dann zur Lösung von Zustands-, Eingangs- und Parameterschätz-problemen angewandt und erweitert. Dabei wird die Verknüpfung von bekannten Me-thoden, wie beispielsweise dem Luenberger Beobachter, zu inversen Problemen gezeigt. Abschließend werden Methoden der opti-malen Versuchsplanung behandelt. Anwen-dungen aus der Industrie werden in der Vor-lesung eines Gastdozenten aufgezeigt. Die begleitende Übung besteht zu ca. 2/3 aus Rechnerübungen, in denen in der mathe-matischen Programmierumgebung MATLAB Lösungsstrategien für inverse Probleme selbst implementiert und beurteilt werden. Diese werden durch theoretische Übungen ergänzt, die das Verständnis des Stoffes ver-tiefen.

ModellgestützteSchätzmethodenV2/Ü2SoSeAVT.SVT, IGPMDr. Mhamdi, Prof. Reusken

Mit der Entwicklung leistungsfähiger und be-ständiger Membranen auf der Basis von Poly-meren haben die Membranverfahren in den letzten 10 Jahren als energetisch und wirt-schaftlich interessante Grundoperation Ein-gang in die Verfahrenstechnik gefunden. Ins-besondere in der Lebensmitteltechnik, der Bioverfahrenstechnik und der Aufarbeitung industrieller Abwässer sind die Membran-verfahren eine vielversprechende Alternati-

ve zu den konventionellen Trennverfahren, z.B. der Eindampfung. Die Vorlesung behan-delt die Grundlagen des Stofftransportes in Membranen und an der Membranoberflä-che für die Verfahren Umkehrosmose, Gas-permeation, Pervaporation, Elektrodialyse und Ultrafiltration. Darauf aufbauend wer-den Moduldesign, Moduloptimierung sowie Modulschaltungen besprochen. Einige er-folgreiche Anwendungen werden diskutiert.

Die Vorlesung Messtechnik und Analytik in der Verfahrenstechnik behandelt grund-legende Methoden zur online und offline Messung von Kultivierungsprozessen. Dabei werden zuerst die physikalisch / chemischen Funktionsweisen der einzelnen Methoden erarbeitet. Darauf aufbauend werden mögli-

che Anwendungsgebiete inkl. Vor- und Nach-teile diskutiert. Mit dem Wissen der Vorle-sung ist es möglich, geeinigte Messverfahren auszuwählen, sowie gewonnene Messdaten hinsichtlich ihrer Aussagekraft und Verläss-lichkeit zu bewerten.

Die Vorlesung medizinische Verfahrens-technik behandelt die interdisziplinären Themenschwerpunkte aus der Verfahrens-technik und der Medizintechnik, wobei auch einige ausgewählte, verfahrenstechnisch in-teressante Inhalte aus dem Pharmabereich behandelt werden. Nach der Einführung in die Vorlesungsinhalte werden zunächst die Fließeigenschaften (Rheologie) und die me-chanische Stabilität des Bluts als Grundlage für die Berechnung und Auslegung von Ge-räten, in denen das Blut mechanisch bean-sprucht wird, z. B. in Blutpumpen, erläutert.

Einen weiteren wichtigen Themenschwer-punkt stellen die Stofftrennverfahren dar. Verfahren zur Blutseparation und der Ein-satz von Membranverfahren entweder als künstlicher Ersatz für menschliche Organe (z.B. Niere, Lunge) oder als Peripherie von solchen Geräten werden behandelt. Außer-dem wird auf die Werkstoffe für die medizi-nische Verfahrenstechnik eingegangen. Zum Schluss werden die Techniken zur Sterilisati-on in der Medizin und Pharmaindustrie vor-gestellt.

MedizinischeVerfahrenstechnikV2/Ü1SoSeAVT.CVTProf. Wessling

MembranverfahrenV2/Ü2WSAVT.CVTProf. Wessling

Messtechnik und Analytikin der VerfahrenstechnikÜ2SoSeAVT.BioVT, AVT.EPTProf. Büchs, Prof. Spieß

M

49


M

Brennstoffzellen stehen heute in mehreren Bereichen an der Schwelle zur Markteinfüh-rung. Die drei wesentlichen Säulen des Fort-schritts sind heute die Materialtechnik, die elektrochemische Mechanismenforschung sowie Modellierung und Simulation. Durch Modellierung und Simulation wurde es mög-lich, die komplexen Wechselwirkungen in-nerhalb der Brennstoffzellen besser zu ver-stehen. Die Spanne der Modelle reicht von der Beschreibung grundlegender Aspekte der Elektrochemie bis hin zu der Beschrei-bung von Gesamtsystemen. Wesentliche Ef-

fekte, die in den verschiedenen Komponen-ten einer Brennstoffzelle eine Rolle spielen sind Stoff-, Wärme- und Ladungstransport. Diese sind gekoppelt mit elektrochemischen Reaktionen. Im Rahmen der Vorlesung wer-den die Prinzipien der elektrochemischen Modellierung und Simulation vorgestellt. Beispielhaft werden Modelle für die beiden wichtigsten Brennstoffzellentypen, die SOFC und die PEMFC, entwickelt. In den Übungen werden die Modellansätze und die Simulati-onsergebnisse anhand von Beispielen disku-tiert und bewertet.

Die Anwendung von Enzymen für die Pro-duktion von Wertstoffen im industriellen Massstab (’Weiße Biotechnologie’) erfor-dert die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Biologen, Chemikern und Verfahrens-ingenieuren. Die Veranstaltung ’Moderne Aspekte der Angewandten Enzymtechnolo-gie’ führt die wesentlichen Grundlagen und ihre Wechselwirkungen aus dem Bereich der

Biologie (Biokatalysatordesign und - scree-ning), Chemie (Verfügbarkeit von Reaktan-den, Strategien der Reaktionsführung) und der Reaktionstechnik (Katalyse, Thermody-namik, Enzymkinetik und -stabilität) zusam-men. In einer Fallstudie wird das Gelernte angewandt, um die Entwicklung eines en-zymkatalysierten Prozesses zu verfolgen.

In dieser Vorlesung geht es um die Grund-lagen zur numerischen Simulation von Strömungen. Zunächst werden die ver-schiedenen zur Verfügung stehenden ma-thematischen Modelle diskutiert. Danach werden die Grundlagen zur Lösung partieller Differentialgleichungen auf der Basis finiter Differenzen- oder finiter Volumenverfahren vermittelt. Dabei werden Konzepte wie Kon-sistenz und Stabilität näher vorgestellt. Ab-schließender Bestandteil der Vorlesung sind

Lösungsverfahren für elliptische Probleme, wie sie z.B. in Potentialströmungen auftre-ten. Bei der Vorstellung aller mathemati-schen Zusammenhänge wird darauf geach-tet, diese möglichst allgemein verständlich und im Zusammenhang mit tatsächlichen Strömungssimulationen zu diskutieren, da-mit die erworbenen Kenntnisse auf reale Simulationprobleme übertragen werden können. Die Vorlesung wird in der Regel auf Englisch gehalten.

Modellierung in derelektrochemischenVerfahrenstechnik

V2/Ü2WS

IEK-3Prof. Lehnert

Moderne Aspekte derangewandten

EnzymtechnologieV2

SoSeAVT.EPT, Biotec

Prof. Spieß, Prof.Schwaneberg

NumerischeStrömungsmechanik I

V2/Ü1SoSe

AIAProf. Schröder, Dr.

Meinke

In zunehmendem Maße werden Entschei-dungen in der Verfahrenstechnik auf Basis von Simulation und Optimierung getroffen. Mathematische Modelle bilden die Grund-lage solcher Berechnungen. Deshalb wird in dieser Vorlesung des Pflichtteils die systema-tische Modellierung von verfahrenstechni-schen Prozessen behandelt. Im Zentrum der Modelle stehen in der Verfahrenstechnik die Bilanzgleichungen von Masse, Energie und Impuls. In der Vorlesung erfolgt eine sys-tematische Herleitung und es wird gezeigt, wie sich spezielle Modelle für die vielfältigen Prozesse der Verfahrenstechnik aus der all-gemeinen Gleichungsstruktur ableiten las-sen. Zur Unterstützung des Modellierungs-prozesses bei komplexen Prozessen wird dann eine auf der Systemtheorie beruhen-

de Vorgehensweise zur Modellentwicklung vorgestellt. Dazu gehört die Darstellung von Methoden zur Strukturierung verfahrens-technischer Systeme und der anschließen-den Ableitung der bilanzgleichungsbasier-ten Beschreibung der in ihnen ablaufenden physikalisch-chemischen Phänomene sowie der wesentlichen Modellierungsschritte. In einer abschließenden Analyse der so erstell-ten stationären und dynamischen Modelle wird deren prinzipielle Lösbarkeit überprüft und damit die Voraussetzung für die Imple-mentierung auf dem Rechner geschaffen. Die Vorlesung umfasst damit den gesamten Bogen der Modellbildung. Das Vorgehen wird an ausgewählten Beispielen aus der Re-aktions- und Stofftrenntechnik illustriert.

Modellierung technischer

SystemeV2/Ü1

SoSeAVT.SVT

Prof. Mitsos

50


Die Veranstaltung setzt sich zusammen aus einem AC-Teil (Praktikum Allgemeine und Analytische Chemie I (Semestergruppe 1) bzw. Praktikum Allgemeine und Analytische Chemie I (Semestergruppe 2)) und PCTeil (Praktikum Allgemeine und Analytische Che-mie I (Physikalisch-chemischer Teil)) zusam-men. Eine Zuteilung in die jeweilige Semes-tergruppe 1 bzw. im AC-Teil erfolgt nach der Sicherheitsklausur. Weitere Pflichtveranstal-tungen sind das Sicherheitsseminar (Sicher-heitsseminar zum Praktikum Allgemeine und Analytische Chemie I), die Sicherheitsklau-sur (Klausur zum Praktikum Allgemeine und Analytische Chemie I), die Rechenübungen (Rechenübung zum Praktikum ALG1) und die Vorbesprechung zum Praktikum (Vorbe-

sprechung zum Praktikum Allgemeine und Analytische Chemie I). Es ist nur eine An-meldung zum Praktikum erfolderlich, wei-tere Informationen erhalten Sie in der Vor-besprechung zum Praktikum. Das Praktikum beinhaltet einen Anorganisch Chemischen Teil (AC) und einen Physikalisch Chemischen Teil (PC). Eine gesonderte Anmeldung zum PC-Teil ist nicht erfolderlich. Mit dieser An-meldung ist auch eine Teilnahme am Tutori-um verpflichtend. Sollte keine Anmeldung zu einer Gruppe erfolgen, werden Studierende einer Gruppe zugeteilt. Die Einteilung zu den Semestergruppen 1 und 2 im AC-Teil bzw. PC-Teil erfolgt nach erfolgreichem Bestehen der Sicherheitsklausur und wird per Aushang bekannt gegeben.

Die Aufarbeitung von Produkten biotechno-logischer Fermentationsprozesse erfordert besondere Methoden, da aufgrund der ther-mischen Empfindlichkeit von Bioprodukten Verfahren wie Destillation nicht angewandt werden können. In der Vorlesung werden

die wichtigsten Aufarbeitungsmethoden in der Biotechnologie vorgestellt. Dabei wird auf die Auswahl der richtigen Methode, die Verfahrensauslegung und das Vorgehen bei der Erstellung von möglichst optimalen Auf-arbeitungsstrategien eingegangen.

Viele Verfahrenstechnik-Ingenieure stehen heute nicht mehr vor der Aufgabe, die Erzeu-gung von Massenchemikalien zu optimieren, sondern chemische Wertprodukte zu entwi-ckeln oder zu verbessern. Dabei stellen sich weit vor der Prozessentwicklung vielfältige interdisziplinäre Fragestellungen bezüglich der gezielten Einstellung bestimmter Pro-dukteigenschaften. In der Vorlesung wird anhand eines einfa-chen Schemas die verschiedenen Schritte ei-ner Produktentwicklung vermittelt: Von der

Festlegung der Anforderungen an das Pro-dukt über die Ideenfindung und die Auswahl der besten Ideen bis zur Herstellung des Pro-dukts. Ferner werden wichtige Grundlagen der Grenzflächenphysik und physikalischer Chemie vermittelt, die essenziell für die Be-schreibung und Entwicklung stark struktu-rierter Produkte sind. In einer begleitenden Projektübung in Kleingruppen wird das Er-lernte praxisnah an konkreten Fallbeispielen angewendet.

Die Vorlesung beschäftigt sich mit den phy-sikalischchemischen Eigenschaften von Festkörpern und ihren Anwendungen als moderne Funktionsmaterialien. Ausgehend von idealen Festkörpern und ihren thermo-dynamischen und elektrischen Eigenschaf-ten liegt der Schwerpunkt der Vorlesung auf der Behandlung fehlgeordneter Festkörper. Erst die Fehlordnung eines Festkörpers und ihre quantitative Behandlung (Defektche-mie) ermöglichen das Verständnis und die experimentelle Steuerung der thermody-namischen und kinetischen Eigenschaften

eines Festkörpers (Sensorik, Masse- und La-dungstransport, Ionenleitung, Hochtempe-raturoxidation Hochtemperaturbrennstoff-zellen). Inhalte der Vorlesung: Kristallgitter, Bindungen und Bänder in Festkörpern, Fest-körper-thermodynamik, Defekte in Fest-körpern (Defektchemie), Thermodynamik von Punktdefekten, Festelektrolyte, Nicht-stöchiometrische Verbindungen, Diffusion, Festkörperreaktionen, Brennstoffzellen, ex-perimentelleMethoden. Die Übungen zur Vorlesung werden im Rahmen des Physika-lisch-Chemischen Praktikums abgehandelt.

PhysikalischeFestkörperchemieV2/Ü2SoSeIPCProf. Martin

Praktikum Allgemeine undanalytische ChemieL3WSACProf. Simon

ProduktaufbereitungV2WSAVT.EPTProf. Spieß

Produktentwicklung in der VerfahrenstechnikV2/Ü1SoSeAVT.CVTProf. Wessling

P

51


P

Die Erzeugung von Grund- oder Feinchemi-kalien in verfahrenstechnischen Prozessen ist eine Kernkompetenz der chemischen In-dustrie. Bei der Entwicklung verfahrenstech-nischer Prozesse handelt es sich um eine kre-ative Tätigkeit. Im Rahmen dieser Vorlesung wird eine hierarchische Vorgehensweise vorgestellt, um geeignete Prozessstrukturen zu entwickeln und ökonomisch zu bewerten. Von der Grobstruktur zur detaillierten Appa-raeteauslegung wird der Prozess stufenwei-se detailliert. Unter Berücksichtigung von umwelttechnischen, wirtschaftlichen und sicherheitsrelevanten Überlegungen wird entschieden, ob Prozessvarianten weiterver-

folgt werden. Geeignete Methoden für eine Bewertung werden im Rahmen dieser Vor-lesung vermittelt. Für die Dimensionierung der Apparate sind dies Näherungsverfahren, wie zum Beispiel die Underwood-Methode für die Rektifikation, und für eine energe-tische Bewertung zum Beispiel die Pinch-Analyse eines Wärmetauscher-Netzwerks. In dieser Vorlesung finden grobe Abschät-zungsverfahren besondere Beachtung. Mit den vermittelten Methoden können in Vor-lesung und Übung reale Prozesse diskutiert und mit geringem Aufwand entwickelt und bewertet werden.

In vielen Bereichen des Maschinenbaus sind komplexe Anlagen zu automatisieren, die über viele Einund Ausgangsgrößen verfügen. Speicherprogrammierbare Steuerungen und Prozessleitsysteme unterstützen die Rege-lung und Steuerung, aber auch die Prozess-visualisierung und -dokumentation in sehr komfortabler Weise, so dass der Planer/Ent-wickler sich auf die inhaltliche regelungs- und steuerungstechnische Arbeit konzentrieren kann. In dieser auf Regelungstechnik (bzw. vergleichbaren Vorlesungen) aufbauenden Lehrveranstaltung werden einige Prinzipi-en und die Gerätetechnik erläutert und in praktischen Einsatzbeispielen im Rahmen von mehreren Übungen in Gruppenarbeit vertieft. Im Laufe der letzten Jahre wurde in den Räumen des Instituts eine „Modellfab-rik für Lehre und Forschung“ aufgebaut und in Betrieb genommen. Diese umfasst einen prozesstechnischen Teil, einen fertigungs-technischen Teil sowie die Integration eines Industrieroboters für Handlingaufgaben. Da-durch besteht die Möglichkeit, modernste Automatisierungstechnik kennen zu lernen

und in den Übungen eigene Anwendungs-erfahrungen damit zu sammeln. Durch die räumliche Nähe kann der Vorlesungsstoff jederzeit durch praktische Beispiele ergänzt und anschaulich erläutert werden. Themen:

• Vorstellung der Modellfabrik

• Begriffe, Strukturen und Darstellungs-formen in er Prozess- und Steuerungs-technik

• Feldnahe Komponenten: Sensoren, Aktoren

• Geräte zur Prozesssteuerung, - rege-lung und -überwachung: Einzelregler, speicherprogrammierbare Steuerun-gen, Bussysteme, Prozessleitsysteme

• Industrieroboter: Aufgaben, Einsatz-bereiche

• Laborübungen: R&I Fließbilder, Spei-cherprogammierbare Steuerungen, Prozessleitsystem, Industrieroboter

Prozessentwicklung in der Verfahrenstechnik

V2/Ü1SoSe

AVT.SVTProf. Mitsos

Prozessleittechnik undAnlagenauto-

matisierungV2/Ü1

SoSeIRT

Prof. Abel

52


Der Entwurf von chemischen Prozessen und Anlagen findet heute größtenteils am Rech-ner statt. Dabei spielt Simulationssoftware eine zentrale Rolle. Mit Hilfe eines Simula-tors kann ein mathematisches Modell der geplanten Anlage erstellt und ihr Verhalten simuliert werden. Derartige Simulations-experimente sind Grundlage für die Ausle-gung der Apparate und Maschinen sowie die Spezifikation von Stoffströmen, Temperatu-ren und Drücken. Die Vorlesung vermittelt Kenntnisse über die Funktionsweise von Si-

mulatoren und die ihnen zugrunde liegen-den numerischen Verfahren. Im Übungsteil entwerfen die Kursteilnehmer mit Hilfe des kommerziellen Simulators Aspen Plus selbst-ständig einen Prozess zur Herstellung von Ethylenglykol. Da dieses Fallbeispiel sehr komplex ist, wird der Kurs in Gruppen auf-geteilt, die jeweils einen Prozessabschnitt genauer untersuchen. Der Kurs baut auf der Vorlesung Prozessentwicklung in der Verfah-renstechnik auf.

Rheologie ist die Lehre vom Fließen der Stoffe. Viele Fluide, die im Ingenieurwesen relevant sind, besitzen nicht-Newtonsche Fließeigenschaften (z.B. Polymere, Suspensi-onen), bei denen die Viskosität von der Art und der Vorgeschichte der Beanspruchung abhängt. In der Vorlesungsreihe werden

Apparaturen und experimentelle Methoden dieser Eigenschaften behandelt und mathe-matischeModelle zur Beschreibung dieses Sachverhaltes vorgestellt und diskutiert. Fer-ner werden die Grundlagen zur Berechnung von Strömungsfeldern nicht-Newtonscher Flüssigkeiten gelehrt.

Die Veranstaltung ist über das erste und zweite Studiensemester verteilt. Im jeweili-gen Wintersemester soll die Anwendung von Simulationstechniken zur Lösung aktueller Forschungsaufgaben anhand von Vorträgen aus den Instituten vorgestellt werden. Dies umfasst Themen aus der Struktur- und Kon-tinuumsmechanik, wie der Strömungs- und Verbrennungsmechanik, der Verfahrens- und Energietechnik und der Visualisierung (Vir-tual Reality). An diese Vorträge schließt sich eine Einführung in das Programm MATLAB

der Firma Mathworks an, welches eine Hoch-sprache und eine interaktive Umgebung zur Bearbeitung rechenintensiver Aufgaben, zur Entwicklung von Algorithmen sowie zur Da-tenanalyse und -visualisierung bereitstellt. Im anschließenden Sommersemester soll in etwa fünf weiteren praktischen Übungen die Lösung einfacher Simulationsaufgaben er-läutert und durchgeführt werden. Dazu wird das Programmsystem MATLAB verwendet und zusätzlich die MATLAB-Ergänzung SIMU-LINK eingeführt.

Durch die Vorlesung ’Reaktionstechnik’ soll das Verständnis für grundlegende Phänome-ne der Reaktionskinetik vermittelt werden. Die Studierenden sollen den Einfluss kine-tischer Größen verstehen, und lernen durch gezieltes Eingreifen die durch sie bestimm-ten Prozesse zu steuern und zu regeln. Da-bei werden unterschiedliche chemische und biologische Prozesse beschrieben, angefan-gen auf der Ebene der thermodynamischen Elementarprozesse bis hin zu komplexen Reaktionen. Hierbei werden beispielswei-se verschiedene katalytische Reaktionen, Stoff- und Wärmetransportphänomene, un-terschiedliche Wachstumsmodelle für Mik-roorganismen und die Bilanzierung biotech-

nologischer Prozesse detailliert diskutiert. Die Betrachtung von Kinetiken auf verschie-denen Größenskalen, schließt nicht nur die detaillierte mechanistische Analyse im bio-logischen und chemischen Kontext ein, son-dern beinhaltet auch deren Modellierung und Simulation. Hierzu werden den Studie-renden in praktischen Übungen der Umgang mit Simulationswerkzeugen, sowie das Ar-beiten mit unstrukturierten, strukturier-ten und segregierten Modellen vermittelt. Verschiedene Optimierungsstrategien und Techniken werden vermittelt, um den theo-retisch diskutierten Einfluss der kinetischen Phänomene in der praktischen Anwendung zu untersuchen.

ReaktionstechnikV2/Ü1WSAVT.BioVTProf. Büchs

RechnergestützeProzessentwicklungB.Sc.: V1/Ü2SoSeAVT.SVTProf. Mitsos

RheologieV2/Ü1SoSeAVT.MVTProf. Modigell

Simulationstechnik IV1/Ü1WSAVT.SVT, CATSProf. Mitsos, Prof. Behr

R

53


Die Vorlesung Simulationstechnik II ver-mittelt die grundlegenden Fähigkeiten zum selbstständigen Lösen von Simulationspro-blemen. Die Lösung von Simulationspro-blemen wird anhand eines Ablaufschemas diskutiert, von dem einzelne Schritte im Detail betrachtet werden. Hierbei stellt sich beispielsweise die Frage, wie ein techni-sches System abstrahiert und mit Hilfe von mathematischen Gleichungen repräsentiert werden kann. Im Verlauf der Vorlesung wer-

den verschiedene kommerziell verfügbare Simulationswerkzeuge vorgestellt und aus Nutzersicht diskutiert. In der Übung Simu-lationstechnik II werden von den Studenten Beispiele aus verschiedenen technischen Bereichen mit den in der Vorlesung vermit-telten Fähigkeiten simuliert. Dabei werden zuerst die jeweiligen Modellgleichungen auf-gestellt, die dann mit verschiedenen kom-merziellen Simulationswerkzeugen gelöst werden.

Diese Veranstaltung gliedert sich in zwei Teile. Im ersten Teil wird den Studenten in Kleingruppen ein für das Umweltingenieur-wesen relevantes Thema zugewiesen. Zu diesem Thema wird zunächst eine umfang-reiche Literaturrecherche durchgeführt. An-schließend verfassen die Gruppen nach Vor-gabe des Betreuers eine Seminararbeit. Im zweiten Teil wird ein Vortrag erstellt. Dieser

wird von der kompletten Gruppe vor Studen-ten anderer Kleingruppen vorgetragen, wo-bei jeder Student einen Teil präsentiert. Ziel dieser Veranstaltung ist das Verfassen von wissenschaftlich korrekten Texten und Vor-trägen zu erlernen. Insbesondere der Um-gang mit Literatur d.h. deren Beschaffung, die Evaluierung ihrer Qualität und das richti-ge Zitieren soll vermittelt werden.

Die Vorlesung Simulationstechnik vermittelt grundlegende Fähigkeiten zum selbstständi-gen Lösen von Simulationsproblemen. Dazu gehört zum einen das Erstellen von mathe-matischen Modellen und zum anderen die Anwendung eines Simulators (Computer-programm) auf das erstellte mathematische Modell. In der Veranstaltung werden die grundlegenden Systemklassen für Simulati-onen vorgestellt: konzentrierte dynamische

Systeme, verteilte dynamische Systeme, dis-krete Systeme und diskret-kontinuierliche Systeme. Es wird gezeigt, dass die Model-lierung von Problemen aus verschiedenen ingenieurwissenschaftlichen und physikali-schen Bereichen auf mathematische Model-le führt, die sich in der gleichen Zustands-form darstellen lassen. Außerdem werden Kenntnisse zur Arbeit mit verschiedenen Si-mulationswerkzeugen vermittelt.

In der Vorlesung Thermische Trennverfahren werden die wichtigsten, industriell relevan-ten thermischen Grundoperationen auf der Grundlage der Vorlesung Thermodynamik der Gemische vermittelt. Anhand des Kon-zeptes der theoretischen Trennstufen wird gezeigt, wie der apparative Aufwand und das thermodynamische Gleichgewicht getrennt voneinander behandelt werden können. Die-se separate Betrachtungsweise ermöglicht insbesondere die Beschreibung komplexer verfahrenstechnischer Trennapparate. Auf dieser Grundlage werden die verschiedenen thermischen Trennverfahren, wie z.B. die

Rektifikation oder die Extraktion, erläutert. Die Auslegung der Kolonnen erfolgt sowohl auf rechnerischem Wege mittels sogenann-ter Short-Cut-Methoden als auch auf gra-phischem Wege mit Hilfe von geeigneten Diagrammen. Der konstruktive Aufbau und die wesentlichen Bestandteile der verschie-denen Trennapparate werden dargestellt. Inhalte der Vorlesung sind Batch-Rektifikati-on, kontinuierliche Rektifikation, Extraktion, Absorbtion, HTU-NTUKonzept, Mehrstoffde-stillation, Adsorption, Chromatographie und Kristallisation.

Simulationstechnik IIV2/Ü2

WSAVT.SVT

Prof. Mitsos

Seminarvortrag fürUmweltingenieure

Ü2SoSe

ISA, AVT gesamtProf. Pinnekamp

Simulationstechnik imMaschinenbau

V3/Ü3SoSe

AVT.SVT, CATSProf. Mitsos, Prof. Behr

Thermische Trennverfahren

V2/Ü1WS

AVT.CVT (AVT.TVT)Prof. Wessling

S

54

Die Vorlesung führt in die wärmetechnischen Auslegungsverfahren von Apparaten zur Wärme- und Stoffübertragung ein. Im ersten Teil werden Wärmeaustauscher- Bauarten beschrieben und Berechnungsverfahren für Wärmeaustauscher ohne Phasenwechsel vorgestellt. Im zweiten Teil werden, aufbau-end auf den Grundlagen des gleichzeitigen

Wärme- und Stoffaustauschs, Verfahren zur Auslegung von Apparaten mit Phasenwech-sel, wie Trockner, Verdampfer und Konden-satoren abgeleitet. Diese Auslegungsverfah-ren werden abschließend beispielhaft bei der Auslegung von Dampferzeugern, Rück-kühlern und Kühltürmen angewendet.

Ausgehend von der Darstellung der aktuel-len Wassersituation, werden die Abwässer und ihre Inhaltsstoffe erläutert und charak-terisiert. Nach einer Einführung in das Was-serrecht werden die wichtigsten Verfahren zur Reinigung hochbelasteter Abwässer de-tailliert behandelt. Die Darstellung geht von

den physikalisch-chemischen Grundlagen aus, erläutert die Auslegung von Apparaten und deren Anwendung. Die Vorlesung soll den Studenten die wichtigsten Wasserver-unreinigungen, deren Ursprung sowie detail-lierte Kenntnisse in der Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung vermitteln.

Die Studierenden bearbeiten eine aktuelle Problemstellung aus der verfahrenstechni-schen Forschung in einer Gruppe. Dies um-fasst die fachliche Einarbeitung in das Thema sowie das Erarbeiten und Umsetzen einer Lösungsstrategie. Die Aufgabenstellung be-inhaltet Fragen aus mehreren verfahrens-

technischen Disziplinen. Die Studierenden erweitern daher ihren fachlichen Horizont über ihre eigene Vertiefungsrichtung hinaus. Die Studierenden verfügen je nach Aufga-benstellung über praktische Erfahrungen mit numerischen Simulationswerkzeugen bzw. mit experimentellem Arbeiten.

Im verfahrenstechnischen Seminar sollen Sie einmal selbst vorne stehen und Ihr Wissen an Ihre Kommilitonen weitergeben. Dazu wer-den Sie zu einem aktuellen und besonders relevanten Forschungsschwerpunkt von ei-nem der AVT-Lehrstühle ein Thema erhalten. Dies ist jeweils angelehnt an einen von sechs Vorträgen aus dem AVT-Kolloquium, bei wel-chem externe Redner aus Industrie und For-schung aus dem Nähkästchen plaudern und

Ihnen ihre tägliche Arbeit näher bringen. Um Sie auf Ihren Vortrag vorzubereiten, be-suchen Sie im Rahmen des VT-Seminars den Softskillkurs „Präsentationstechnik“. Der Be-such des VT-Seminars bietet Ihenn so nicht nur Einblicke in aktuelle Forschungsfragen und den Industriealltag, sondern Sie lernen ebenfalls, wie Sie Ihre Ergebnisse und Ihre Arbeit erfolgreich präsentieren können.

Zur erfolgreichen Auslegung von Trennappa-raten, wie z.B. Destillations- oder Extrakti-onskolonnen, benötigt der Verfahrensingeni-eur Kenntnisse über die thermodynamischen Zustandsgrößen (z.B. Druck, Temperatur, Dichte) der beteiligten Reinstoffe und Ge-mische. Die Vorlesung Thermodynamik der Gemische soll diese Auslegungsgrundlagen vermitteln. Mittelpunkt der Betrachtungen in dieser Vorlesung ist das sogenannte ther-modynamische Gleichgewicht. Dazu werden neben der Beschreibung des Verhaltens von Reinstoffen insbesondere die beiden ge-bräuchlichen Methoden zur Gleichgewichts-berechnung bei Mehrkomponentensyste-men gegenübergestellt: Aufbauend auf den Kenntnissen der Vorlesung Thermodynamik I,II (Prof. Bardow – Bachelor MB) wird zu-

nächst die Beschreibung mit Zustandsglei-chungen, wie z.B. der Idealgas- Gleichung, erarbeitet. Ausgehend von den Schwächen dieser Methode bei der Beschreibung stark nicht-idealer Stoffsysteme wird die zweite Methode, nämlich die Beschreibung über sogenannte Exzessenthalpie- Modelle (GE-Modelle) vorgestellt. Die im Rahmen von praktischen Problemstellungen in diesem Zusammenhang typischerweise auftreten-den Fragen, wie die Beschaffung verschie-denster Messdaten oder das Umsetzen der Methoden in mathematische Algorithmen zur praktischen Auslegung von Trennap-paraten werden ebenso diskutiert, wie die wesentlichen theoretischen Grundlagen der verschiedenen Modellgleichungen.

Thermodynamik derGemischeV2/Ü1WSLTT (AVT.TVT)Prof. Leonhard, Prof. Bardow

Wärmeübertrager undDampferzeugerV2/Ü1SoSeWSAProf. Kneer

Wasser- undAbwassertechnologieV2/Ü2SoSeCVTProf. Wessling,Prof. Wintgens

VerfahrenstechnischeProjektarbeitL6WiSeAVT gesamt

VerfahrenstechnischesSeminarL2Sose/WiSeAVT gesamt


T

55

Studienberatung

Die Studienberatung steht Ihnen zu allen allgemeinen Fragestellungen offen, die das Verfahrenstechnikstudium betreffen. Sprechstunden werden dienstags und donners-tags zwischen 10:00 und 11:00 Uhr angeboten. John Link-horst, Lars Peters und Theresa Lohaus beraten Sie gerne in den Räumen der AVT.CVT.

Ort Sammelbau Chemie, Worringer Weg 1, 52074 Aachen

Raum 38 B 238a Tel. 0241/80-29966 bzw. 95995 bzw. 29965E-Mail [email protected]

Lehrstühle

BioverfahrenstechnikProf. Dr.-Ing. J. Büchs

Ort Worringerweg 1, 52074 AachenTel. 0241/80-23569Fax 0241/80-22570web www.avt.rwth-aachen.deE-Mail [email protected]

Chemische VerfahrenstechnikProf. Dr.-Ing. M. Wessling

Ort Turmstraße 46, 52064 AachenTel. 0241/80-95470Fax 0241/80-92252web www.avt.rwth-aachen.deE-Mail [email protected]

Computational Systems BiotechnologyProf. Dr. W. Wiechert

Ort Leo-Brandt-Straße, 52425 JülichTel. 02461/61-5557Fax 02461/61-3870web www.avt.rwth-aachen.deE-Mail [email protected]

EnzymprozesstechnikProf. Dr.-Ing. A. Spieß

Ort Worringerweg 1, 52074 AachenTel. 0241/80-23307Fax 0241/80-23301web www.avt.rwth-aachen.deE-Mail [email protected]

Mechanische VerfahrenstechnikProf. Dr.-Ing. M. Modigell


Molecular Simulations and TransformationJunior Prof. A. E. Ismail, Ph.D.

Ort Schinkelstraße 2, 52062 AachenTel. 0241/80-99128Fax 0241/80-628498web www.avt.rwth-aachen.deE-Mail [email protected]

Systemverfahrenstechnik und ProzesstechnikProf. Alexander Mitsos, Ph.D.


Thermische Verfahrenstechnik

Ort Wüllnerstraße 5, 52062 AachenTel. 0241/80-95246Fax 0241/80-92332web www.avt.rwth-aachen.deE-Mail [email protected]

Fakultät für Maschinenwesen

Im Downloadbereich der Homepage befinden sich An-tragsformulare für Studienplanänderungen und Erfassungs-bögen für Bachelor-/Projekt- und Masterarbeiten.

Ort Kackerststraße 9, 52072 AachenTel. 0241/80-95305Fax 0241/80-92144web www.maschinenbau.rwth-aachen.deE-Mail [email protected]

5 Adressen & Lageplan der Lehrstühle


56


Temple

rgrab

en

Pontw

all

Turmstraße

Wüllne

rstraß

e

Pontst

raße

Wüllners

traße

Malteserstr.

Turmstraße

Friesen

str.

Gesch

w.-

Scholl

-Str.

straß

e

Schi

nkel

-

Pontstraße

Pont

tor

Audi

max

Mar

ienb

ong.

THHau

pt-

gebäud

e

Roermonder Str.

Super C

*P

*P

P

*P

*P

*P

H

H

H

H

H

H

Bus

halte

stel

len

Par

kmög

lichk

eite

npa

rkau

swei

spfli

chtig

,bi

tte g

gf. R

ücks

prac

hevo

r Anr

eise

Pariser Ring

von

der A

utob

ahn

Paris

er R

ing

von

Vaal

ser S

traße

Pauwelstraße

Pau

wel

stra

ße

Kulle

nhof

stra

ße

Schn

eebe

rgw

eg

Helmertweg

Wen

dlin

gweg

Worringer Weg

Steinbergweg

Gut

Mel

aten

Valke

nbur

gers

traße

Uni

klin

ik

Anl

iefe

rung

P

H P

P

H

H

WO

N S

H

P

Landschaftsbrücke *

Roermon

der Straße

Pontwall

Wüllnerstr.

Turmstraße

Rütscher Straße

Süsterfe

ldstraß

e

Henricistr

aße

Kühlwett

erstr.

Pontst

raße

grab

en

Bahn

hof

Aach

en-W

est Se

ffent

erW

eg

Pirlet-S

tr.

Prof

.-

Turmstraße

Claßens

tr.

G.-Sch

.-Str.

Pont

tor

Temple

r-P

PP

P

P

Bio

VT

PT

SV

T

CV

TM

VT

MS

T

TVT

EP

T

CV

T

Claß

enstr

.

Prof

. -P

irlet-S

tr.

CS

B

Leo-

Bra

ndt-S

traße

, 52

425

Jülic

h

Mel

aten

/ Uni

klin

ikIn

nens

tadt

/Pon

tvie

rtel

AV

T.TV

TA

VT.

EP

TA

VT.

Bio

VT

AV

T.C

VT

AV

T.M

VT

AV

T.P

T &

AV

T.S

VT

AV

T.M

ST

AV

T.C

SB

HerausgeberAachener VerfahrenstechnikRedaktionTheresa Lohaus, Jutta Friedrich, Moll Glass, John Linkhorst, Lars PetersLayoutJulian LaschetDruckMainz Druck Aachen, Auflage 400

rwth studienführer verfahrenstechnik 2014

Documents