Die Entwicklung zum effizienten Segeln eines Condors oder zum lautlosen Gleiten von Nachtgreifvögeln ist über das Ausleseprinzip der Natur erfolgt. Anders als in der Bionik steht bei der ingenieurtechnischen Methodik der direkte Weg der systematischen Erfassung reproduzierbarer Messgrößen im Vordergrund. Im Bereich der Strömungstechnik bietet der Windkanal oder Strömungskanal die Möglichkeit Strömungsgeschwindigkeiten mit definierten Bedingungen wie z.B. Turbulenzgrad per Knopfdruck für Experimente bereitzustellen. Die Untersuchungen im Windkanal dienen zum:weiter

Verstehen des Planungsprozesses einer verfahrenstechnisch- umwelttechnischen Anlage; Erfassen der technischen und wirtschaftlichen Zusammenhänge bei Großanlagen.

-Voraussetzungen für die Anlagenplanung, Phasen des Planungsprozesses

- Zeitphasen bei Anlagen

- Informationsgehalt von Grund- und Verfahrensfließbildern, RI- Schemata

- Stoff- und Energiebilanzen

- Betriebsmittel, Rohrleitungen

- Modellierung: Arten von Modellen, speziell mathematische Modellierung

- Kennzahlen, Prozesssimulation (mit integrierter Rechnerübung), CFD

- Projekt- und Zeitplanung: Struktur und Ablauf von Projekten

- Abhängigkeitsplan, Balkendiagramm, Netzplan

- Investitionskosten

- Abschätzung

- Kostenrechnung, Wirtschaftlichkeitsvergleich.

- Anlagensicherheit

- Ansätze zur Beurteilung von Zuverlässigkeit, Redundanz, Reserve

Massenbilanzen für Reaktoren, Kolonnen, Anlagen:

- Zusammenhang von Produktmenge, Umsatz / Ausbeute, Aufwand für Rohstoffe, Reinheit / Qualität der Produkte

- mit der Produktion verbundene Mengen an Nebenprodukten, Abfällen, Abluft, Abwasser

 

Energiebilanzen für Reaktoren, Kolonnen, Anlagen:

- Energiebedarf zum Aufheizen, Wärmequelle, Wärmekosten, CO2- Bilanz

- Prozess(Reaktions-)wärme Kühlung, Kühlmedium, Nutzung der Ab wärme, wärmetechnische Kopplung innerhalb des Prozesses oder der Anlage

Energieträger: Heizdampf, Warmwasser, Druckluft, Kälte, Elektroenergie Energiebilanz einer Abteilung / eines Werkes / eines Standortes Bewertung von Energie / Nutzbarkeit bzw. Qualität von Energie Ökobilanzen, Product Carbon Footprint, Handel mit CO2-Zertifikaten Messung von Volumen, Masse, Volumen- und Massenstrom, Zusammensetzung, Verbrauchsmessungen für Energie Bilanzausgleich

Kernbegriffe und grundlegende Sichtweisen zum Management von Ressourcen und Energie. Fähigkeit zur systematischen technischen und ökonomischen Analyse, zum Aufbau und zur Bewertung von Energie- und Ressourceneffizienz sowie Energiemanagement als ganzheitlichem Konzept.

 

Politische Hintergründe:

- Gesetzliche Vorgaben in Europa und in Deutschland, Konzepte zu Energieeffizienz und Ressourceneffizienz, zukünftige Entwicklungen und mögliche Auswirkungen, technische Auswirkungen.

- Indikatoren und Benchmarking für Sektoren aus Industrie, Gewerbe, Handel, Dienstleistungen, Haushalten und Verkehr.

- Prozessführung und Anlagenbetrieb Zusammenspiel von Energiebeschaffung, Rohstoffbeschaffung, Energieverbrauch und Produktionsplanung: Geschäftsprozesse, Informationsmanagement, Automatisierung, Prozesskennzahlen/ KPIs, Prozessbenchmarking. 

- Management: Technische Aspekte von Energiedatenmanagement, Energiemanagement, Branchenkennzahlen, Energiehandel, Emissionshandel, Contracting.

- Einführen von Energiemanagementsystemen: DIN EN 16001 (Energiemanagementsysteme), ISO 50001, EMAS, VDI Richtlinien 4661 (Energiekenngrößen) und 4602 (Energiemanagement), technischer Nutzen von Energiemanagementsystemen.

- Durchführung von Projekten: Effizienzanalyse, Wirtschaftlichkeit (Lebenszykluskosten, Investitionskosten, Fertigungskosten), Projektdefinition und Umsetzung, Verantwortlichkeiten im Betrieb, Mitarbeiter: Schulung und Motivation.

- Erstellen von Wärme- und Energiebilanzen.

- Emissionshandel: Instrumente des Kyoto Protokolls, Bedeutung der dritten europäischen Emissionshandelsperiode ab 2013, Bilanzierung von Emissionen.

- Prozessanalyse und Optimierung: Energy Benchmarks, Pinch Analyse, Wärmeintegration, Exergieanalyse, Evaluierung alternativer Technologien.

 

Zwiebelschalenmodell der Prozessoptimierung:

- Prozess, Wärmetauschernetzwerke, Speicher, Medienversorgung.

- Speichertechnologien.

- Effizienz von Apparaten und Maschinen Antriebe, Pumpen, Lüfter, Gebläse, Verdichter, Filter, Trockner, Rührer, Wärmetauscher, Förderanlagen.

- Energiewandlung und Energieverteilung.

- Wärmeträgeranlagen, Dampferzeuger, Dampf und Kondensatsysteme, Druckluft, Kälteerzeugung, Kälte aus Abwärme, Wärmepumpen, Abwärmenutzung, Organic Rankine Cycle.

 

Übungen:

-Praktische Laborübungen an technischen Versuchsständen zur Energie- und Ressourceneffizienz sowie technischexperimentelle Projektarbeit

 

zu den Laborumdrucken ERE

Laboreinteilung ERE Labor

Kenntnis der Grundlagen der Mechanischen Verfahrenstechnik.

Anwendung dieser Grundlagen zur Berechnung von Prozessschritten der Mechanischen Verfahrenstechnik.

Fachunabhängige Kompetenz: Produktionsintegrierter Umweltschutz, Energie- und Ressourceneffizienz.

 

Mechanische Verfahrenstechnik I

· Beschreibung disperser Systeme

· Grundlagen der Stoffumwandlung durch Einwirkung mechanischer Kräfte

· Zerkleinern

· Fest/flüssig-Trennung

· Flüssig/flüssig-Trennung

Wahl der Beispiele insbesondere aus dem Bereich der Umwelttechnik und Energie- und Ressourceneffizienz

Mechanische Verfahrenstechnik I

· Verfahren zum Vereinigen von Stoffen

· Trennen von Feststoffen

· Durchströmte Schüttungen

· Fördern, Dosieren und Lagern von Schüttgütern

· Abscheidung aus Gasströmen

Wahl der Beispiele insbesondere aus dem Bereich der Umwelttechnik und Energie- und Ressourceneffizienz

Filtration

Filtration nennt man die Trennung einer Suspension in die Komponenten Filtrat und Filterkuchen mit Hilfe einer für das Filtrat durchlässigen Schicht (Filterschicht). Diese Filterschicht besteht aus dem Filtermittel (z.B. Filterpapier einschließlich Filterstütze) und der darüber sich bildenden Filterkuchenschicht, s. Bild 1. Der disperse Feststoff wird im Filterkuchen zurückgehalten. Das Filtrat
ist im Idealfall feststofffrei. Neben der beschriebenen Art der Kuchenfiltration gibt es grundsätzlich auch die Möglichkeiten der Tiefenfiltration und der Membranfiltration.weiter

Flotation

Die Flotation ist ein Trennprozess, bei dem sich Feststoffteilchen  in wässriger Suspension an eine zerteilte Trägerphase (Gasblasen, Öltropfen) anlagern und mit dieser nach oben steigen und damit aussortiert werden. Für die Flotation ist vor allem das selektive Ankoppeln der zu flotierenden Körner an Luftblasen in einer Suspension von Bedeutung. Da in der Regel verschiedene Kornsorten vorhanden sind, kommt es darauf an, die Kornoberfläche einer Kornsorte selektiv zu hydrophobieren (sie wasserabweisend zu machen), damit Luftblasen ankoppeln können. Wenn die so entstandenen Aggregate eine geringere Dichte als die Trübe haben, steigen sie an die Oberfläche und können mit dem Schaum abgeschöpft werden. Hydrophile Teilchen dagegen, die von einem fest adsorbierten Wasserfilm umgeben sind, verbleiben in der Trübe.weiter

Korngrößenanalyse

Die feineren Kornanteile eines Haufwerks sind für viele Bereiche der industriellen Verarbeitung von großer Bedeutung, z. B. für die Herstellung keramischer Produkte, in der Zementindustrie, bei der Farbenherstellung, der Schlämmaufbereitung oder Staubabscheidung.weiter

 

Film:

Sedimentation

Rühren

Eine Grundoperation der Mechanischen Verfahrenstechnik ist das Rühren, welches Mischvorgänge in Flüssigkeiten unter Verwendung von (meist rotierenden) Mischorganen behandelt. Das Einsatzgebiet von Rührwerken ist in allen Branchen der Prozessindustrie zu finden. Es umfasst somit Anwendungsgebiete wie chemische und pharmazeutische Industrie, Lebensmittelherstellung, Farbenherstellung, Abwasseraufbereitung, Rauchgasentschwefelung und Biotechnologie.weiter

 

Film:

Rühren-Rote Beete

Wirbelschicht

Haufwerke, bestehend aus partikelförmigen Feststoffen, werden mit einem Fluid durchströmt. Die Bereiche durchströmtes Festbett und Fließbett werden charakterisiert. Beim Fließbett können sich die Zustände homogene Wirbelschicht und stoßende Wirbelschicht ausbilden, siehe Bild 1.weiter

 

Film:

CFD -Simulation einer Wirbelschicht

Zirkulierendes Wirbelschichtbed

Wirbel Sand

Smarties

Zentrifugieren

Unter Zentrifugieren versteht man das Trennen von heterogenen Stoffgemischen in seine Komponenten infolge der in einem schnellumlaufenden Rotor wirkenden Zentrifugalkraft. Ein Teilchen der Masse mp, das auf einer Kreisbahn des Radius r mit der Winkelgeschwindigkeit rotiert, ist hierbei der Zentrifugalbeschleunigung ausgesetzt, die um ein Vielfaches größer ist als die Erdbeschleunigung. Die Zentrifugalbeschleunigung bewirkt eine von der Drehachse nach außen wirkende Zentrifugalkraft  die in Vollmantelzentrifugen (vollwandige Trommel). weiter

Zerkleinern

Unter dem Begriff Zerkleinerung versteht man das Zerteilen fester Stoffe unter Wirkung mechanischer Kräfte. Die Zerkleinerung kann z.B. durch Schlagen, Spalten, Reiben, Quetschen, Druck, Scherung, Prall erfolgen. Durch die Zerkleinerung erreicht man:weiter

 

Kugelmühle CFD

Kugelmühle Betrieb

Fachkompetenzen: Charakterisierung von Unit Operations bioverfahrenstechnischer Anlagen, Einstellung von Betriebspunkten und Optimierungen von Anlagen, Anlagenauslegung, Einsatz von Software. Fachübergreifende Kompetenzen:

Interdisziplinäres Arbeiten, rechnergestütztes Arbeiten beim Laborversuch und in der Auswertung, ergebnisorientiertes Arbeiten,projektbezogenes Arbeiten, Teamarbeit.

Inhalte:

· 1. Biologische Betriebssicherheit, Steriltechnik

· 2. Fermentationstechnik, Kinetik, Simulation, Monitoring

· 3. Up, Down Stream Processing

· 4. Resourcen-Engineering

· 5. Bionik

Die Studierenden besitzen Teamfähigkeit, können wissenschaftliche Berichte erstellen, ihre Ergebnisse präsentieren und erfolgreich im Rahmen eines Projektes interdisziplinär arbeiten.

Sie besitzen die Fähigkeit zum Planen, Durchführen, Auswerten und Bewerten experimenteller Untersuchungen zu ausgewählten energie- und verfahrenstechnischen Prozessen mit Schwerpunkt Erneuerbare Energien.

Die Veranstaltung vermittelt überwiegend: Fachkompetenz 20%, Methodenkompetenz 30%, Systemkompetenz 30% und Sozialkompetenz 20%.

In den Laboren werden Aufgaben aus unterschiedlichen Bereichen der Erneuerbaren Energietechnik und Verfahrenstechnik als Projekt (Teamarbeit möglich) bearbeitet. Ausgehend von einer vorgegebenen Aufgabenstellung ist bzw. sind selbständig.

· die Vorgehensweise zu planen,

· eine geeignete Versuchsapparatur auszuwählen und zu modifizieren bzw. aufzubauen,

· die Versuche durchzuführen und auszuwerten,

· gegebenenfalls Korrekturen an Apparatur oder Vorgehensweise vorzunehmen und Messungen zu wiederholen,

· Vergleichsdaten zu berechnen oder der Literatur zu entnehmen,

· ein Abschlussbericht zu der Aufgabenstellung zu erstellen und zu verteidigenund/oder einen Abschlussvortrag zu halten und zu verteidigen.