STUDIENFÜHRER VERFAHRENSTECHNIK - Aachener ...
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AACHENER <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
<strong>STUDIENFÜHRER</strong><br />
<strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
2010/2011<br />
www.avt.rwth-aachen.de
Herausgeber<br />
<strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik<br />
Redaktion und Layout<br />
Esther Gartz, Heiner Giese<br />
Druck<br />
Mainz Druck Aachen, Auflage 800<br />
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 1<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Grußwort 2<br />
2 Was ist Verfahrenstechnik? 3<br />
2.1 Definition ............................................. 3<br />
2.2 BerufsbilddesVerfahrensingenieurs ............................... 3<br />
3 Verfahrenstechnik in Aachen 5<br />
3.1 Die<strong>Aachener</strong>Verfahrenstechnik ................................. 5<br />
3.2 Forschungsschwerpunkteder<strong>Aachener</strong>Verfahrenstechnik ................... 5<br />
3.3 Studium der Verfahrenstechnik an der RWTH Aachen ...................... 6<br />
3.4 AVT-Bioverfahrenstechnik ................................... 7<br />
3.5 AVT - Chemische Verfahrenstechnik ............................... 9<br />
3.6 AVT - Mechanische Verfahrenstechnik .............................. 11<br />
3.7 AVT - Prozesstechnik ....................................... 13<br />
3.8 AVT - Thermische Verfahrenstechnik .............................. 15<br />
3.9 Lehrstuhl für Technische Thermodynamik . . .......................... 17<br />
3.10 Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung . .......................... 18<br />
4 Verfahrenstechnikstudium an der RWTH 19<br />
4.1 SchwerpunktVerfahrenstechnik ................................. 19<br />
4.1.1 Schwerpunkt Bioverfahrenstechnik . .......................... 19<br />
4.1.2 SchwerpunktChemischeVerfahrenstechnik....................... 20<br />
4.1.3 SchwerpunktEnergieverfahrenstechnik ......................... 20<br />
4.1.4 SchwerpunktMechanischeVerfahrenstechnik...................... 21<br />
4.1.5 SchwerpunktProzesstechnik............................... 21<br />
4.1.6 SchwerpunktThermischeVerfahrenstechnik ...................... 22<br />
4.1.7 SchwerpunktUmweltverfahrenstechnik......................... 22<br />
4.2 Studienpläne ........................................... 23<br />
4.2.1 Studienplan B.Sc./M.Sc ................................. 23<br />
4.2.2 Studienplan Diplom ................................... 24<br />
4.2.3 Studien–, Projekt–, Diplom–, Bachelor– und Masterarbeiten . ............. 24<br />
4.3 StudiumimAusland ....................................... 25<br />
4.4 Studentische Hilfskräfte ...................................... 26<br />
4.5 WeitereAngebotefürStudierende ................................ 26<br />
5 Alphabetischer Fächerkatalog 29<br />
6 Anhang 52<br />
7 Platz für persönliche Notizen 55<br />
8 Adressen 57
2 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
1 Zu dieser Broschüre<br />
Liebe Studierende!<br />
Sie stehen vor einer wichtigen Entscheidung: die Wahl Ihrer Vertiefungsrichtung bzw. Ihres Berufsfeldes. In<br />
dieser Broschüre wollen wir, die <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechniker, Ihnen die Verfahrenstechnik näher vorstellen.<br />
Der Studienführer soll Ihnen als Leitfaden für Ihr Studium an der RWTH dienen. Darüber hinaus möchten<br />
wir Ihnen Informationen mit an die Hand geben, was Verfahrenstechnik eigentlich ist. Auf den ersten Seiten<br />
dieser Broschüre geben wir einen Einblick in die vielfältigen Anwendungen der Verfahrenstechnik, in der<br />
die Kombinationen unterschiedlicher Bereiche aus Natur- und Ingenieurwissenschaften ein vielseitiges<br />
interdisiplinäres Berufsbild ermöglichen.<br />
In Kurzdarstellungen stellen sich die AVT-Lehrstühle mit ihrem Lehrangebot und den Forschungsschwerpunkten<br />
vor. Die Fülle an Vertiefungsfächern bietet Ihnen bei der Gestaltung Ihres Studium viele Freiräume in der<br />
Wahl und Kombination Ihrer Vertiefungsschwerpunkte.<br />
Im Rahmen Ihrer studienbegleitenden und/oder studienabschließenden Arbeiten laden wir Sie ein, aktiv<br />
in der aktuellen Forschung der <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik mitzuarbeiten. Zudem haben Sie im Rahmen<br />
unserer Austauschprogramme die Gelegenheit, einige Semester im Ausland zu studieren, oder dort Arbeiten<br />
anzufertigen. Bei Fragen jeder Art zum Studium der Verfahrenstechnik steht Ihnen die Studienberatung als<br />
Ansprechpartner zur Verfügung. Die Adressen und Lagepläne aller relevanten Einrichtungen finden Sie auf<br />
den letzten Seite dieser Broschüre.<br />
Ich freue mich – auch im Namen meiner Kollegen der <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik – Sie demnächst zur<br />
persönlichen Studienberatung und zum Studium der Verfahrenstechnik begrüßen zu dürfen.<br />
Aachen, im Mai 2010<br />
Prof. Dr.-Ing. Jochen Büchs
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 3<br />
2 Was ist Verfahrenstechnik?<br />
2.1 Definition<br />
Eine Umfrage innerhalb der Bevölkerung wird auf<br />
die Frage „Was ist Verfahrenstechnik” vermutlich<br />
keine klare und eindeutige Definition als Antwort<br />
ergeben. Diese Tatsache ist in erster Linie darauf<br />
zurückzuführen, dass Verfahrenstechnik kein Unterrichtsfach,<br />
wie Chemie, Physik oder Mathematik<br />
ist, das man aus der Schule kennen müsste.<br />
Aufgabe der Verfahrenstechnik ist die Stoffumwandlung.<br />
Hierbei werden natürlich verfügbare<br />
Ressourcen, aber auch Zwischen- und Abfallprodukte<br />
ebenso wie Agrarerzeugnisse verarbeitet.<br />
Die angewendeten Umwandlungsprozesse können<br />
chemischer oder biologischer Natur sein, am<br />
häufigsten sind jedoch physikalische Operationen,<br />
wie die Zerkleinerung oder die Stofftrennung<br />
z.B. durch Destillation. Die Verfahrenstechnik ist<br />
also eine fundamentale Produktionstechnik wie<br />
die Energietechnik (Energieumwandlung) oder<br />
die Fertigungstechnik (funktionale Formgebung):<br />
Verfahrenstechnik kümmert sich um stoffliche<br />
Umwandlungen. Dabei hat die Verfahrenstechnik<br />
so vielfältige Aufgaben zu lösen wie die Raffinierung<br />
von Rohöl, die Trinkwassergewinnung<br />
durch Meerwasserentsalzung, die Produktion von<br />
Pharmazeutika oder die Herstellung von Zucker aus<br />
Zuckerrüben.<br />
Wie kann nun eine einzelne Ingenieursdisziplin<br />
die technisch-wissenschaftliche Grundlage<br />
so verschiedenartiger Anwendungsgebiete sein?<br />
Grundlage der Verfahrenstechnik ist die Erkenntnis,<br />
dass sich die große Fülle der Herstellungsprozesse<br />
auf eine vergleichsweise geringe Zahl von sog.<br />
Grundoperationen zurückführen lässt. So ist beispielsweise<br />
die Filtration als Grundoperation bei der<br />
Herstellung von Bier (Abtrennung von Trübstoffen)<br />
ebenso zu finden wie bei der Abwasserreinigung<br />
(Abtrennung ausgefällter Schwermetalle) und bei<br />
der Herstellung von Textilfarben. Demnach sind<br />
Grundoperationen die Bausteine, aus denen der<br />
Verfahrensingenieur jeden Prozess aufbaut.<br />
Moderne Verfahrenstechnik beschränkt sich<br />
aber nicht nur auf die Sezierung von Prozessen in<br />
Grundoperationen sowie deren Beschreibung und<br />
Auslegung. Sie dringt auch immer tiefer in das<br />
Verständnis der stoffspezifischen Zusammenhänge<br />
ein und versucht gleichzeitig, Prozesse als Ganzes<br />
zu modellieren, zu steuern und zu optimieren. Auch<br />
das Zusammenspiel und die innovative Integration<br />
verschiedener Prozesse, die über Produkt- und Nebenproduktströme,<br />
über gemeinsame Infrastruktur,<br />
Produktionstechnik und Logistik verbunden sind, ist<br />
Aufgabe der Verfahrenstechnik. Weiterhin werden<br />
in zunehmendem Maße die Auswirkungen der<br />
Prozesse auf Mensch und Umwelt untersucht. Eine<br />
besondere Herausforderung stellt der Rohstoffwandel<br />
von fossilen zu nachhaltigen Rohstoffen dar.<br />
Auch die Problematik der Wasserverknappung ist<br />
im Blickpunkt der Verfahrenstechnik.<br />
Charakteristisch für die Verfahrenstechnik heute ist<br />
die enorm breite natur- und ingenieurwissenschaftliche<br />
Basis und die enge Verzahnung mit Disziplinen<br />
wie Informatik, physikalische Chemie, Thermodynamik,<br />
Werkstoff-, Regelungs-, Sicherheits-,<br />
Umwelt-, Medizintechnik und Biologie.<br />
2.2 Berufsbild des Verfahrensingenieurs<br />
Ebenso breit gefächert und vielfältig wie die Verfahrenstechnik<br />
selbst und ihre Kenntnisbasis ist auch<br />
das Berufsbild des Verfahrensingenieurs. Typische<br />
Aufgabenfelder und die Anteile der dort beschäftigten<br />
Verfahrensingenieure stellt Abb. 1 dar.<br />
Abbildung 1: Aufgabenfelder von Verfahrensingenieuren<br />
(VDI, 2006)<br />
Sie reichen von Forschung und Entwicklung über<br />
Planung, Bau und Betrieb von Apparaten und<br />
Anlagen bis zum beratenden Ingenieur, zur Anwendung<br />
oder Projektakquisition. Die Arbeitgeber<br />
des Verfahrensingenieurs sind längst nicht mehr
4 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
primär die chemisch-pharmazeutischen Konzerne,<br />
sondern in zunehmendem Maße Firmen des gesamten<br />
industriellen Sektors: Grundstoffindustrie,<br />
Lebensmittelindustrie, Energieversorger, Apparatebauer,<br />
ja sogar Firmen der Medizintechnik und<br />
der Auto- und Flugzeugindustrie stellen Verfahrenstechniker<br />
ein (Abb. 2). Hier wird eine besondere<br />
Stärke des Verfahrensingenieurs deutlich: Das<br />
Beherrschen der Grundoperationen zur stofflichen<br />
Umwandlung verleiht ihm eine hohe fachliche<br />
Flexibilität. Dies zusammen mit seinen fundierten<br />
natur- und ingenieurwissenschaftlichen Kenntnissen<br />
erlaubt es ihm, sich in eine Vielzahl von Problemen<br />
schnell einzudenken, Wissen zu transferieren und<br />
Problemlösungen zu erarbeiten. Dies sind heute<br />
mehr denn je dringend benötigte Qualitäten. Häufig<br />
sind Verfahrenstechniker daher auch in solchen<br />
Bereichen anzutreffen, die nicht zu den klassischen<br />
Betätigungsfeldern der Verfahrenstechnik gehören<br />
wie beispielsweise Hüttenkunde, Wasserwirtschaft,<br />
Kunststofftechnik, Bauingenieurwesen oder Unternehmensberatungen.<br />
Das Berufsbild des Verfahrenstechnikers unterliegt<br />
natürlich auch dem allgemeinen wirtschaftlichen<br />
Strukturwandel. Neue Technologien und<br />
Forschungsfelder schaffen Bedarf an Arbeitskräften.<br />
Aufgrund der oben beschriebenen breiten<br />
Wissensbasis der Verfahrenstechniker sind sie in<br />
vielen innovativen Feldern als Antriebsmotoren<br />
gefordert. Der VDI (Verein deutscher Ingenieure)<br />
nennt folgende Bereiche als besonders relevante<br />
Zukunftsthemen:<br />
• Schaffung von Herstellungsprozessen für neuartige<br />
Wirk-, Werk- und Farbstoffe sowie sonstige<br />
Chemikalien und Zwischenprodukte,<br />
• Biotechnik und Biomedizin im Gesundheitswesen,<br />
für die Landwirtschaft, den Umweltschutz<br />
und die Chemikalienherstellung,<br />
• Umweltschutz und Ressourcenschonung,<br />
• Entwicklung von systematischem Wissen als<br />
Grundlage neuer Verfahren (z.B. Simulation<br />
und Optimierung, Prozessführung, Prozesswissen<br />
statt Empirie).<br />
Die oben genannten Fakten und Prognosen lassen<br />
den Schluss zu, dass die Verfahrenstechnik aus<br />
Sicht des Arbeitsmarkts jetzt und dauerhaft sehr gute<br />
Chancen und Sicherheit bietet. Der VDI bestätigt,<br />
dass Verfahrenstechniker auch in Zukunft sehr<br />
gefragt sind (Renkel, persönliche Mitteilung vom<br />
25.5.2009). Soweit die guten Nachrichten! Natürlich<br />
müssen Sie auch das Ihre beitragen, um ein<br />
interessanter Bewerber zu werden und Ihre Chancen<br />
wahrzunehmen. Die folgenden Schlüsselqualifikationen<br />
sind dabei vor allem wichtig und stehen<br />
daher auch im Zentrum der Ausbildung:<br />
• Fachliche Kompetenz,<br />
• Fähigkeit zum interdisziplinären und kooperativen<br />
Arbeiten,<br />
• Kreativität und Mut für neue Wege und frisches<br />
Denken,<br />
• Kommunikative Fähigkeiten,<br />
• Denken in komplexen Zusammenhängen,<br />
• Ganzheitliche Betrachtungsweise.<br />
Die fachliche Kompetenz beinhaltet ein grundlagenorientiertes<br />
Basiswissen, das eher auf Breite als<br />
auf Spezialisierung angelegt ist. Wesentliche Gebiete<br />
sind solides Ingenieurwissen, die Naturwissenschaften,<br />
stoffliche Zusammenhänge, Bilanzierung<br />
sowie Wärme- und Stoffübergange, Prozesstechnik<br />
und praktische Erfahrung.<br />
Abbildung 2: Einsatzgebiete von Verfahrensingenieuren<br />
Werden diese grundsätzlichen Überlegungen bei der<br />
Gestaltung des Studiums berücksichtigt, steht einer<br />
erfolgreichen, spannenden und persönlich bereichernden<br />
Ingenieurlaufbahn in der Verfahrenstechnik<br />
nichts mehr im Wege!
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 5<br />
3 Verfahrenstechnik in Aachen<br />
3.1 Die <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik<br />
Die Historie der Verfahrenstechnik in Aachen reicht<br />
bis in das Jahr 1952 zurück, in welchem das „Forschungsinstitut<br />
Verfahrenstechnik” gegründet wurde.<br />
Die Expansion der Verfahrenstechnik als industrielle<br />
Disziplin hatte in den nachfolgenden Jahren<br />
auch eine starke Erweiterung der Forschungsaktivitäten<br />
des Instituts zur Folge. Bis 1972 beheimatete<br />
das Institut für Verfahrenstechnik den Lehrstuhl<br />
für Verfahrenstechnik I sowie die Lehr- und Forschungsgebiete<br />
für verfahrenstechnische Grenzgebiete<br />
und mathematische Methoden der Verfahrenstechnik.<br />
Der im Jahr 1972 gegründete Lehrstuhl für<br />
Verfahrenstechnik II ist 1992, im Zuge einer wesentlichen<br />
Umstrukturierung und Erweiterung der<br />
Verfahrenstechnik in Aachen, in den Lehrstuhl für<br />
Thermische Verfahrenstechnik umbenannt worden.<br />
Das Institut für Verfahrenstechnik umfasste ab diesem<br />
Jahr den Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik<br />
und das Lehr- und Forschungsgebiet Mechanische<br />
Verfahrenstechnik. Zudem wurden die Lehrstühle<br />
für Prozesstechnik und Bioverfahrenstechnik<br />
gegründet. Im Oktober 2007 beschlossen die nunmehr<br />
fünf Verfahrenstechnikprofessoren (Abb. 3),<br />
die organisatorische und strategische Zusammenführung<br />
ihrer Aktivitäten unter dem Dach der <strong>Aachener</strong><br />
Verfahrenstechnik - AVT. Die Forschung der AVT<br />
hat häufig interdisziplinären Charakter und Projekte<br />
werden oft in Kooperation mit internen sowie exter–<br />
nen Partnern aus Universitäten und Industrie bearbeitet.<br />
Diese enge wissenschaftliche Zusammenarbeit<br />
der RWTH-Institute kommt insbesondere durch<br />
das Excellenz-Cluster „Tailor Made Fuels from Biomass”<br />
zum Ausdruck, in dem lehrstuhl– und fakultätsübergreifend<br />
gearbeitet wird. Neben Aufgaben in<br />
der Forschung nimmt die AVT aber auch die Aufgabe<br />
der Ausbildung junger Verfahrensingenieure<br />
wahr. Die AVT bietet Workshops und Tagungen zur<br />
Fortbildung und als Plattformen für den Informationsaustausch<br />
für externe Partner und Kunden aus<br />
der Industrie an. Darüber hinaus wird in der AVT<br />
eine breite Palette von Dienstleistungen vom Experiment<br />
bis zur Simulation angeboten. Zur Zeit beschäftigt<br />
die AVT ca. 150 Mitarbeiter, davon ca. 100<br />
Doktoranden der Ingenieur- und Naturwissenschaften.<br />
Teil der AVT sind weiterhin mechanische und<br />
elektrotechnische Werkstätten sowie diverse analytische<br />
Labore.<br />
3.2 Forschungsschwerpunkte der <strong>Aachener</strong><br />
Verfahrenstechnik<br />
In naher Zukunft sind aufgrund der Verknappung<br />
der natürlich vorkommenden Ressourcen Öl, Gas<br />
und Wasser große globale Herausforderungen durch<br />
den Menschen und insbesondere von der Verfahrenstechnik<br />
zu bewältigen. In der verfahrenstechnischen<br />
Produktion wird entsprechend ein Rohstoffwandel<br />
von derzeit als klassisch bezeichneten, vorzugsweise<br />
fossilen, Ausgangsstoffen hin zu biogenen Stoffen<br />
eintreten. Biogene Rohstoffe bedingen die Entwick–<br />
Abbildung 3: Die Professoren der <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik
6 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
lung einer gänzlich neuen Verfahrenstechnik, die<br />
anders als heutzutage etablierte Verfahren mit verschiedensten<br />
Gegebenheiten wie z.B. höheren Viskositäten,<br />
schwankenden Rohstoffqualitäten und höherer<br />
Bandbreite an Einsatzstoffen umgehen muss<br />
(Abb. 4).<br />
Abbildung 4: Zukünftige Herausforderungen der<br />
Verfahrenstechnik<br />
Derzeit besitzen die fünf Lehrstühle der AVT eine<br />
ausgewiesene Expertise in unterschiedlichen Gebieten<br />
der Verfahrenstechnik auf (Abb. 3). Zukünftig<br />
werden die Forschungsaktivitäten entsprechend den<br />
bevorstehenden globalen Herausforderungen „Rohstoffwandel”<br />
und „Wasserverknappung” auf die<br />
Schwerpunkte nachwachsende Rohstoffe und Wassertechnologien<br />
systematisch ausgebaut. Die bestehenden<br />
Kompetenzen werden vor diesem Hintergrund<br />
optimal in neue, interdisziplinäre, stark mit<br />
den Naturwissenschaften und innerhalb der AVT<br />
verzahnte Projekte eingebracht und verstärkt werden.<br />
Abbildung 5: Innovativer Ansatz des Exzellenzclusters<br />
„Tailor Made Fuels from Biomass” zur Generierung<br />
von Biotreibstoffen 3. Generation.<br />
Ein wichtiges gemeinsames Forschungsvorhaben<br />
„Tailor Made Fuels from Biomass”, das deutlich<br />
über die AVT hinausgeht, behandelt schon heute diese<br />
Themen von morgen (Abb. 5, www.fuelcenter.<br />
rwth-aachen.de). Zusammen mit Verbrennungsspezialisten<br />
bei der Motorenentwicklung und Chemikern<br />
wird am maßgeschneiderten Kraftstoff der<br />
Zukunft aus biogenen Rohstoffen geforscht. Dabei<br />
soll entgegen der heute schon erhältlichen Kraftstoffe<br />
aus Ölpflanzen (Biodiesel) oder Zuckerrohr<br />
(Bioethanol), Kraftstoff aus Pflanzen außerhalb der<br />
menschlichen Nahrungskette, z. B. cellulosehaltige<br />
oder hölzerne Reststoffe, gewonnen werden. Hier<br />
sind kreative Lösungen gefragt, um die ambitionierten<br />
Ziele zu erreichen.<br />
3.3 Studium der Verfahrenstechnik an der<br />
RWTH Aachen<br />
Der bisherige Diplomstudiengang Maschinenbau<br />
beinhaltet die Vertiefungsrichtung Verfahrenstechnik<br />
im Hauptstudium. Seit dem WS 2007/08<br />
wird der auslaufende Diplomstudiengang vom<br />
Bachelor- bzw. Masterstudiengang abgelöst. In den<br />
ersten vier Semestern des Bachelorstudienganges<br />
sind die Studieninhalte durch klassische Grundlagenvorlesungen<br />
wie Mathematik, Mechanik und<br />
Thermodynamik oder Maschinenelemente geprägt.<br />
Ab dem fünften Semester können Sie dann das<br />
Berufsfeld Verfahrenstechnik vertiefen. Bis zum<br />
Abschluss als Bachelor werden grundlagenorientierte<br />
Vorlesungen zu Grundoperationen aus<br />
der chemischen, thermischen, mechanischen und<br />
biologischen Verfahrenstechnik sowie Seminarund<br />
Projektveranstaltungen z.B. zur verfahrenstechnischen<br />
Produktentwicklung angeboten. Dieser<br />
erste Studienabschnitt wird durch Praktika in der<br />
Industrie abgerundet und mit der Bachelorbeit<br />
abgeschlossen.<br />
Das Masterprogramm stellt dann die weitergehende<br />
Ausbildung zum Verfahrensingenieur dar.<br />
Die Themen der Grundvorlesungen werden aufgegriffen<br />
und tiefergehend behandelt und um weitere<br />
Themengebiete und Spezialisierungen erweitert.<br />
Besonders durch Wahlvorlesungen zu ausgewählten<br />
Themen kann dann jeder Studierende seinen<br />
persönlichen Schwerpunkt legen. Zusätzlich zu<br />
normalen Vorlesungen haben Sie die Möglichkeit<br />
Projektmanagement und Teamarbeit im Rahmen<br />
der Branntwein AG zu erlernen, Vorlesungen in<br />
englischer Sprache zu besuchen und Ihre kommunikativen<br />
Fähigkeiten in seminaristischen Vorlesungen<br />
zu entwickeln und zu trainieren.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 7<br />
3.4 AVT - Bioverfahrenstechnik<br />
Der Bereich Bioverfahrenstechnik besteht seit Ende<br />
1996. Die räumliche Nähe des Lehrstuhls zu den<br />
naturwissenschaftlichen Disziplinen Biologie (Medizin)<br />
und Technische Chemie, sowie die Eingliederung<br />
in den Fachbereich Verfahrenstechnik schaffen<br />
eine ideale Basis für interdisziplinäres Arbeiten. Neben<br />
der Mitgliedschaft des Lehrstuhls in der Fakultät<br />
für Maschinenwesen besitzen wir einen Gastmitgliedstatus<br />
in der Fakultät für Mathematik, Informatik<br />
und Naturwissenschaften.<br />
Der Lehrstuhlleiter Prof. Büchs hat knapp neun<br />
Jahre in der biotechnologischen Forschung bei der<br />
BASF gearbeitet und unterhält gute Beziehungen zu<br />
japanischen Forschungsinstituten, wie z.B. der Tokyo<br />
Universität und dem „Institute of Physical and<br />
Chemical Research” (RIKEN).<br />
Was ist Bioverfahrenstechnik?<br />
Ziel der Bioverfahrenstechnik ist die verfahrenstechnische<br />
Beschreibung, Auslegung und Optimierung<br />
biologischer Methoden, Prozesse und Apparate. Sie<br />
umfasst die Gebiete Verfahrenstechnik der Stoffgewinnung<br />
(Nährmedienvorbereitung, Stoffumwandlung,<br />
Produktisolierung) und des Umweltschutzes<br />
(Abwasser, Abluft, Boden). Beide Gebiete haben gemeinsam,<br />
dass eine Stoffumwandlung auf biologischem<br />
Wege geschieht. Während bei der Stoffgewinnung<br />
Wertstoffe hergestellt werden, ist das Ziel<br />
beim Umweltschutz der Abbau von Schadstoffen<br />
oder deren Umwandlung in umweltverträgliche Substanzen.<br />
Abb. 6 verdeutlicht die Schnittstellen der Ingenieurwissenschaft<br />
Bioverfahrenstechnik zu den verwandten<br />
Fachdisziplinen Biologie (Medizin) und Chemie.<br />
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jochen Büchs<br />
Mitarbeiter: 21 wissenschaftliche<br />
6 nichtwissenschaftliche<br />
2Azubis<br />
20 studentische Hilfskräfte<br />
Adresse: Worringerweg 1, Sammelbau Biologie,<br />
52074 Aachen<br />
Telefon: 0241/80-25546<br />
Homepage: www.avt.rwth-aachen.de<br />
Bioverfahrenstechnik<br />
Biologie<br />
(Medizin)<br />
Biochemie<br />
Biotechnologie<br />
Ingenieurwissenschaft<br />
Chemie<br />
Technische<br />
Chemie<br />
Chemische<br />
VT<br />
Abbildung 6: Fachdisziplinen der Biotechnologie<br />
Die Bioverfahrenstechnik bildet hierbei die Schnittmenge<br />
der Ingenieurwissenschaften mit der Biologie<br />
(Medizin). Die Biologie beschäftigt sich mit<br />
den gravimetrisch quantifizierbaren Nährstoffen und<br />
dem Mikroorganismus an sich. Für einen erfolgreichen<br />
Bioprozess sind jedoch zusätzlich verfahrenstechnische<br />
Aspekte beizusteuern. Dies sind solche<br />
Größen, die nur durch Bilanzierung, Berücksichtigung<br />
von Stofftransportvorgängen und Modellierung<br />
zugänglich sind. Dazu gehören z.B. die Sauerstoffzufuhr,<br />
die Kohlendioxidentfernung, die Bestimmung<br />
der hydromechanischen Belastung von<br />
Mikroorganismen und die Berechnung der notwendigen<br />
Wärmeabfuhr.<br />
Zu den biotechnologischen Stoffumwandlungen gehören<br />
sowohl die komplexen Biosynthesen bei Fermentationsprozessen,<br />
als auch Biotransformationen<br />
mit Mikroorganismen oder Enzymen, bei denen nur<br />
eine relativ einfache Stoffumwandlung erfolgt. Bei<br />
Fermentationsprozessen kommen Mikroorganismen<br />
und zunehmend auch tierische und pflanzliche Zell–
8 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
oder Gewebe–Kulturen zum Einsatz. Die Zukunft<br />
gehört der Anwendung gentechnisch veränderter Organismen<br />
und Zellen. Ein wichtiges Aufgabenfeld<br />
besteht in der Übertragung der in Schüttelreaktoren<br />
(Schüttelkolben, Reagenzgläser, Mikrotiterplatten)<br />
ermittelten Ergebnisse in Laborfermenter und<br />
schließlich in technische Maßstäbe. Die Biotechnologie<br />
ist eine der sich am schnellsten entwickelnden<br />
Zukunftsbranchen. Die Feinchemikalienproduktion,<br />
die Pflanzenschutz- und vor allem die Pharmaindustrie<br />
werden in den nächsten Jahren einen enormen<br />
Innovationsschub durch die Biotechnologie erfahren.<br />
Forschungsschwerpunkte<br />
Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik beschäftigt<br />
sich hauptsächlich mit der biotechnologischen<br />
Wertproduktherstellung. Nur mit untergeordneter<br />
Priorität werden umwelt– oder aufarbeitungstechnische<br />
Fragestellungen behandelt. Im Mittelpunkt<br />
der Forschungstätigkeit steht die Entwicklung neuer<br />
Methoden und Apparate für eine effiziente Bioprozessentwicklung.<br />
Es wird jedoch keine eigene<br />
Mikrobiologie beforscht, sondern die am Lehrstuhl<br />
entwickelten bioverfahrenstechnischen Methoden<br />
und Apparate werden in zahlreichen Kooperationen<br />
mit Biologen anderer Lehrstühle oder der Industrie<br />
in mikrobiellen Kultursystemen etabliert. Folgende<br />
Forschungsgebiete werden augenblicklich schwerpunktmäßig<br />
bearbeitet:<br />
1. Schüttelreaktorsysteme<br />
In den ersten Screening–Stufen biotechnologischer<br />
Entwicklungsarbeit werden in sehr großer Zahl<br />
Schüttelreaktoren (Erlenmayerkolben, Reagenzgläser<br />
und Mikrotiterplatten) eingesetzt, da hier sehr<br />
viele Versuche parallel und in kurzer Zeit durchgeführt<br />
werden müssen. Zur Zeit wird die Laborautomation<br />
mit Hilfe von Robotern aktiv vorangetrieben.<br />
Schüttelreaktoren sind aber bisher verfahrenstechnisch<br />
kaum erforscht und die Mess– und Analysemöglichkeiten<br />
sind im Gegensatz zu der Einsatzhäufigkeit<br />
und der Bedeutung von geschüttelten Bioreaktoren<br />
unterentwickelt. Da hiermit jedoch ganz<br />
entscheidende Selektionen und Weichenstellungen<br />
vorgenommen werden, muss sichergestellt werden,<br />
dass mögliche Limitierungen vermieden und konsistente<br />
experimentelle Bedingungen garantiert werden<br />
können. Auf diesem Forschungsgebiet nehmen wir<br />
zurzeit eine weltweit führende Stellung ein.<br />
2. Fermentations– und Reaktortechnik<br />
In diesem Forschungsbereich werden reaktor– und<br />
regelungstechnische Fragestellungen zur biotechnologischen<br />
Wertproduktherstellung bearbeitet. Im<br />
Mittelpunkt stehen hier Stofftransportphänomene<br />
sowie die Bilanzierung, Regelung und modellmäßige<br />
Beschreibung von Fermentations– und Biotransformationsprozessen.<br />
Abbildung 7: 50 Liter Bioreaktor. Optional<br />
mit Hochdruck für Fermentationen mit<br />
erhöhtem Sauerstoffeintrag.<br />
3. Tailor-Made Fuels from Biomass<br />
Als Teilprojekte des Exzellenz-Cluster Tailor-Made<br />
Fuels from Biomass wird an der BioVT die enzymatische<br />
Hydrolyse von Cellulose mechanistisch<br />
charakterisiert. Dabei werden ionische Flüssigkeiten<br />
als neuartige Lösungsmittel für Cellulose und Hemicellulose<br />
eingesetzt. Mittels online Messverfahren,<br />
wie Lichtstreuung und Fluoreszenz, wird der<br />
Auflösevorgang sowie die enzymatische Reaktion,<br />
unter der Verwendung von Hochdurchsatzmethoden<br />
im µL-Maßstab getestet. Bei der Depolymerisierung<br />
von Cellulose arbeiten verschiedene Enzyme simultan<br />
zusammen. Ziel ist es, die Mechanismen und Kinetiken<br />
der einzelnen Enzyme sowie deren Gesamtheit<br />
zu verstehen, um das System und die synergistischen<br />
Effekte zu optimieren. Dabei kommen innovative<br />
analytische Methoden, wie Gelpermeationschromatographie<br />
in Kombination mit Lichtstreudetektion<br />
zum Einsatz. Dies ermöglicht Veränderungen<br />
in der Molmassenverteilung der Cellulose im<br />
Laufe der Hydrolyse zu verfolgen und die enzymatische<br />
Hydrolysereaktion durch den Einsatz von Populationsbilanzen<br />
mechanistisch zu beschreiben.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 9<br />
3.5 AVT - Chemische Verfahrenstechnik<br />
Der Lehrstuhl für chemische Verfahrenstechnik hat<br />
im letzten Jahr Verstärkung durch Prof. Matthias<br />
Wessling erhalten, der ab Ende 2010 die<br />
Lehrstuhlleitung von Prof. Melin übernehmen<br />
wird. Matthias Wessling wurde 2009 der höchstdotierte<br />
deutsche Forschungspreis, der Alexandervon-Humboldt-Preis,<br />
verliehen und die AVT ist stolz<br />
einen so herausragenden Wissenschaftler gewinnen<br />
zu können. Für die <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik ist<br />
diese Humboldt-Professur ebenfalls eine besondere<br />
Auszeichnung und wir freuen uns den Studenten der<br />
Verfahrenstechnik damit auch in Zukunft exzellente<br />
Lehre und Forschung bieten zu können.<br />
Thematische Schwerpunkte<br />
Membrantechnik, chemische Reaktionstechnik und<br />
Umweltschutztechnik sowie die dazu notwendigen<br />
Grundlagen in den Bereichen Stofftransport,<br />
Strömungstechnik und physikalischer Chemie stellen<br />
die Schwerpunkte der Forschungsarbeiten dar,<br />
die am besten unter dem Generalthema „Prozess-<br />
Intensivierung” zusammenfasst werden können. Das<br />
Ziel sind effizientere, intelligentere und kompaktere<br />
Apparate und Verfahren. Dazu notwendig ist<br />
ein interdisziplinäres Vorgehen, die Nutzung neuer<br />
Werkstoffe, Werkzeuge und Konzepte. Beispiele<br />
sind Membran– und Mikroreaktoren sowie Hybridverfahren<br />
wie die Pervaporation/Destillation, bei<br />
denen es durch Verfahrenskombination gelingt, die<br />
Schwächen der Einzelverfahren (teure Feinreinigung/Versagen<br />
bei Azeotropen) zu überwinden. Beispielhaft<br />
für neuere Werkzeuge sei die molekulare<br />
Modellierung genannt, mit Hilfe derer die Vorgänge<br />
auf molekularer Ebene analysiert und zur Bestimmung<br />
thermodynamischer und kinetischer Parameter<br />
genutzt werden können. Forschung der chemi-<br />
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Thomas Melin<br />
Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling<br />
Mitarbeiter: 27 wissenschaftliche<br />
14 nichtwissenschaftliche (mit MVT)<br />
2 Azubis<br />
34 studentische Hilfskräfte<br />
Adresse: Turmstraße 46, 52064 Aachen<br />
Telefon: 0241/80-95470<br />
Homepage: www.avt.rwth-aachen.de<br />
schen Verfahrenstechnik zielt dabei auf die direkte<br />
technische Realisierung und ist gekennzeichnet<br />
durch eine große Anwendungsnähe. Dies erfordert<br />
eine enge Zusammenarbeit sowie starken Informationsaustausch<br />
mit industriellen Partnern. Der Lehrstuhl<br />
für chemische Verfahrenstechnik ist deshalb an<br />
zahlreichen öffentlich geförderten Forschungsprojekten<br />
auf Landes, Bundes-, und EU-Ebene mit starker<br />
Industriebeteiligung als Koordinator bzw. Partner<br />
beteiligt.<br />
Membrantechnik<br />
Zentrales Forschungsthema des Lehrstuhls für chemische<br />
Verfahrenstechnik ist die Membrantechnik.<br />
Membranen haben sich in unserem Alltag längst in<br />
Funktionskleidung wie Jacken oder Schuhen etabliert.<br />
Aus Sicht eines Verfahrenstechnikers bietet<br />
ihre Verwendung in der Wasseraufbereitung, Medizintechnik,<br />
der chemischen Industrie und der Energietechnik<br />
jedoch einen viel größeren Markt und<br />
interessantere Anwendungsmöglichkeiten. Ein Ziel<br />
unserer Forschung ist es etablierte Membranverfahren<br />
wie z.B. die Umkehrosmose, die bei der Meerwasserentsalzung<br />
eingesetzt wird, kontinuierlich zu<br />
optimieren. Um neue Membranen in technische<br />
Prozesse integrieren zu können, werden am Lehrstuhl<br />
neue Membranmodule unter Berücksichtigung<br />
von Stofftransportphänomenen und Strömungsbedingungen<br />
entwickelt sowie neue Betriebsarten untersucht.<br />
Oftmals setzten wir dabei neben den experimenteller<br />
Untersuchungen Simulationswerkzeuge<br />
wie numerische Strömungssimulation ein.<br />
Die hinzugewonnene Kompetenz von Prof. Wessling<br />
im Gebiet der Membranherstellung bietet zukünftig<br />
ein weiteres interessantes Forschungsfeld, das die
10 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
bestehenden Forschungsaktivitäten optimal ergänzt.<br />
Die Expertise des Instituts im Bereich der Membrantechnik<br />
spiegelt sich auch im 2007 publizierten Buch<br />
Membranverfahren wieder.<br />
Abbildung 8: Querschnitt einer<br />
Hohlfasermembran<br />
Chemische Reaktionstechnik<br />
Am Lehrstuhl wird derzeit die Eignung ionischer<br />
Flüssigkeiten als Reaktionsmedium innerhalb eines<br />
interdisziplinären Projekt zum Thema Membranreaktor<br />
untersucht. Mit Hilfe eines Mikro-<br />
Rohrbündelreaktors auf Membranbasis wird die Ermittlung<br />
intrinsischer Reaktionskinetiken erforscht.<br />
Desweiteren laufen Arbeiten zur mobilen und stationären<br />
Brennstoffzellentechnik.<br />
Umweltschutztechnik (UWS)<br />
Der Umweltschutzmarkt befindet sich in einem<br />
Wandel, der auch auf die Forschungsschwerpunkte<br />
des Lehrstuhls Auswirkungen hat. Umweltschutz<br />
wird primär da nachgefragt, wo durch Wertstoffoder<br />
Prozesswasserrückführung ökonomische Vorteile<br />
erzielt werden können. Statt durch nachgeschaltete<br />
UWS-Technik wird durch Prozessverbesserungen<br />
(produktionsintegrierter UWS) versucht,<br />
Emissionen zu mindern. Im Gegensatz zum restlichen<br />
Umweltschutzsektor stellen neue Techniken<br />
der Partikelrückhaltung in feststoffarmen Strömen<br />
(Wasserversorgung, Kläranlagenabläufe, Kühlwässer)<br />
ein Gebiet mit starkem Wachstum dar, in dem<br />
wir durch Pionierarbeit (Entwicklung von Modulen,<br />
Betriebs– und Reinigungstechniken) vertreten sind.<br />
Methodische Schwerpunkte<br />
Experimentelle Untersuchungen werden auch in Zukunft<br />
die Basis unserer Forschungsarbeit sein. Die<br />
gute Ausstattung in Halle, Werkstatt und chemischem<br />
Labor bietet dafür hervorragende Voraussetzungen.<br />
Eine sinnvolle Ergänzung zu experimentellen<br />
Arbeiten bieten Berechnungswerkzeuge, wie<br />
z.B. numerische Strömungsberechnung, Prozesssimulation<br />
und molekulare Modellierung. In verstärktem<br />
Maße wird dabei mit Nachbarlehrstühlen, Forschungsinstituten<br />
und Industrie kooperiert.<br />
Studien– und Diplomarbeiten<br />
In allen Projekten, auch in denen mit industrieller<br />
Förderung, sind Studien- und Diplomarbeiter an vorderster<br />
Front beteiligt. Wir bemühen uns, ein breitgefächertes<br />
Angebot an Themen zu offerieren, das<br />
von der Konzipierung neuer Versuchsanlagen über<br />
Arbeiten bei Anwendern vor Ort bis zur Entwicklung<br />
von Berechnungsverfahren oder zur Anwendung<br />
von Strömungssimulationswerkzeugen reicht.<br />
Wollen Sie lieber eine Elektrodialysezelle im Labormaßstab<br />
für die Anwendung in der Medizintechnik<br />
konzipieren oder Versuche am weltgrößten<br />
Membran-Bioreaktor durchführen? Die dabei gewonnene<br />
Vielseitigkeit, Praxisnähe und Selbstständigkeit<br />
sind für Sie wichtige Voraussetzungen für eine<br />
erfolgreiche Berufsausübung. Das gilt natürlich<br />
in verstärktem Maße auch für unsere Doktoranden,<br />
bei denen sich integrierte mehrmonatige Auslandsaufenthalte<br />
(zuletzt USA, Canada, Australien) zunehmender<br />
Beliebtheit erfreuen.<br />
Abbildung 9: Versuchsstand zur Gastrennung<br />
mit Membranverfahren<br />
Tagungen und Kongresse<br />
Konferenzveranstaltungen wie das <strong>Aachener</strong> Membrankolloquium<br />
(AMK) und die gemeinsam mit<br />
dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft durchgeführte<br />
<strong>Aachener</strong> Tagung Wasser und Membranen<br />
(AWM) verschaffen der Chemischen Verfahrenstechnik<br />
auch internationales Ansehen und fördern<br />
den Dialog und wissenschaftlichen Austausch<br />
mit Forschungseinrichtungen und industriellen Anwendern<br />
im In– und Ausland.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 11<br />
3.6 AVT - Mechanische Verfahrenstechnik<br />
Die mechanische Verfahrenstechnik ist seit 1995<br />
eine eigenständige Einrichtung der <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik.<br />
Forschungsschwerpunkte<br />
In der Arbeitsgruppe werden schwerpunktmäßig<br />
komplexe, meist mehrphasige, Strömungsvorgänge<br />
in verschiedenen verfahrenstechnischen Apparaten<br />
untersucht. Dabei werden die realen Verhältnisse<br />
anhand von Experimenten und numerischen Simulationen<br />
analysiert mit dem Ziel, die auftretenden<br />
Phänomene grundsätzlich zu verstehen. Beispiele<br />
hierfür sind Untersuchungen zum Stofftransport in<br />
Rieselfilmen und zum Zerfall von freien Flüssigkeitsstrahlen<br />
in einzelne Tropfen.<br />
Ein besonderer Arbeitsschwerpunkt ist die Rheologie,<br />
die Lehre vom Fließverhalten deformierbarer<br />
Stoffe. In Zusammenarbeit mit Prof. Schümmer<br />
werden hier grundlagen– und anwendungsorientierte<br />
Untersuchungen zum Fließverhalten komplexer<br />
Stoffe wie z.B. teilerstarrter Metalllegierungen, rußgefüllter<br />
Kautschuke oder Polyelektrolytlösungen<br />
durchgeführt.<br />
Ein weiterer Arbeitsbereich ist die Untersuchung<br />
von Prozessen aus der Hochtemperaturverfahrenstechnik,<br />
beispielsweise die Abtrennung von<br />
Sauerstoff aus Luft mit einer Hochtemperatur-<br />
Membrananlage, Verbrennungsprozesse für Biomasse<br />
oder die Zementherstellung.<br />
Eine besondere Rolle nimmt die biosolare Wasserstoffproduktion<br />
ein; ausgehend von der apparativen<br />
Gestaltung des Bioreaktors sind hier mittlerweile<br />
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Michael Modigell<br />
Mitarbeiter: 11 wissenschaftliche<br />
3,5 nichtwissenschaftliche (mit CVT)<br />
20 studentische Hilfskräfte<br />
Adresse: Turmstraße 46, 52064 Aachen<br />
Telefon: 0241/80-95159<br />
Homepage: www.avt.rwth-aachen.de<br />
alle Schritte des Prozesses Gegenstand der Untersuchungen,<br />
die gemeinsam mit Biotechnologen durchgeführt<br />
werden.<br />
1. Luftzerlegung mit Hochtemp.-Membrananlagen<br />
Mit fossilen Bennstoffen befeuerte Kraftwerke emittieren<br />
erhebliche Mengen des Treibhausgases CO2<br />
in die Atmosphäre. Um diese Emissionen zu verhindern,kanndasCO2<br />
aus dem Rauchgas abgeschieden<br />
und anschließend deponiert werden. Die Abscheidung<br />
ist dabei umso effizienter, je höher der CO2-<br />
Gehalt im Rauchgas ist. Wird ein Verbrennungsprozess<br />
mit reinem Sauerstoff betrieben, besteht das<br />
Abgas nahezu vollständig aus CO2 und kann ohne<br />
weitere Abscheidung direkt deponiert werden.<br />
Rezirkuliertes<br />
Abgas<br />
Heißgasgebläse<br />
Luftverdichter<br />
CO 2 zur<br />
Deponierung<br />
Luft<br />
Heißgasreinigung<br />
Kohle<br />
Luftzerlegung<br />
Abbildung 10: OXYCOAL-AC-Prozess<br />
Brennkammer<br />
Stickstoffturbine<br />
Die MVT ist am Verbundprojekt OXYCOAL–<br />
AC beteiligt, innerhalb dessen ein solcher Kraftwerksprozess<br />
entwickelt wird. Der benötigte reine<br />
Sauerstoff soll hierbei mit einer keramischen
12 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Hochtemperatur-Membran aus der Luft abgetrennt<br />
werden. In der MVT werden dazu verschiedene<br />
Membranmaterialien hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit<br />
für Sauerstoff vermessen und zu einem Modul<br />
kombiniert, das in einer Versuchsanlage eingesetzt<br />
werden soll.<br />
2. Rheologie teilerstarrter metallischer Legierungen<br />
Im Vergleich zu konventionellen Formgebungsverfahren<br />
wie Gießen und Schmieden werden beim<br />
Sonderformgebungsverfahren „Thixoforming” Legierungen<br />
im teilerstarrten Zustand verarbeitet. In<br />
diesem Zustand ist das Material teils flüssig, teils<br />
fest und besitzt daher außergewöhnliche Fließeigenschaften,<br />
die die Herstellung komplexer Bauteilgeometrien<br />
(z.B. in der Automobilindustrie) ermöglicht.<br />
Abbildung 11: Formfüllversuche<br />
Diese Fließeigenschaften werden in der MVT untersucht<br />
und modelliert. Dazu werden in interdisziplinärer<br />
Zusammenarbeit mit anderen Instituten<br />
Hochtemperatur–Rheometer entwickelt, die die Viskositätsmessung<br />
bei Temperaturen bis 1500 ◦ Cermöglichen.<br />
Das entwickelte mathematische Stoffmodell<br />
wird in kommerzielle Software implemen-<br />
tiert und zur numerischen Simulation der Strömungsvorgänge<br />
beim Thixoformingprozess verwendet.<br />
3. Analyse und Simulation von Hochtemperaturprozessen<br />
Im Allgemeinen sind die chemischen Verhältnisse<br />
bei Hochtemperaturprozessen sehr komplex, weil<br />
umfangreiche Stoffsysteme betrachtet werden müssen.<br />
Da aber chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen<br />
sehr schnell ablaufen, kann man in vielen<br />
Fällen davon ausgehen, dass sich lokal thermochemische<br />
Gleichgewichte einstellen. Abweichungen<br />
hiervon ergeben sich insbesondere bei Prozessen<br />
mit mehrphasigen Reaktionsgemischen. Am Beispiel<br />
des LD–Konverter–Prozesses zur Stahlerzeugung<br />
wurde eine Methodik entwickelt, mit der solche<br />
Phänomene erfasst werden können. Hierbei<br />
wird der Reaktor in Teilräume zerlegt, zwischen<br />
denen Stoff– und Energieaustausch stattfindet. In<br />
diesen Teilräumen werden die chemischen Verhältnisse<br />
über das sich einstellende thermochemische<br />
Gleichgewicht berechnet. Die Methodik wird auch<br />
erfolgreich auf den Zement-Herstellungsprozess und<br />
Biomasse-Feuerungsanlagen angewandt.<br />
4. Biosolare Wasserstoffproduktion<br />
Bei Sonneneinstrahlung produzieren Purpurbakterien<br />
Wasserstoff aus Wasser und organischen Substraten.<br />
Ziel der Arbeiten in der MVT ist die Entwicklung<br />
eines geeigneten Reaktor– und Prozesskonzeptes<br />
um diesen Effekt technisch zur Wasserstoffgewinnung<br />
zu nutzen. Ein Aspekt dieser Arbeiten ist<br />
die Untersuchung der Prozessbedingungen bei verschiedenen<br />
Substraten. Die Experimente hierzu werden<br />
sowohl im Labor als auch am Freilandreaktor<br />
durchgeführt. Der zweite Aspekt ist die Optimierung<br />
der Gestaltung dieses Reaktors durch hydrodynamische<br />
Experimente und numerische Simulation.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 13<br />
3.7 AVT - Prozesstechnik<br />
Der Lehrstuhl für Prozesstechnik wurde nach einer<br />
gemeinsamen Initiative der Bayer AG und der<br />
RWTH Aachen am 1. November 1992 gegründet,<br />
um einerseits die <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik zu<br />
verstärken, andererseits aber auch die bundesweit<br />
geringe Ausbildungskapazität in diesem Bereich zu<br />
vergrößern. Nach abgeschlossener Aufbauphase hat<br />
sich der Lehrstuhl für Prozesstechnik als ein international<br />
angesehener Forschungspartner in Industrie<br />
und Wissenschaft etablieren können.<br />
Prozesstechnik – Disziplin mit Zukunft<br />
Als ein Teilgebiet der Verfahrenstechnik werden in<br />
der Prozesstechnik Produktionsprozesse ganzheitlich<br />
entwickelt, betrieben, analysiert und verbessert.<br />
Dabei sind verschiedene, oft sogar widersprüchliche<br />
Kriterien, wie beispielsweise Wirtschaftlichkeit,<br />
Flexibilität und Sicherheit abzuwägen und im Sinne<br />
eines Kompromisses zu einem Optimum zu führen.<br />
Diese Zielsetzung erfordert eine problemübergreifende<br />
Behandlung, wo heute oft noch isolierte<br />
Aufgabenstellungen betrachtet werden. So reicht es<br />
zum Beispiel nicht aus, die einzelnen Teilschritte eines<br />
Produktionsprozesses oder ein bestimmtes Produkt<br />
für sich zu optimieren. Werden die Wechselwirkungen<br />
mit den vor– und nachgeschalteten Einheiten<br />
oder die sich dynamisch ändernden Marktbedingungen<br />
nicht berücksichtigt, kann das wirtschaftliche<br />
Potenzial nicht ausgeschöpft werden.<br />
Die wissenschaftliche Arbeit in der Prozesstechnik<br />
konzentriert sich auf die Entwicklung möglichst allgemein<br />
anwendbarer Methoden, die zur Lösung spezieller<br />
Probleme herangezogen werden können. Diese<br />
Methoden basieren auf der Nachbildung des Prozessverhaltens<br />
mit Hilfe mathematischer Modelle,<br />
um mittels einer Simulation auf dem Computer das<br />
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt<br />
Mitarbeiter: 25 wissenschaftliche<br />
7 nichtwissenschaftliche<br />
3Azubis<br />
56 studentische Hilfskräfte<br />
Adresse: Turmstraße 46, 52064 Aachen<br />
Telefon: 0241/80-96712<br />
Homepage: www.avt.rwth-aachen.de<br />
zu erwartende Verhalten des Prozesses vorauszuberechnen.<br />
Das Simulationsmodell dient somit als ein<br />
virtuelles Experiment, mit dem sich schnell und kostengünstig<br />
Einsicht in den Prozess gewinnen lässt.<br />
Wesentliche Voraussetzungen, welche die beschriebenen<br />
Anwendungen ermöglichen und den Kern unserer<br />
Forschungsarbeiten betreffen, bilden die Modellierungstechniken,<br />
die Bereitstellung modellgestützter<br />
Entwurfsmethoden oder auch die Weiterentwicklung<br />
leistungsfähiger Software–Werkzeuge,<br />
wie Simulatoren oder Optimierer.<br />
Forschungsschwerpunkte<br />
Neben unserer überwiegend theoretischen Forschungsarbeit<br />
kommt der praktischen Erprobung<br />
der in den Projekten entwickelten Methoden große<br />
Bedeutung zu, so dass im Rahmen von Forschungskooperationen<br />
mit Industrie und Hochschulpartnern<br />
experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden.<br />
Laufende Forschungsprojekte am Lehrstuhl für<br />
Prozesstechnik lassen sich anhand von vier Schwerpunkten<br />
darstellen.<br />
1. Modellgestützte experimentelle Analyse<br />
Reaktion, Wärme- und Stofftransport bestimmen in<br />
erheblichen Maße das Verhalten industrieller Prozesse.<br />
Leider ist unser Verständnis über solche Phänomene<br />
immer noch sehr begrenzt. Wenn ein Fortschritt<br />
in der Modellierung dieser Phänomene erreicht<br />
wird, können modell-basierte Methoden in<br />
der Verfahrenstechnik zum günstigen Entwurf, sicheren<br />
Betrieb und der Optimierung von Prozessen<br />
und Produkten ausgenutzt werden.<br />
In diesem Forschungsschwerpunkt versuchen<br />
wir, aus experimentell zugänglichen Daten auf<br />
die zugrundeliegenden physikalisch–chemisch–
14 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
biologischen Phänomene zu schließen. Neuartige<br />
Verfahren zur Auswertung der Messdaten werden<br />
an technisch relevanten Fragestellungen entwickelt<br />
und erprobt. Die durchzuführenden Experimente<br />
werden optimiert und dann entweder in enger Zusammenarbeit<br />
bei unseren Partnern oder im Bereich<br />
der Kristallisation jüngst auch am eigenen Lehrstuhl<br />
durchgeführt. In den aktuellen Forschungsprojekten<br />
untersuchen wir den Wärmeübergang beim Sieden<br />
und am Rieselfilm, Phasengleichgewichte reagierender<br />
Systeme, überlagerte chemische Reaktion<br />
und Diffusion, Kinetiken bei der Kristallisation sowie<br />
den Stoff– und Wärmetransport in zweiphasigen<br />
Rührkesselreaktoren.<br />
2. Prozesssynthese<br />
Der optimale Entwurf von Reaktions– und Trenneinheiten<br />
ist für die Qualität eines Prozesses von<br />
entscheidender Bedeutung. Im Rahmen des Forschungsschwerpunkts<br />
werden deshalb modellgestützte<br />
Techniken für den Entwurf, die Analyse,<br />
die Optimierung und die Regelung verfahrenstechnischer<br />
Reaktions– und Trennprozesse, wie der Destillation,<br />
der Reaktivdestillation oder der Kristallisation<br />
entwickelt und an industriell relevanten Beispielen<br />
erprobt. Die Bandbreite unserer Forschungsvorhaben<br />
reicht hierbei von der Untersuchung einzelner<br />
Grundoperationen bis hin zur Synthese optimal verschalteter<br />
Prozesse und geeigneter Betriebsweisen.<br />
Abbildung 12: Kristallisationsexperiment<br />
3. Optimierungsbasierte Prozessführung<br />
Eine intelligente Prozessführung ist eine Grundvoraussetzung,<br />
um Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und<br />
eine optimale Produktqualität beim Betrieb einer<br />
Anlage zu gewährleisten. Beispielsweise möchte<br />
man bei der Polymerherstellung eine Betriebsweise<br />
des Reaktors bestimmen, welche auch bei sich ändernden<br />
Randbedingungen wie beim Rohstoffwechsel<br />
eine möglichst hohe Ausbeute und Produktreinheit<br />
ermöglicht, ohne dabei aber Sicherheitsgrenzen<br />
(beispielsweise des maximal zulässigen Reaktordruckes)<br />
zu verletzen. Am Lehrstuhl werden hierzu<br />
Methoden und Verfahren, die die Beantwortung<br />
derartiger Fragestellungen unterstützen, entwickelt<br />
und zum Teil in Softwarewerkzeuge umgesetzt. Ein<br />
Beispiel ist das Werkzeug DyOS zur dynamischen<br />
Optimierung.<br />
4. Informationsorientierte Unterstützung und Verbesserung<br />
von Arbeitsprozessen<br />
Prozessentwicklung läuft heute in einem interdisziplinär<br />
zusammengesetzten Team ab. Während dieser<br />
Arbeitsabläufe wird über einen längeren Zeitraum<br />
verteilt eine Fülle von Informationen und Dokumenten<br />
erzeugt, z.B. Messdaten, Modelle oder Projektberichte.<br />
In den laufenden Forschungsarbeiten entwickeln<br />
wir daher Konzepte, um die vielfältigen Arbeitsabläufe<br />
bei der Prozessentwicklung zu planen<br />
und zu koordinieren sowie die erzeugten Informationen<br />
computerbasiert abzulegen und ihre Nachvollziehbarkeit<br />
und Wiederverwendung zu ermöglichen.<br />
Diese Arbeiten bilden die Grundlage für die Entwicklung<br />
eigener Software (z.B. WOMS zur Modellierung<br />
von Arbeitsprozessen) und Datenmodelle<br />
(z.B. die verfahrenstechnische Ontologie OntoCA-<br />
PE zur Beschreibung der vielfältigen Informationen<br />
in einem Entwicklungsprozess).<br />
Ihre Mitarbeit am Lehrstuhl<br />
Bei allen Projekten können Sie im Rahmen von<br />
Studien– und Diplomarbeiten mitarbeiten, auch vor<br />
Ort bei unseren Partnern in der Industrie. Zusätzlich<br />
können Sie sich in einem persönlichen Gespräch<br />
oder durch unser aktuelles Angebot im Internet näher<br />
über Forschung und Lehre, sowie Mitarbeitsmöglichkeiten<br />
an unserem Lehrstuhl informieren.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 15<br />
3.8 AVT - Thermische Verfahrenstechnik<br />
Aufgaben der Thermischen Verfahrenstechnik<br />
Die Thermische Verfahrenstechnik beschäftigt sich<br />
mit der Auftrennung oder der An- bzw. Abreicherung<br />
von Komponenten in einem Gemisch. Die dafür<br />
notwendigen Grundoperationen werden als thermische<br />
Trennverfahren bezeichnet. Beispiele mit<br />
Bezug zum täglichen Leben sind das Kaffeekochen,<br />
bei dem im Wesentlichen Aroma- und Farbstoffe<br />
aus gerösteten Kaffeebohnen extrahiert werden und<br />
die Branntweinherstellung durch Destillation, bei<br />
der Alkohol und Aromastoffe aus einer trüben Fermentationsbrühe<br />
in einer klaren wässrigen Lösung<br />
- dem Schnaps - angereichert werden. Destillation<br />
und Extraktion sind die am häufigsten in der Industrie<br />
angewendeten thermischen Trennverfahren.<br />
Die Bedeutung dieser Trennverfahren insgesamt<br />
rührt daher, dass in vielen Prozessschritten keine<br />
reinen Stoffe erzeugt werden oder Verunreinigungen<br />
eine folgende Prozessstufe wesentlich beeinträchtigen<br />
würden, so dass damit Trennschritte unerlässlich<br />
werden. Das Potenzial der thermischen<br />
Trennverfahren wird auch deutlich, wenn man bedenkt,<br />
dass in ihnen typischerweise rund 80% der<br />
Energie eingesetzt werden muss, die für den Betrieb<br />
des Gesamtprozesses benötigt wird. Es gilt also, die<br />
thermischen Trennverfahren optimal auszulegen und<br />
zu betreiben, um ein verfahrenstechnisches Produkt<br />
wirtschaftlich zum Erfolg zu führen.<br />
Um hier der Industrie praktikable Hilfsmittel bereitzustellen,<br />
beschäftigen wir uns am Lehrstuhl damit,<br />
geeignete aufeinander abgestimmte experimentelle<br />
Methoden und Simulationstechniken zu entwickeln.<br />
Für den industriellen Einsatz muss z. B. die<br />
für ein Experiment benötigte Menge an Substanz<br />
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Andreas Pfennig<br />
Mitarbeiter: 16 wissenschaftliche<br />
5 nichtwissenschaftliche<br />
20 studentische Hilfskräfte<br />
Adresse: Wüllnerstraße 5, 52062 Aachen<br />
Telefon: 0241/80-95490<br />
Homepage: www.avt.rwth-aachen.de<br />
möglichst gering und die Messungen müssen ausreichend<br />
schnell durchführbar sein. Andererseits sind<br />
geeignete Simulationsmethoden zu entwickeln, die<br />
basierend auf den so gewonnenen Informationen<br />
über die Stoffeigenschaften eine sichere Vorhersage<br />
des Verhaltens technischer Anlagen erlauben.<br />
Das Forschungskonzept<br />
Um eine solche Vorhersage über viele Größenskalen<br />
aus dem Labor zu Apparaten von bis zu 100 m<br />
Größe sicher zu erlauben, müssen die zugrundegelegten<br />
Modelle das Stoffverhalten korrekt abbilden.<br />
Dies stellen wir dadurch sicher, dass wir das vorhandene<br />
Wissen auch über noch kleinere Größenskalen<br />
sinnvoll mit nutzen. Daraus ergibt sich das in Abb.<br />
13 dargestellte Forschungskonzept.<br />
Abbildung 13: AVT-TVT-Forschungskonzept<br />
Für unsere Forschung ist dabei insbesondere die<br />
Größenskala der Tropfen und Blasen als den kleinsten<br />
Stofftransport-Einheiten in einem technischen<br />
Apparat besonders relevant, da diese ideal im Labor<br />
untersucht werden können. Hier haben wir standardisierte<br />
Messzellen entwickelt, auf deren Ergebnissen<br />
aufbauend es z.B. bereits gelungen ist, das Verhalten<br />
von Extraktionskolonnen genau vorherzusa-
16 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
gen (vgl. Abb. 14). So wird der bisher nötige aufwändige<br />
und daher teure Technikumsversuch ohne<br />
Einschränkung der Auslegungssicherheit überflüssig.<br />
Ein ganz aktuelles Thema ist der Einsatz thermischer<br />
Trennverfahren für Rohstoffe aus Biomasse,<br />
die sich z.B. durch höhere Viskositäten auszeichnen.<br />
Im Excellenzcluster „Tailor-Made Fuels from Biomass”<br />
ist es das Ziel, aus pflanzlichen Ausgangsmaterialien<br />
Brennstoffe für neu entwickelte Motoren zu<br />
entwickeln. Die sozialen und gesellschaftlichen Veränderungen<br />
dieses Wechsels von der Petrochemie zu<br />
regenerativen Energien werden in einer Exzellenzinitiative<br />
der RWTH Aachen (HUMTEC, in Kooperation<br />
mit Elektrotechnikern und Philosophen) untersucht.<br />
Abbildung 14: Tropfen bestimmen das Verhalten<br />
von Extraktionskolonnen<br />
Daneben beschäftigen wir uns mit der Dispersionstrennung<br />
und der Destillation. Insgesamt ist es dabei<br />
immer das Ziel, für die Industrie handhabbare Auslegungsmethoden<br />
durch die beispielhaft dargestellte<br />
Verknüpfung von einfachen Experimenten und<br />
detaillierten Simulationen zu entwerfen und kontinuierlich<br />
weiterzuentwickeln. Entsprechend kooperieren<br />
wir national und international mit den<br />
Unternehmen, bei denen thermische Trennverfahren<br />
eingesetzt werden. Dies ist insbesondere der<br />
gesamte Chemiebereich, aber auch unter anderem<br />
die Umwelt- sowie die Lebensmitteltechnik. Neben<br />
der Zusammenarbeit mit großen Unternehmen (z.B.<br />
Bayer, BASF, Cognis, Evonik-Degussa, DSM) pflegen<br />
wir auch besonders regional Kooperationen mit<br />
kleineren und mittelständischen Unternehmen.<br />
Lehrangebot<br />
In den Vorlesungen der Thermischen Verfahrenstechnik<br />
werden die für die berufliche Praxis nötigen<br />
Kenntnisse zu den Trennverfahren vermittelt. Dazu<br />
gehören auch die entsprechenden Grundlagenkenntnisse<br />
insbesondere im Bereich der Gemischthermodynamik,<br />
die aber auch in den anderen Bereichen<br />
der Verfahrenstechnik, z.B. bei Reaktionen wichtig<br />
sind. Ziel bei allen Vorlesungen ist es, die Anschauung<br />
für die Zusammenhänge so zu vermitteln, dass<br />
später im Beruf einerseits sicher die genauen Auslegungsmethoden<br />
beherrscht werden, andererseits<br />
aber auch „aus dem Bauch heraus” die wesentlichen<br />
Zusammenhängen intuitiv erfasst werden können.<br />
Wir bieten entsprechende Studien- und Diplomarbeiten<br />
an, in denen auch in Kooperation mit unseren<br />
Industriepartnern verfahrenstechnisches Wissen<br />
praktisch vertieft werden kann.<br />
Zudem bieten wir die Branntwein-AG an, in der<br />
anhand eines einfachen verfahrenstechnischen Beispieles<br />
außerhalb des Lehrplanes die unterschiedlichen<br />
Aktivitäten des Verfahrensingenieurs praktisch<br />
erprobt werden können (vgl. Abb. 15).<br />
Abbildung 15: Branntwein AG: Spaß als Verfahrensingenieur<br />
Hier können Erfahrungen zur Projektplanung und -<br />
abwicklung genauso wie zum Umgang mit Behörden<br />
gesammelt werden. Die erfolgreiche Teilnahme<br />
wird mit einem Zertifikat bestätigt. Daneben soll die<br />
Veranstaltung Spaß machen und ein schmackhaftes<br />
Ergebnis liefern.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 17<br />
3.9 Lehrstuhl für Technische Thermodynamik<br />
Leitung: Prof. Dr.-Ing. André Bardow, Prof. Dr. rer. nat. Kai Leonhard<br />
Mitarbeiter: 18 wissenschaftliche<br />
16 nichtwissenschaftliche<br />
50 studentische Hilfskräfte<br />
6 Auszubildende<br />
Adresse: Schinkelstraße 8, 52062 Aachen<br />
Telefon: 0241/80-95380<br />
Homepage: www.ltt.rwth-aachen.de<br />
Ausrichtung<br />
Der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik<br />
(LTT) beschäftigt sich in Lehre und Forschung<br />
mit vielfältigen Gebieten der Energie- und Stoffwandlungen.<br />
Forschungsschwerpunkte liegen in den<br />
Bereichen Stoff- und Energiesystemanalyse und -<br />
optimierung, molekulare Thermodynamik, Stoffdatenforschung<br />
und Sorptionstechnik. Das Spektrum<br />
reicht von der Grundlagenforschung bis zur Prototypenentwicklung.<br />
Es bestehen viele Kooperationsprojekte<br />
mit Forschungseinrichtungen und Unternehmen.<br />
Studenten haben die Möglichkeit, als<br />
Hilfskräfte, Studien- oder Diplomarbeiter an den<br />
Forschungsprojekten mitzuwirken.<br />
Forschungsschwerpunkte<br />
Die Hauptrichtungen der Forschungsaktivitäten lassen<br />
sich in folgende Bereichen gliedern:<br />
• Energiesystementwicklung und -analyse<br />
• Sorptionstechnologie<br />
• spektroskopische Messtechnik<br />
• molekulare Thermodynamik<br />
Die Ziele der Energiesystementwicklung und -<br />
analyse umfassen sowohl die Ermittlung und Reduzierung<br />
des Energiebedarfs als auch die Erstellung<br />
und Optimierung von Energieversorgungskonzepten<br />
für Industrie, Kommunen sowie öffentliche<br />
und private Einrichtungen. Hierzu wird am LTT ein<br />
Programmsystem entwickelt, das die Simulation und<br />
den Vergleich unterschiedlicher Konzepte zur Deckung<br />
des Energiebedarfs ermöglicht.<br />
Auf dem Gebiet der Sorptionstechnologie werden<br />
am LTT vor allem Heiz- und Kühlsysteme entworfen,<br />
die im Vergleich zur klassischen Brennstoffzentralheizung<br />
eine günstigere Primärenergiebilanz aufweisen.<br />
Auf diesem Gebiet konzentriert sich die Arbeit<br />
insbesondere auf gas- und solarbetriebene Sorptionswärmepumpen<br />
und -kältemaschinen. Weiterhin<br />
werden Sorptionsspeicher betrachtet und Stoffdaten<br />
von unterschiedlichen Sorbens-Sorptiv Paarungen<br />
ermittelt.<br />
Spektroskopische Messtechniken zur orts- und<br />
zeitaufgelösten Konzentrations- und Temperaturbestimmung<br />
werden entwickelt, um das Stoffverhalten<br />
von Reinstoffen und Multikomponentensystemen zu<br />
bestimmen. Anwendungsgebiete sind die Analyse<br />
von gekoppelten Phasen- und Reaktionsgleichgewichten,<br />
von Transportprozessen (z.B. Diffusions<br />
und Strömung) und von Verbrennungsprozessen.<br />
Ziel der molekularen Thermodynamik ist es, thermodynamische<br />
Daten aus den Moleküleigenschaften<br />
abzuleiten, um damit den Bedarf an teuren und<br />
langwierigen Messungen zu reduzieren. Mit Methoden<br />
der Quantenmechanik, der statistischen Thermodynamik<br />
und der molekularen Simulation werden<br />
Modelle bzw. Gleichungen entwickelt, die für<br />
die Auslegung von Trenn-, Umwandlungs und Arbeitsprozessen<br />
in der Energietechnik, Verfahrenstechnik<br />
und Biotechnologie einsetzbar sind.
18 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
3.10 Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung<br />
Der Lehrstuhl für Wärme– und Stoffübertragung befasst<br />
sich mit Wärme– und Stoffaustausch– sowie<br />
Verbrennungsvorgängen in der Energie– und Verfahrenstechnik.<br />
Die Spannweite reicht von der Untersuchung<br />
von Grundlagenphänomenen in Ein– und<br />
Mehrphasensystemen über deren Umsetzung in Modelle<br />
für numerische Berechnungen bis zur Bereitstellung<br />
von Berechnungsverfahren für praktische<br />
Anwendungen.<br />
Forschungsschwerpunkte<br />
1. Energie- und Verfahrenstechnik<br />
I. Verbundprojekt OXYCOAL-AC: In Kooperation<br />
mit fünf weiteren Instituten der RWTH Aachen wird<br />
in der Versuchsanlage des Lehrstuhls die Verbrennung<br />
von Kohlenstaub mit reinem Sauerstoff untersucht.<br />
Hintergrund ist die Entwicklung eines Kohlekraftwerks<br />
ohne jegliche CO2–Emissionen. Die<br />
Bereitstellung des Sauerstoffs wird hierbei durch<br />
eine effiziente Hochtemperaturmembran erfolgen.<br />
Ein weiterer Aspekt des Projektes ist die Partikelabscheidung<br />
aus dem heißen Rauchgas mit Hilfe von<br />
keramischen Filterelementen. Parallel zu den experimentellen<br />
Untersuchungen werden auch numerische<br />
Simulationen der Kohleverbrennung durchgeführt.<br />
II. Filmströmungen: theoretische und experimentelle<br />
Untersuchungen an welligen Rieselfilmen zur<br />
quantitativen Beschreibung der Fluiddynamik und<br />
des Wärme–, Stoff– und Impulsaustauschs zwischen<br />
Flüssigkeitsfilm und umgebendem Gas.<br />
2. Motorische Gemischbildung<br />
In diesen Forschungsprojekten werden gleichzeitig<br />
experimentelle und theoretisch-numerische<br />
Untersuchungen durchgeführt, wobei messtechnisch<br />
häufig laseroptische Verfahren eingesetzt<br />
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Reinhold Kneer<br />
Mitarbeiter: 21 wissenschaftliche<br />
21 nichtwissenschaftliche<br />
33 studentische Hilfskräfte<br />
Adresse: Eilfschornsteinstraße 18,<br />
52062 Aachen<br />
Telefon: 0241/80-95400<br />
Homepage: www.wsa.rwth-aachen.de<br />
werden (Laser–Doppler– und Phasen–Doppler–<br />
Anemometrie, Particle–Image–Velocimetry, Zweifarbenpyrometrie<br />
u.a.).<br />
I. Experimentelle und numerische Untersuchung des<br />
Einspritzvorgangs von Otto– und Dieselmotoren:<br />
Primärzerfall des Strahls, Turbulenzgenerierung,<br />
Gemischbildung aus Mehrlochdüsen, Einfluss zyklischer<br />
Schwankungen, Strahlstruktur<br />
II. Spray–Wand– und Tropfen–Wand–Interaktionen<br />
bei Einspritzstrahlen<br />
III. Experimentelle und numerische Untersuchung<br />
einer möglichen Regelung der Gemischbildung über<br />
Mehrfacheinspritzung<br />
IV. Identifikation möglicher neuer Kraftstoffe für<br />
den Einsatz im Motor im Rahmen der Exzellenzinitiative<br />
“Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse”<br />
(TMFB)<br />
3. Wärmeübergang am Motor<br />
I. Kontaktwiderstand: Der thermische Kontaktwiderstand<br />
wird experimentell an zwei sich berührenden<br />
Körpern thermographisch bestimmt. Anhand<br />
dieser im instationären Versuch gewonnenen Daten<br />
kann durch Lösung eines inversen Problems ein<br />
stationärer Kontatkwärmeübergangskoeffizient ermittelt<br />
werden.<br />
II. Bedarfsgerechte Kolbenkühlung: Grundlegende<br />
experimentell Untersuchungen zur bedarfsgerechten<br />
Kolbenkühlung durch Ölspritzkühlung an der Kolbenunterseite<br />
mit Anwendung und Übertragung der<br />
Ergebnisse auf den Vollmotor.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 19<br />
4 Verfahrenstechnikstudium an der<br />
RWTH<br />
4.1 Schwerpunkt Verfahrenstechnik<br />
Betrachtet man die vielfältigen beruflichen Einsatzfelder<br />
und die schnelle technische Entwicklung,<br />
kann das Studium der Verfahrenstechnik nicht<br />
darauf abzielen, bestimmte Technologien zu beherrschen.<br />
Vielmehr wird angestrebt, dass die<br />
Studierenden Grundverfahren und Berechnungmethoden<br />
beherrschen sowie dabei die für die<br />
Verfahrenstechnik charakteristische Denkweise<br />
schulen. Gemeint ist damit das Denken in Stoffflüssen,<br />
Bilanzen und Zustandsänderungen, wobei<br />
die zugrunde liegenden physikalischen Vorgänge<br />
einbezogen werden müssen. Seinen Ausdruck findet<br />
dieses Denken beispielsweise im Fließbild einer<br />
verfahrenstechnischen Anlage (Abb. 16), das den<br />
Ausgangspunkt für alle weiteren wirtschaftlichen<br />
und konstruktiven Überlegungen bildet.<br />
Die Bezeichnung „Verfahrenstechnik” steht als umfassender<br />
Begriff für eine Vielzahl verfahrenstechnisch<br />
orientierter Studiengänge mit unterschiedlich<br />
ausgeprägten Schwerpunkten. Dies umfasst die<br />
Spanne vom Maschinenbaustudium, über das Studium<br />
der Chemietechnik und des Chemieingenieurwesens<br />
bis hin zum Studium der Biotechnologie.<br />
Abbildung 16: Fließbild einer Anlage<br />
Wie an vielen anderen deutschen Hochschulen<br />
und Technischen Universitäten ist auch an der<br />
RWTH Aachen die Verfahrenstechnik als Studienrichtung<br />
in den Maschinenbau integriert. Während<br />
des Bachelorstudiums können im berufsfeldbezogenen<br />
Wahlpflichtbereich erste verfahrenstechnische<br />
Fächer belegt werden. Innerhalb des Masterstudiengangs<br />
ermöglichen zahlreiche studienrichtungsspezifische<br />
Fächer (Tabelle 3) eine Schwerpunktsetzung<br />
innerhalb der Verfahrenstechnik. Die Verfahrenstechnik<br />
lässt sich in die folgenden Schwerpunktsrichtungen<br />
aufteilen:<br />
• Bioverfahrenstechnik<br />
• Chemische Verfahrenstechnik<br />
• Energieverfahrenstechnik<br />
• Mechanische Verfahrenstechnik<br />
• Prozesstechnik<br />
• Thermische Verfahrenstechnik<br />
• Umweltverfahrenstechnik<br />
Allen Schwerpunktssrichtungen sind übergreifende<br />
verfahrenstechnische Pflichtfächer gemeinsam, in<br />
denen die Grundlagen der mechanischen, chemischen<br />
und thermischen Verfahrenstechnik sowie der<br />
Prozesstechnik vermittelt werden. Durch die Aufteilung<br />
in Schwerpunktssrichtungen wird den Studierenden<br />
die Möglichkeit gegeben, einen ihren persönlichen<br />
Neigungen entsprechenden Schwerpunkt im<br />
Bereich der Verfahrenstechnik zu setzen.<br />
4.1.1 Schwerpunkt Bioverfahrenstechnik<br />
Betreuer: Prof. Dr.–Ing. J. Büchs<br />
Die Bioverfahrenstechnik bildet die Schnittstelle<br />
zwischen dem Maschinenbau und der Biologie<br />
bzw. der Biotechnologie. Das spätere Einsatzgebiet<br />
eines Bioverfahrenstechniker liegt beispielsweise in<br />
der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie, aber auch<br />
im Bereich der Umweltverfahrenstechnik. Zu den<br />
bekanntesten Prozessen der Bioverfahrenstechnik<br />
zählen das Bierbrauen, die Essigsäurefermentation<br />
und die Insulinproduktion.<br />
Bioverfahrenstechniker realisieren die von der<br />
Biologie geforderten Randbedingungen während<br />
einer Fermentation auf der technischen Seite. Dabei<br />
ist das Reaktionsvolumen zunächst nebensächlich.<br />
In ersten Screening- und Untersuchungsschritten<br />
werden anfangs geeignete Klone gesucht, die für<br />
weitere Forschungs- und Produktionsschritte am<br />
vielversprechensten sind. Um die große Anzahl<br />
an Klon-Varianten in wenigen Versuchen und<br />
kurzer Zeit bewältigen zu können, werden Online-<br />
Messsysteme eingesetzt und (weiter)entwickelt. So<br />
werden zusätzlich Informationen über Wachstums-
20 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
und Produktionsverläufe erhalten, die Probennahmen<br />
und aufwendigere offline Anlaysen überflüssig<br />
machen. Daneben lassen sich in parallelisierten<br />
leicht variierten Versuchen die optimalen Bedingungen<br />
der Fermentation (wie z.B. pH-Wert,<br />
Temperatur, Medienzusammensetzung, Sauerstoffbedarf)<br />
ermitteln.<br />
Im weiteren Verlauf der Prozessentwicklung ist der<br />
Scale-up ein wichtiger und nicht zu unterschätzender<br />
Arbeitsschritt. Zwischen dem Labormaßstab,<br />
dem Praktikums- und dem späteren Produktionsmaßstab<br />
liegen oft mehrere Zehnerpotenzen.<br />
Beispielsweise werden erste Screenings nach geeigneten<br />
Produktionsstämmen in Mikrotiterplatten<br />
mit einem Reaktionsvolumen von 200 µL durchgeführt,<br />
der Produktionsmaßstab am Ende der<br />
Endwicklung soll aber bei 100 m 3 liegen. Damit<br />
dieser Schritt bei sich ändernden Fermenterformen<br />
und Änderungen wie Begasungsart oder Durchmischungsart<br />
erfolgreich durchgeführt werden<br />
kann, ist eine vollständige definierte Prozessbeschreibung<br />
unabhängig vom Maßstab ebenfalls<br />
ein Forschungsziel. Zeitgleich ist die Realisierung<br />
einer Automatisierung und Standardisierung der<br />
biologischen/biotechnologischen Versuche ein<br />
weiteres Arbeitsfeld der Bioverfahrenstechnik.<br />
So kann durch den Einsatz verschiedener online<br />
Messtechniken erweitertes Prozessverständnis<br />
gewonnen werden. Ein Schritt dabei ist auch die<br />
Anpassung der Reaktionsgefäße an die gewonnenen<br />
Erkenntnisse.<br />
In der Bioverfahrenstechnik werden die Grundlagen<br />
für die verfahrenstechnische Auslegung und Optimierung<br />
biologischer Methoden, Prozesse und Apparate<br />
vermittelt. Zusätzlich werden Grundlagen der<br />
Mikro- und Molekularbiologie sowie der Biotechnologie<br />
gelehrt, um eine Kommunikationsebene mit<br />
Naturwissenschaftlern zu schaffen.<br />
4.1.2 Schwerpunkt Chemische Verfahrenstechnik<br />
Betreuer: Prof. Dr.–Ing. T. Melin<br />
Ziel dieser Studienrichtung ist die Ausbildung<br />
von vielseitigen Chemieingenieuren, die von der<br />
chemischen und pharmazeutischen Industrie, aber<br />
auch vielen anderen Industriezweigen, etwa der<br />
Mineralöl– und Grundstoffindustrie, der Kunst-<br />
stoff und Gummi verarbeitenden Industrie, dem<br />
Apparate– und Anlagenbau, der Lebensmittel– und<br />
Konsumgüterindustrie, der Automobilindustrie, daneben<br />
aber auch von Ingenieurbüros, Forschungs–<br />
und Entwicklungsinstituten, Firmen und Behörden<br />
im Energie- und Umweltschutz- sowie im Entsorgungsbereich<br />
heute dringend gesucht werden. Das<br />
Anforderungsprofil besteht in der Kombination von<br />
soliden natur– und ingenieurwissenschaftlichen<br />
Kenntnissen, von experimentell– praktischer Erfahrung<br />
und theoretischen Grundlagen, von Stoffnähe<br />
und Gesamtprozessdenken.<br />
Im Mittelpunkt des Studiums der Vertiefungsrichtung<br />
steht die Behandlung von Stoff– und<br />
Wärmetransportvorgängen und chemischen Umsetzungen.<br />
Diese werden aber nicht im luftleeren<br />
Raum betrachtet, sondern praxisnah in technischen<br />
Apparaten und Anlagen, gekoppelt mit Trenn–<br />
und Aufbereitungsschritten und umgeben von<br />
moderner Sicherheits– und Umweltschutztechnik.<br />
Zum Studienfachkatalog des Hauptstudiums gehört<br />
neben den Schwerpunktfächern (Wärme– und<br />
Stoffübertragung, Mechanische, Thermische und<br />
Chemische Verfahrenstechnik und Prozesstechnik)<br />
eine Vertiefung in physikalischer, organischer oder<br />
technischer Chemie, chemischer Verfahrenstechnik<br />
und Umweltschutztechnik. Weitere Wahlfächer<br />
vermitteln auch forschungsnahe Spezialgebiete der<br />
<strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik wie Membran– und<br />
Umweltschutztechnik und Prozessführung.<br />
Praxisnähe und internationale Ausrichtung des Studiums<br />
haben für viele Arbeitgeber einen hohen Stellenwert.<br />
Daher ermutigen, vermitteln und betreuen<br />
wir Studien– und Diplomarbeiten an ausländischen<br />
Hochschulen und bei in– und ausländischen Firmen.<br />
Aber auch unsere eigenen Arbeiten bieten viele praxisnahe<br />
und spannende Themen aus Versuchsanlagenbetrieb,<br />
Laborexperiment und Modellierung oder<br />
Simulation.<br />
4.1.3 Schwerpunkt Energieverfahrenstechnik<br />
Betreuer: Prof. Dr.–Ing. R. Kneer<br />
Als Beispiel aus der industriellen Praxis kann die<br />
Energieumwandlung im Kraftwerk-Dampferzeuger<br />
oder im Kessel einer Haushaltsheizung genannt<br />
werden. Während noch vor einigen Jahren der<br />
Wärmetechniker für die Auslegung und den Be-
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 21<br />
trieb derartiger Anlagen zuständig war, werden<br />
heute zunehmend Verfahrenstechniker gesucht<br />
mit einer guten Grundlagenausbildung sowohl im<br />
Bereich der Wärmetechnik als auch im Bereich<br />
der Verfahrenstechnik. Außer den nach wie vor<br />
zentralen Problemstellungen zu den Grundlagen<br />
der Verbrennung, der Wärmeübertragung und der<br />
Fluiddynamik von Ein- und Zweiphasenströmungen<br />
sind beispielsweise Teilfragen aus den komplexen<br />
Anwendungsgebieten der Wasseraufbereitung, der<br />
Rauchgasfiltration zur Feststoffabscheidung in<br />
Zyklonen und keramischen Filtereinheiten sowie<br />
Fragen der Schadgasbeseitigung in Wäschern oder<br />
in Katalysatoren dazugekommen. Die verfahrenstechnische<br />
Industrie insgesamt, die Kältetechnik<br />
und die Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik haben<br />
steigenden Bedarf an Ingenieuren mit einer sich<br />
ergänzenden verfahrenstechnisch/wärmetechnisch<br />
angelegten Ausbildung.<br />
Die Vorlesungen der Technischen Wahlpflichtfächer<br />
sind deshalb so ausgewählt worden, dass Studierende<br />
der Studienrichtung Verfahrenstechnik die<br />
Möglichkeit haben, sich in der Vertiefungsrichtung<br />
Energieverfahrenstechnik das notwendige zusätzliche<br />
Grundlagenwissen anzueignen. Die Schwerpunkte<br />
liegen bei den verfahrenstechnischen und<br />
wärmetechnischen Problemstellungen und nicht bei<br />
den Maschinen.<br />
4.1.4 Schwerpunkt Mechanische Verfahrenstechnik<br />
Betreuer: Prof. Dr.–Ing. M. Modigell<br />
Die Mechanische Verfahrenstechnik befasst sich<br />
mit allen verfahrenstechnischen Prozessen, die<br />
unter der Einwirkung mechanischer Kräfte oder<br />
Kraftfelder ablaufen. Die unter diese allgemeine<br />
Definition fallenden Grundoperationen sind das<br />
Transportieren, das Zerkleinern und Agglomerieren,<br />
das Trennen und Mischen. Anwendungsbeispiele<br />
für diese Operationen sind der hydraulische oder<br />
pneumatische Transport, Brechen, Mahlen oder<br />
Schneiden, Granulieren oder Tablettieren, Sieben,<br />
Filtrieren oder Zentrifugieren und Rühren, Kneten,<br />
Emulgieren oder Zerstäuben.<br />
In einer verfahrenstechnischen Prozesskette schaffen<br />
diese Operationen zum einen die Voraussetzung<br />
dafür, dass die thermischen, chemischen oder<br />
biochemischen Prozesse, die von molekularen<br />
Triebkräften mit kurzen Reichweiten bestimmt<br />
werden, überhaupt technisch nutzbar durchgeführt<br />
werden können: Kompakte Massen werden in kleine<br />
Partikel zerteilt, um große Oberflächen zu schaffen,<br />
Reaktionspartner werden durch Herantransport<br />
und Mischen in intensiven Kontakt gebracht. Zum<br />
anderen werden im Anschluss des thermischen<br />
oder chemischen Prozessschrittes durch mechanische<br />
Operationen die Reaktionsprodukte aus<br />
Reaktionsgemischen abgetrennt und in eine leicht<br />
handhabbare Form gebracht: Partikel oder Tropfen<br />
werden aus fluiden Phasen entfernt und durch<br />
Agglomerationsverfahren zu größeren Aggregaten<br />
vereinigt.<br />
Diese kurze Darstellung zeigt die vielfältigen<br />
Aufgabenstellungen der Mechanischen Verfahrenstechnik.<br />
Sehr häufig sind die zu behandelnden<br />
Stoffsysteme mehrphasig und können aus festen und<br />
fluiden oder nur aus fluiden Phasen gebildet werden.<br />
Die Spanne der Durchmesser der Partikel der dispersen<br />
Phase, die auftreten können, ist enorm groß:<br />
Sie reicht von 0,01 mm wie im Fall der Abtrennung<br />
von Viren bei der Reinstluftherstellung bis zu etwa<br />
1 m bei der Zerkleinerung von Gesteinsbrocken.<br />
Zur Mechanischen Verfahrenstechnik gehört hier<br />
in Aachen die Rheologie. Diese Ingenieurswissenschaft<br />
beschäftigt sich mit den Fließeigenschaften<br />
von Stoffen, oder genauer ausgedrückt, mit den Verformungseigenschaften<br />
von Materie unter dem Einfluss<br />
äußerer Kräfte.<br />
4.1.5 Schwerpunkt Prozesstechnik<br />
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. W. Marquardt<br />
Angesichts komplexer werdender Prozesse wird<br />
in der Verfahrenstechnik verstärkt Wert auf ein<br />
ganzheitliches Systemverständnis gelegt, das als<br />
Grundlage für die Prozessentwicklung unabdingbar<br />
ist. Der Tatsache, dass die Relevanz der Prozesstechnik<br />
in den vergangenen Jahren stark gestiegen<br />
ist, wird in der Diplomprüfungsordnung mit einer<br />
eigenen Vertiefungsrichtung Rechnung getragen.<br />
Als wichtige Grundlage vermittelt die Vorlesung<br />
Modellbildung und Analyse verfahrenstechnischer<br />
Prozesse dem Ingenieur modellgestützte Analyseverfahren<br />
für stationäres und dynamisches
22 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Prozessverhalten. In der Prozessentwicklung in<br />
der Verfahrenstechnik werden Grundlagen des<br />
Entwurfs verfahrenstechnischer Prozesse behandelt,<br />
wobei im wesentlichen Heuristiken oder sehr<br />
einfache Modelle eingesetzt werden. Die Vorlesung<br />
rechnergestützte Prozessentwicklung zeigt, wie<br />
modellbasierte Verfahren mit in der chemischen<br />
Industrie eingesetzten Softwarewerkzeugen die<br />
Prozessentwicklung verbessern und beschleunigen<br />
können. In der Veranstaltung Optimierung in der<br />
Energie- und Verfahrenstechnik werden Methoden<br />
vermittelt, um optimale Prozessstrukturen und<br />
Betriebspunkte mittels geeigneter mathematischer<br />
Modelle zu berechnen.<br />
Um einen Betriebspunkt eines Prozesses auch unter<br />
realen Bedingungen einhalten zu können (wobei etwa<br />
Störungen durch Schwankungen der Eduktqualität<br />
oder der Kühlwassertemperatur auftreten), stellt<br />
die Prozessführung in der Energie- und Verfahrenstechnik<br />
geeignete Regelsysteme und –strategien vor.<br />
Mit der Realisierung der Regelungssysteme als Teil<br />
der verfahrenstechnischen Anlage beschäftigt sich<br />
die Prozessleittechnik. Sie befasst sich mit der Detaillierung<br />
und der Realisierung der Erkenntnisse,<br />
die aus den obigen Tätigkeiten hervorgehen.<br />
4.1.6 Schwerpunkt Thermische Verfahrenstechnik<br />
Betreuer: Prof. Dr.– Ing. A. Pfennig<br />
In technischen Prozessen liegen die zu verarbeitenden<br />
Stoffe und die Produkte meist nicht in reiner<br />
Form vor, allerdings werden bestimmte Reinheiten<br />
gefordert. Das Ziel der thermischen Verfahrenstechnik<br />
ist die Auslegung und Optimierung technischer<br />
Apparate zur thermischen Zerlegung von Mehrstoffgemischen.<br />
Einer optimalen Gestaltung von<br />
Trennprozessen kommt alleine schon deswegen<br />
besondere Bedeutung zu, weil der Trennaufwand<br />
mit bis zu 80 % einen großen Anteil sowohl an<br />
Investitions– als auch an Betriebskosten hat. Als<br />
Grundoperationen stehen dem Verfahrensingenieur<br />
dabei z.B. Destillation, Rektifikation, Extraktion,<br />
Absorption und Adsorption zur Verfügung.<br />
Die Triebkraft für die meisten dieser Verfahren<br />
ist, dass die Konzentration der zu reinigenden<br />
bzw. abzutrennenden Stoffe in unterschiedlichen<br />
Phasen im Gleichgewichtszustand eine andere ist<br />
als im Ausgangszustand. Als Beispiel befinden sich<br />
beim Aufbrühen von Kaffeepulver (feste Phase)<br />
mit heißem Wasser (flüssige Phase) zu Beginn<br />
die gewünschten Aromastoffe ausschließlich im<br />
Kaffeepulver. Sie gehen bei der Annäherung an<br />
das Gleichgewicht, das von der Temperatur des<br />
Prozesses abhängt, zunehmend in das Wasser über.<br />
Es ist bei diesem Beispiel offensichtlich, dass nicht<br />
nur die Lage des Gleichgewichtes von Bedeutung<br />
ist. Entscheidend für einen technischen Prozess<br />
ist auch die Geschwindigkeit, mit der ein System<br />
dem Gleichgewicht zustrebt. Dieses wird u.a. durch<br />
den Stofftransport charakterisiert. Um diesen zu<br />
verbessern, werden bei dem angeführten Beispiel<br />
die Kaffeebohnen zweckmäßigerweise zu Pulver<br />
zermahlen.<br />
Die Anwendungen der Thermischen Verfahrenstechnik<br />
sind vielfältig. Einige Anwendungsbereiche<br />
seien hier aufgeführt:<br />
Chemische und pharmazeutische Industrie<br />
• Reinigung von Ausgangsstoffen<br />
• Trennung von Produkt und Ausgangsstoffen<br />
• Reinigung von Produkten<br />
Lebensmittelherstellung<br />
• Aufbereitung von Naturstoffen, z.B. Zucker aus<br />
Zuckerrüben<br />
• Destillation bzw. Rektifikation von Branntwein<br />
• Herstellung von Aromen und Farbauszügen<br />
Umwelttechnik<br />
• Abtrennung von Schadstoffen aus Abluft und<br />
Abwasser<br />
• Aufbereitung von Trinkwasser<br />
• Produktionsintegrierter Umweltschutz<br />
Verfahren des täglichen Lebens<br />
• Extraktion (Aufbrühen) von Kaffee und Tee<br />
• Einkochen von Marmelade und Gelees<br />
4.1.7 Schwerpunkt Umweltverfahrenstechnik<br />
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. M. Modigell<br />
Die Umweltverfahrenstechnik befasst sich mit den<br />
Verfahren und Techniken, die dazu dienen, unser<br />
Ökosystem frei von schädigenden Einflüssen zu<br />
halten, die durch technische Prozesse im weitesten<br />
Sinn entstehen. Dabei geht es um die Erfassung<br />
und Inertisierung von Abfallstoffen, die aus technischen<br />
Prozessen oder dem täglichen Leben
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 23<br />
stammen können. Hierfür können als Beispiele das<br />
Deponieren oder die Abfallverbrennung stehen.<br />
Zusätzlich geht es um die Minderung von Emissionen<br />
durch Trennverfahren, die dem eigentlichen<br />
Prozess nachgeschaltet sind. Beispiel hierfür ist<br />
die Abscheidung von Schwefeldioxid aus den<br />
Abgasen von Kraftwerken. Eine weitereAufgabe<br />
der Umweltverfahrenstechnik ist es, Prozesse so<br />
zu gestalten, dass schadstoffbelastete Stoffströme<br />
möglichst nicht oder in verminderten Umfang<br />
entstehen. Ziel ist es, „End of pipe” Maßnahmen<br />
durch Primärmaßnahmen möglichst zu vermeiden.<br />
Im täglichen Leben ist uns dies unter dem Slogan<br />
„Abfallvermeidung vor Abfallbehandlung” geläufig,<br />
im technischen Bereich kann man diese Thematik<br />
unter dem Stichwort „produktionsintegrierter Umweltschutz”<br />
zusammenfassen.<br />
Dem Gedanken, dass Umweltschutz im Prozess<br />
betrieben werden muss und nicht am Ende einer<br />
Prozesskette, kommt immer mehr Bedeutung zu.<br />
Hier ist der Verfahrenstechniker gefordert, von<br />
vornherein Prozesse unter ökologischen, aber<br />
selbstverständlich auch unter ökonomischen Gesichtspunkten<br />
zu konzipieren. Zunehmend wird er<br />
sich auch mit der Frage auseinandersetzen müssen,<br />
welche Abfallströme aus seinem Prozess Rohstoffströme<br />
in Prozessen ganz anderer Natur sein können.<br />
Die Fragestellungen für einen Verfahrenstechniker<br />
in der Umwelttechnik unterscheiden sich im Prinzip<br />
nicht von denen, die z.B. in einem Produktionsbetrieb<br />
der chemischen Industrie von Interesse<br />
sind: In beiden Fällen muss ein Produkt mit einer<br />
definierten Qualität erzeugt werden. Im Fall des<br />
Umweltverfahrenstechnikers ist das Produkt z.B.<br />
ein Reingas, das die Qualitätsanforderungen in<br />
Bezug auf den Staubgehalt der Bundesimmissionsschutzverordnungen<br />
erfüllen muss, im Fall des<br />
Chemischen Verfahrenstechnikers ist es z.B. ein<br />
Polymer, das eine bestimmte Molmassenverteilung<br />
aufweisen muss. Vielfach sind allerdings die<br />
Stoffströme, die der Umweltverfahrenstechniker<br />
insbesondere bei „End of pipe” Anlagen behandeln<br />
muss, wesentlich komplexer zusammengesetzt und<br />
im Anfall zeitlich schwankender als in technischen<br />
Produktionsbetrieben. Hinzu kommt, dass bei der<br />
Behandlung dieser Stoffströme oft viele, sehr<br />
unterschiedliche Qualitätskriterien zu erfüllen sind.<br />
Beides erschwert die Auslegung und den Betrieb<br />
von umwelttechnischen Anlagen.<br />
Die Vertiefungsrichtung zielt darauf ab, die wesentlichen<br />
Aufgabenfelder und Techniken der Umweltverfahrenstechnik<br />
zu vermitteln. Hierzu gehören die<br />
mechanische Aufbereitung von Abfall, die Abwasserbehandlung,<br />
die Reinhaltung der Luft und der<br />
produktionsintegrierte Umweltschutz.<br />
4.2 Studienpläne<br />
4.2.1 Studienplan B.Sc./M.Sc<br />
In den Pflichtvorlesungen des Bachelorprogrammes<br />
wird für alle Studierende des Maschinenbaus<br />
das grundlegende Handwerkszeug für Ingenieure<br />
vermittelt. Hierzu gehören insbesondere die<br />
Vorlesungen Thermodynamik, Strömumgslehre<br />
und Wärme- und Stoffübertragung, in denen<br />
unabdingbare Kenntnisse zu den wichtigsten<br />
verfahrenstechnischen Grundoperationen und Arbeitsmethoden<br />
vorgestellt werden. Sie bilden die<br />
Grundlage für das Verständnis aller verfahrenstechnischen<br />
Vorlesungen des Berufsfeldes und eines<br />
potentiellen Masterstudiums.<br />
Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Einordung des<br />
Berufsfeldes in das Bachelorprogramm. Die Vorlesungen<br />
des Berufsfeldes starten mit dem 5.<br />
Semester. Im 5. und 6. Semester müssen im Berufsfeld<br />
jeweils 12 Semesterwochenstunden (SWS)<br />
bzw. 15 Leistungspunkte (LP) gesammelt werden.<br />
Im 5. Semester sind die verfahrenstechnischen<br />
Vorlesungen Grundoperationen der Verfahrenstechnik,<br />
Reaktionstechnik und Thermodynamik der<br />
Gemische vorgesehen. Das 6. Semester beinhaltet<br />
Produktentwicklung in der Verfahrenstechnik,<br />
Prozessentwicklung in der Verfahrenstechnik und<br />
Grundoperationen der Energietechnik. Jeweils im<br />
5. und 6. Semester ist ein Wahlfach mit 3 SWS/3<br />
LP aus den vorgeschlagenen Wahlpflichtfächern<br />
auszuwählen. Die Wahlpflichtfächer bieten Ihnen<br />
die Möglichkeit, Ihr Studium in Richtung Ihrer<br />
persönlichen Neigungen anzupassen.<br />
Mit dem Sommersemester 2011 startet erstmalig<br />
das Masterprogramm Verfahrenstechnik, das<br />
auf 3 Semester ausgelegt ist. Eine Liste aller für<br />
das Masterprogramm vorgesehen Vorlesungen ist<br />
im Anhang angefügt (Tabelle 3). Die Einteilung in<br />
Pflich- und Wahlpflichtbereich bleibt offen, da der<br />
bis zum Redaktionsschluss aktuelle Studienverlaufsplan<br />
noch überarbeitet werden soll. Auf eine Veröf-
24 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
fentlichung des Studienverlaufsplanes wird an dieser<br />
Stelle daher verzichtet. Die aktuellen Stände zu den<br />
von der Fakultät vorgeschlagenen Plänen können<br />
der folgenden Internetseite entnommen werden:<br />
http://www.maschinenbau.rwth-aachen.de/<br />
de/downloads/maschinenbau/studienplaene.<br />
html.<br />
Vergleichbar zur Projektarbeit aus dem Bachelorprogramm<br />
ist auch innerhalb des Masters eine<br />
solche Arbeit Bestandteil des Studiums. Die Anfertigung<br />
dieser Projektarbeit ist wahlweise für das 1.<br />
oder 2. Semester des Masterstudiums vorgesehen.<br />
Außer für den Fall des Auslandsstudiums gilt<br />
generell, dass bei Pflichtfächern keine Studienplanänderungen<br />
möglich sind. Bei den Wahlpflichtfächern<br />
hingegen kann in Absprache mit<br />
der Studienrichtungsbetreuung eine Änderung<br />
durchgeführt werden.<br />
4.2.2 Studienplan Diplom<br />
Die Tabellen 4 und 5 im Anhang dieses Heftes<br />
geben eine Übersicht über das Hauptstudium<br />
der Studienrichtung Verfahrenstechnik und eine<br />
sinnvolle Chronologie der Prüfungen. Der Studienplan<br />
umfasst eine Reihe von Pflichtfächern<br />
sowie, spezifisch für jede Vertiefungsrichtung, ein<br />
erstes und zweites Wahlpflichtfach. Darüber hinaus<br />
gibt es noch ein drittes technisches und ein nichttechnisches<br />
Wahlpflichtfach. Das dritte technische<br />
Wahlpflichtfach kann aus einem umfangreichen<br />
Katalog ausgewählt werden, welcher regelmäßig<br />
von der Fakultät aktualisiert wird. Abgerundet wird<br />
das Studium durch zwei Studienarbeiten und die<br />
Diplomarbeit. Bei Anmeldung der Diplomarbeit<br />
sind zudem 26 Wochen Praktikum nachzuweisen.<br />
Insgesamt erstreckt sich das Hauptstudium damit<br />
über sechs Semester. Wann die Studienarbeiten, das<br />
Praktikum oder auch ein Auslandsaufenthalt am<br />
Besten absolviert werden, ist individuell verschieden.<br />
Ein guter Zeitpunkt für eine erste Studienarbeit<br />
ist das sechste Semester, Auslandsaufenthalte<br />
finden meistens während des siebten und achten<br />
Semesters statt. Die Studienberatung hilft gerne<br />
bei der Erstellung des persönlichen Studienplans<br />
ebenso wie bei der Auswahl der Wahlpflichtfächer,<br />
die die individuellen Neigungen und Interessen<br />
widerspiegeln sollen. Die Wahlpflichtfächer sollte<br />
gemäß der Studienordnung der Fakultät gewählt<br />
werden (www.maschinenbau.rwth-aachen.de/<br />
de/downloads/maschinenbau/studienplaene.<br />
html). Die Vorgaben aus dem Campus der RWTH<br />
Aachen (www.campus.rwth-aachen.de) sind nicht<br />
bindend.<br />
4.2.3 Studien–, Projekt–, Diplom–, Bachelor–<br />
und Masterarbeiten<br />
Je nach Studiengang sind unterschiedliche Studienleistungen<br />
erforderlich. Für den Diplomstudiengang<br />
sind zwei Studienarbeiten und eine Diplomarbeit<br />
notwendig. Im Bachelor- und Masterstudiengang<br />
werden eine Projektarbeit und eine abschließende<br />
Bachelor- bzw. Masterarbeit gefordert. Entsprechend<br />
der oben bereits ausführlich dargestellten<br />
enormen Vielfalt der in der <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik<br />
bearbeiteten Forschungsthemen bietet<br />
diese Studienrichtung auch ein weitgefächertes<br />
Angebotsspektrum für solche Arbeiten. Das Angebot<br />
reicht von experimentellen und konstruktiven<br />
Arbeiten an einem der vielen Versuchsstände bis<br />
hin zu theoretischen Arbeiten im Bereich der Modellbildung<br />
und Simulation. Informieren Sie sich<br />
vor Ort bei den wissenschaftlichen Mitarbeitern der<br />
Lehrstühle über das aktuelle Angebot!<br />
Das Forschungsprogramm der Lehrstühle der<br />
<strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik umfasst sowohl eher<br />
grundlagenorientierte Bereiche als auch industrieund<br />
anwendungsnahe Schwerpunkte. Durch den<br />
intensiven Kontakt zur Industrie können regelmäßig<br />
auch Arbeiten in der Industrie vergeben werden.<br />
Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen,<br />
dass die Möglichkeiten zur Durchführung externer<br />
Arbeiten limitiert sind. Der Prüfungsausschuss<br />
genehmigt nur eine externe Arbeit in der Industrie<br />
sowie gegebenenfalls eine weitere externe Arbeit<br />
an einer Hochschule (s.u.). Dabei ist zu beachten,<br />
dass Arbeiten an RWTH-Instituten außerhalb der<br />
Fakultät für Maschinenwesen als extern eingestuft<br />
werden und vom Prüfungsausschuss genehmigt<br />
werden müssen.<br />
Projektarbeiten<br />
Aufgrund der Neueinführung von Projektarbeiten<br />
sollen hier eine wichtige Aspekte rund um<br />
dieses Thema erwähnt sein. Projektarbeiten sind<br />
Bestandteil des Studienganges B.Sc. Maschinenbau<br />
und werden als Gruppenarbeiten in Teams von<br />
2-5 Studierenden durchgeführt. Die Durchführung
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 25<br />
ist ab Ende des 4. Semesters und dem Erreichen<br />
von mindestens 90 Leistungspunkten möglich. Die<br />
Bearbeitungszeit für die Projektarbeit beträgt 300h<br />
pro Person in einem Zeitraum von 3 Monaten.<br />
Dieser Zeitrahmen gilt für die gesamte Gruppe.<br />
Die einzelnen Teilarbeiten der jeweiligen Gruppenmitglieder<br />
können somit nicht nacheinander<br />
bearbeitet werden (es sei denn, die gesamte Gruppe<br />
überschreitet die 3 Monate durch diese Arbeitsweise<br />
nicht). Die minimale Bearbeitungszeit beträgt 6<br />
Wochen. Verlängerungen der Bearbeitungszeit um<br />
zwei Wochen sind unter besonderen Umständen<br />
möglich.<br />
Die empfohlene Zeiteinteilung ist 240h für Bearbeitung<br />
der Problemstellung und 60h für die Dokumentation.<br />
Die Bearbeitungszeit wird durch Anmeldung<br />
beim ZPA nachgehalten. Die Bewertung kann nach<br />
zwei Schemata erfolgen. Das Bewertungsschema ist<br />
vor der Arbeit mit dem Betreuer festzulegen und für<br />
jedes Gruppenmitglied identisch. Bei einer Gruppe<br />
von 2 Personen ist Schema A zwingend zu verwenden.<br />
Schema A: Reine Fremdeinschätzung<br />
• Die Benotung der Projektarbeit erfolgt für jede<br />
und jeden Studierenden innerhalb einer Bearbeitungsgruppe<br />
individuell durch den Professor<br />
• Jede/r Studierende hat zu seinem Teilprojekt eine<br />
separate, schriftliche Arbeit anzufertigen<br />
Schema B: Fremd- und Selbsteinschätzung<br />
• Durch den betreuenden Professor wird eine Note<br />
für die gesamte Gruppe vergeben<br />
• Abweichungen von dieser Note sind aufgrund<br />
des Instrumentes der Fremd- und Selbsteinschätzung<br />
der einzelnen Gruppenmitglieder<br />
möglich<br />
• Die Auswertung der Fremd- und Selbsteinschätzung<br />
erfolgt durch den betreuenden Lehrstuhl<br />
• Die endgültige, aus den beiden Anteilen zusammengesetzte<br />
Note wird durch den betreuenden<br />
Professor eingetragen<br />
• Es wird nur eine schriftliche Arbeit abgegeben<br />
Ausschreibungen von Projektarbeiten findet man<br />
als Aushang an den Lehrstühlen, auf der AVT-<br />
Homepage und über die Softwareplattform Wind-<br />
chill. Die Software bietet den Studierenden, neben<br />
den Informationen zu ausgeschriebenen Projektarbeiten,<br />
umfangreiche Möglichkeiten zur Planung<br />
und Organisation ihrer Arbeit. Weitere Informationen<br />
sind auf der folgenden Webseite angegeben:<br />
http://www.ikt.rwth-aachen.de/de/<br />
lehre/projektarbeiten.html<br />
4.3 Studium im Ausland<br />
Auslandsaufenthalte bieten ausgezeichnete Möglichkeiten<br />
zur persönlichen und fachlichen Weiterbildung.<br />
Wenn Sie diese Möglichkeiten nutzen<br />
möchten, unterstützen Sie die Lehrstühle der<br />
<strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik in vielfältiger Weise.<br />
Von verschiedenen Lehrstühlen werden Austauschprogramme<br />
betreut, bei denen jeweils einige Studenten<br />
der RWTH Aachen für ein Jahr im Ausland studieren<br />
können. Die im Ausland erbrachten Studienund<br />
Prüfungsleistungen können unter Beachtung der<br />
formalen Randbedingungen problemlos in den Studienplan<br />
integriert werden. Für Studierende der Verfahrenstechnik<br />
sind folgende Angebote für ein integriertes<br />
Auslandsstudium besonders interessant:<br />
• Carnegie Mellon University (Pittsburgh, USA):<br />
AVT-PT<br />
• University of California at Davis (Davis, USA):<br />
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik.<br />
Über die Bewerbungsmodalitäten informiert der<br />
jeweils zuständige Lehrstuhl. Darüber hinaus bestehen<br />
viele weitere Möglichkeiten, im Ausland zu<br />
studieren. Dies erfordert jedoch eine langfristige<br />
Vorbereitung und eine frühzeitige Absprache mit der<br />
Studienberatung. Insbesondere gilt dies für Arbeiten<br />
in ausländischen Firmen, die in kleiner Zahl zum<br />
Beispiel von Prof. Melin vermittelt werden können.<br />
Die AVT verfügt über enge Kontakte zu ausländischen<br />
Universitäten, die hilfreich sein können,<br />
wenn Sie eine Studienleistung im Ausland erbringen<br />
möchten. Einige Beispiele für ausländische Hochschulen,<br />
an denen in den letzten Jahren <strong>Aachener</strong><br />
Verfahrenstechnikstudierende eine externe Arbeit<br />
verfasst haben, sind die École Centrale, Paris (CVT),<br />
das die EPFL, Lausanne (PT), das Imperial College,<br />
London (CVT, PT), der King Mongkut’s Institute of<br />
Technology, Bangkok, Thailand (TVT), die University<br />
of California, Berkeley (CVT), die University of<br />
Texas, Austin (CVT) und die UCTL, Mumbai, Indien<br />
(BioVT). Es ist zu beachten, dass im Ausland
26 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
anzufertigende Prüfungsleistungen vorab vom Prüfungsausschuss<br />
genehmigt werden müssen. Nutzen<br />
Sie daher rechtzeitig unsere Beratungsangebote.<br />
4.4 Studentische Hilfskräfte<br />
Als Studentische Hilfskraft haben Sie die Möglichkeit,<br />
intensive Einblicke in die Forschungsarbeit der<br />
Lehrstühle zu nehmen. Neben der finanziellen Entlohnung<br />
sollte auch das Sammeln wichtiger praktischer<br />
Erfahrungen ein Anreiz sein, sich für eine<br />
Hilfskraftstelle zu bewerben. An allen Lehrstühlen<br />
der <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik sind regelmäßig<br />
Hilfskraftstellen zu besetzen. Beachten Sie bitte die<br />
entsprechenden Aushänge an den Lehrstühlen und<br />
die Internetauftritte der Lehstühle.<br />
4.5 Weitere Angebote für Studierende<br />
Im Rahmen des AVT-Kolloquiums werden regelmäßig<br />
interessante Vorträge aus Industrie und<br />
Hochschule angeboten. Hier bietet sich Studenten<br />
die Möglichkeit, über das Vorlesungsangebot hinaus<br />
Einblick in den aktuellen Stand verfahrenstechnischer<br />
Forschung und die industrielle Praxis zu<br />
gewinnen. Die einzelnen Vorträge werden jeweils<br />
durch Aushang angekündigt und finden in der Regel<br />
mittwochs um 17:30 Uhr im Super C statt.<br />
Am AVT-Thermische Verfahrenstechnik wird in<br />
jedem Wintersemester eine Branntwein AG angeboten,<br />
in der aus Früchten zunächst Wein bereitet<br />
und dieser anschließend destilliert wird. In dieser<br />
Veranstaltung wird konkrete verfahrenstechnische<br />
Projektarbeit an einem einfachen Beispiel<br />
erprobt. Ziel ist unter anderem, Projektplanung und<br />
Teamarbeit kennenzulernen. Verfahrenstechnische<br />
Vorkenntnisse werden nicht vorausgesetzt.<br />
Die Lehrstühle bieten für die Studenten regelmäßig<br />
Exkursionen an. Beliebte Ziele sind verfahrenstechnische<br />
Anlagen, Firmenbesichtigungen und Besuche<br />
von Fachmessen. Achten Sie hier auch auf die Aushänge<br />
in den Lehrstühlen und die Informationen im<br />
CAMPUS-System. Bei allen Fragen zum Studium,<br />
insbesondere bei Studienplanänderungen, berät Sie<br />
die Studienrichtungsbetreuung. Auch die Ansprechpartner<br />
der Lehrstühle beraten Sie gerne.<br />
ChemCar<br />
Im Rahmen der ProcessNet-Jahrestagung fand im<br />
September 2009 in Mannheim zum vierten Mal<br />
der ChemCar-Wettbewerb statt. Es galt, ein maximal<br />
Schuhkarton großes Auto zu entwickeln, das<br />
alternative (bio)chemische Reaktionen als Antriebsquelle<br />
nutzt. Erlaubt waren weder ein Zeitgeber<br />
für Start und Stopp, noch durfte eine Bremse in<br />
das Auto integriert werden. Wettbewerbsziel war<br />
es eine vorgegebene Wegstrecke mit einer ausgelosten<br />
Zuladung möglichst exakt zurückzulegen.<br />
Abbildung 19: Das ChemCar der AVT in der Saison<br />
2009 ( c○Peter Winandy)<br />
Ein Team einer polnischen Universität und sieben<br />
Teams deutscher Universitäten traten in Mannheim<br />
an, um den Sieger des begehrten ChemCar-Pokals<br />
sowie des Preisgeldes von 2000 Euro zu ermitteln.<br />
Das AVT-Team sPRINTEr belegte in einem<br />
spannenden Wettbewerb den dritten Platz und<br />
konnte sich ein Preisgeld von 500 Euro sichern.<br />
Für den Antrieb des ChemCars wurden Backpulver<br />
und Zitronensäure verwendet, da in diesem Jahr<br />
Elektromotoren beim Wettbewerb nicht zugelassen<br />
waren. Auch im nächsten Jahr wird ein Team der<br />
AVT ein Konzept einreichen, um anschließend am<br />
Wettbewerb in Aachen teilzunehmen.<br />
Aktuell arbeiten Studenten der <strong>Aachener</strong> Verfahrenstechnik<br />
am einem neuen ChemCar, das im September<br />
auf der ProcessNet-Jahrestagung 2010 in unserer<br />
Heimat Aachen ins Rennen geht. Wir wünschen<br />
dem Team viel Erfolg!
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 27<br />
Tabelle 1: Bachelor - Studienplan für den Studiengang Maschinenbau
28 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Tabelle 2: Bachelor - Berufsfeld Verfahrenstechnik innerhalb des Studienganges Maschinenbau
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 29<br />
5 Alphabetischer Fächerkatalog<br />
Abwasserableitung und Abwasserbehandlung I<br />
(V1/Ü1,WS) (Pinnekamp)<br />
• Einführung in die Gewässergüte- und Abwasserwirtschaft<br />
• Abwasserhydraulik, Freispiegel- und Druckabfluss<br />
in Rohren, Gerinnehydraulik<br />
• Regenwasserbehandlung und -entsorgung<br />
• Bauwerke der Ortsentwässerung<br />
• Bau- und Prüfverfahren<br />
• Betrieb und Unterhalt<br />
• Sanierung von Kanälen<br />
Abwasserableitung und Abwasserbehandlung II<br />
(V1/Ü1,SS) (Pinnekamp)<br />
• Abwasserarten und -beschaffenheit<br />
• Abwasserförderung durch Pumpen<br />
• Mechanische Abwasserreinigung (Rechen und<br />
Siebe, Sandfänge, Vorklärbecken)<br />
• Biologische Abwasserreinigung (Mikrobiologische<br />
Grundlagen, Kohlenstoffoxidation, Nitrifikation,<br />
Denitrifikation, Belebungsverfahren,<br />
Tropfkörperverfahren, Tauchkörperverfahren)<br />
• Weitergehende Abwasserreinigung<br />
• Emissionsschutz<br />
• Kläranlagenbetrieb<br />
Allgemeine Gebäudetechnik<br />
(V3/Ü1,WS) (Brunk, FB3)<br />
Im Teil Heizungstechnik werden unterschiedliche<br />
Heizungssysteme, deren Aufbau und Funktion sowie<br />
deren Bestandteile vorgestellt und ein Grundverständnis<br />
für gebäudetechnische Berechnungsverfahren<br />
vermittelt. Besonderes Augenmerk wird auf<br />
die Auslegung, die Wirtschaftlichkeit und Aspekte<br />
aus Planung und Betrieb der Anlagen gelegt. Auf<br />
die Bedeutung der Heizungsanlagen im Umfeld der<br />
Beziehungen zwischen Bauherr, Planer und ausführendem<br />
Unternehmen sowie baubetriebliche Aspekte<br />
wird ebenfalls eingegangen.<br />
Im Teil Raumluft werden unterschiedliche Systeme<br />
der Raumlufttechnik behandelt und Berechnungsverfahren<br />
des sommerlichen Wärmeschutzes erläutert.<br />
Auf der Basis möglicher Luftbehandlung in Anlagen<br />
der Raumlufttechnik (RLT) werden Systemlösungen<br />
vorgestellt. Weitere Inhalte sind die Luftführung<br />
in Räumen sowie die eingehende Auseinandersetzung<br />
mit den möglichen Bestandteilen einer RLT-<br />
Anlage. Den Abschluss bilden Auslegungs- und Berechnungshinweise<br />
sowie Erläuterungen zu Ausführungsbeispielen<br />
einiger Systemlösungen.<br />
Alternative Energietechniken<br />
(V2/Ü2,SS) (Allelein)<br />
Diese Vorlesung beinhaltet die physikalischen, technischen<br />
und ökonomischen Grundlagen der alternativen<br />
Energietechniken. Im Einzelnen werden hierbei<br />
folgende Themen behandelt:<br />
• Übersicht über die Energiewirtschaft<br />
• Bewertungsmethoden für Prozesse der Energietechnik<br />
(Bilanzgleichungen, Energie- und<br />
Mengenbilanzen, Wirkungsgrade, ökonomische<br />
Aspekte)<br />
• Besondere Verfahren in der Energietechnik<br />
(Kraft-Wärme-Kopplung, Fernwärme, geothermische<br />
Energie, rationelle Energienutzung)<br />
• Verfahren zur Umwandlung fossiler Brennstoffe<br />
(Kohleverbrennung, Kohlevergasung, Kohleverflüssigung)<br />
• Verfahren zur Nutzung der Solarenergie (Solares<br />
Energieangebot, Solarkollektoren, Solarfarmanlagen,<br />
Solartoweranlagen, Photovoltaische<br />
Kraftwerke)<br />
• Windenergienutzung (Windenergieangebot,<br />
Energienutzung, Bauarten und Daten von<br />
Windenergiekonvertern)<br />
• Wasserkraftwerke (Laufwasserkraftwerke,<br />
Pumpspeicherkraftwerke, Wellenenergie,<br />
Gezeitenenergie)<br />
• OTEC-Kraftwerke, Gletscherenergienutzung<br />
• Energie aus Biomasse (Potenziale, Konversionsprozesse,<br />
Stoffkreisläufe)<br />
• Dezentrale Energieversorgung<br />
• Bewertungsaspekte (Kostenfragen, ökologische<br />
Fragen, Ressourcenaspekte, Optimierungen)<br />
• (Wasserstoffwirtschaft, Brennstoffzellen)
30 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Dabei wird der Schwerpunkt insbesondere auf die<br />
regenerativen Energien gelegt. Eine Bewertung der<br />
Energiesysteme wird unter besonderer Berücksichtigung<br />
technischer, ökonomischer und ökologischer<br />
Aspekte vorgenommen<br />
Angewandte molekulare Katalyse<br />
(V2,WS) (Leitner)<br />
Inhalt: Gemeinsamkeiten und Unterschiede metallorganischer<br />
und enzymatischer Katalyse; Methoden<br />
der Katalysatorentwicklung (rational design, high<br />
throughput techniques, directed evolution); Implementierung<br />
molekularer Katalyse in unterschiedlichen<br />
Bereichen von Grundchemikalien zu Pharmazeutika;<br />
Industrielle asymmetrische Katalyse mit<br />
chemischen und biochemischen Methoden; Immobilisierung<br />
molekularer Katalysatoren; Ausgewählte<br />
Beispiele: z.B. Hydroformylierung, Carbonylierung,<br />
(asym.) Hydrierung, (asym.) Oxidation, Dimerisierung<br />
und Oligomerisierung von Olefinen, Olefinmetathese,<br />
C-C Verknüpfung, (dynamische) kinetische<br />
Racematspaltung, Methionin Synthese; aktuelle<br />
Trends, z.B. C-H Aktivierung, Kaskaden-<br />
Reaktionen, bio-metallorganische Hybridkatalysatoren.<br />
Lernziele: Molekulares und reaktionstechnisches<br />
Verständnis der wichtigsten technischen Anwendungen<br />
der molekularen Katalyse; Kenntnis über Potenzial<br />
und Limitierung moderner katalytischer Methoden<br />
im industriellen Einsatz; Fähigkeit zur Beurteilung<br />
unterschiedlicher Ansätze und Verfahrensalternativen.<br />
Angewandte molekulare Thermodynamik/<br />
Applied Molecular Thermodynamics<br />
(V2/Ü1,WS) (Leonhard)<br />
Angewandte Molekulare Thermodynamik ist ein interdisziplinäres<br />
Arbeitsfeld auf dem Gebiet fluider<br />
Systeme. Seine Anwendungen gründen sich auf<br />
die Methoden der klassischen Thermodynamik, seine<br />
eigentlichen Wurzeln liegen aber auf dem Gebiet<br />
der klassischen Mechanik, der Quantenchemie,<br />
der statistischen Physik und der Elektrodynamik.<br />
Auf dieser breiten Grundlage wird ein umfassendes<br />
Rahmenwerk zur Ableitung von Erkenntnissen<br />
über das Verhalten fluider Systeme formuliert.<br />
Viele industrielle Anwendungen sowie die Erklärung<br />
in der Natur beobachteter Phänomene basieren<br />
auf solchem Wissen, z.B. in der Raumfahrtindustrie<br />
oder anderen Hochtemperaturanwendungen,<br />
in der chemischen Technik und in der Umwelttechnik,<br />
in der Biotechnologie und vielen weiteren An-<br />
wendungen im Ingenieurwesen. Der Kurs fasst zu<br />
Beginn kurz die wesentlichen Ergebnisse der interdisziplinären<br />
Grundlagen zusammen und widmet<br />
sich dann den Anwendungen aus unterschiedlichen<br />
Gebieten von Naturwissenschaft und Technik. Darunter<br />
sind die Gastechnologie, einschließlich chemischer<br />
Hochtemperatur-Reaktionen, die Aufarbeitungstechnologie<br />
für einfache und komplexe flüssige<br />
Systeme, und eine Einführung in die Anwendung<br />
auf Elektrolyte und biotechnische Systeme.<br />
Die Veranstaltung wird in englischer Sprache gehalten.<br />
Angewandte numerische Optimierung<br />
(V2/Ü2,SS) (Marquardt)<br />
siehe Vorlesung: Optimierung in der Energie- und<br />
Verfahrenstechnik<br />
Angewandte Quantenchemie für Ingenieure<br />
(V2/Ü1,SS) (Leonhard)<br />
Es soll Verständnis für die Funktion der verschiedenen<br />
quantenchemischen Näherungsverfahren vermittelt<br />
werden, so dass die Hörer in der Lage<br />
sind, zu entscheiden, welche Methode für welche<br />
Anwendung geeignet ist. In den Übungen werden<br />
quantenmechanische Grundlagen und der Umgang<br />
mit quantenchemischer Software am Beispiel immer<br />
wieder kehrender Probleme und einiger spezieller<br />
Anwendungen erlernt (z.B. Geometrieoptimierung,<br />
Spektrenberechnung, Gasphasen-Enthalpien,<br />
-Entropien, -Wärmekapazitäten sowie Reaktions-<br />
Enthalpien und -Entropien; molekulare Eigenschaften<br />
wie Multipolmomente, Polarisierbarkeiten und<br />
Dispersionswechselwirkungen (zur Anwendung in<br />
Zustandsgleichungen und bei Interesse Berechnung<br />
von Realgaseffekten); COSMO-Rechnungen und<br />
COSMO-RS zur Bestimmung von Lösungseffekten.<br />
Anlagenweite Regelung<br />
(V2/Ü2,WS) (Mhamdi)<br />
siehe Vorlesung: Prozessführung in der Energie- und<br />
Verfahrenstechnik<br />
Ausgewählte Gebiete der mechanischen<br />
Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü2,WS) (Modigell)<br />
Aus der gesamten Bandbreite der mechanischen Verfahrenstechnik<br />
werden in Teamarbeit ausgewählte<br />
Fragestellungen bearbeitet. Nach einer kurzen Einführung,<br />
in der die Grundlagen des ausgewählten<br />
Themas erörtert werden, wird das Projekt in Teilaspekte<br />
gegliedert, die dann in Gruppen weitgehend<br />
selbständig bearbeitet werden. Neben der intensiven<br />
Beschäftigung mit einer fachlichen Frage sollen
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 31<br />
hierbei auch Arbeitstechniken, wie z.B. Literaturrecherche<br />
und Teamarbeit trainiert werden. Die erarbeiteten<br />
Ergebnisse werden schriftlich dokumentiert<br />
und in Vorträgen präsentiert.<br />
Behandlung von hochbelasteten Abwässern und<br />
Hafenschlämmen<br />
(V2/Ü2,WS) (Melin)<br />
Ausgehend von einer Charakterisierung von Abwässern<br />
und deren Inhaltsstoffen und einer kurzen Darstellung<br />
des Wasserrechts werden die wichtigsten<br />
Verfahren zur Reinigung hochbelasteter Abwässer<br />
detailliert behandelt. Die Darstellung geht von den<br />
physikalisch-chemischen Grundlagen aus, erläutert<br />
die Auslegung von Apparaten und deren Anwendung.<br />
Ziel ist eine umfassende Darstellung der Verfahrenstechnik<br />
der Abwasserreinigung.<br />
Bioprozesskinetik<br />
(V2/Ü1,SS) (Büchs)<br />
Innerhalb der Vorlesung ’Bioprozesskinetik’ werden<br />
Fermentationen verschiedener Organismen vor<br />
allem hinsichtlich des Ablaufs ihrer kinetischen<br />
Prozesse -Wachstum und Produktbildung - diskutiert<br />
und modelliert. Dies umfasst, die Vorstellung<br />
der entsprechenden Kultivierungsprozesse für unterschiedliche<br />
Organismen, wie Bakterien, Hefen, Algen<br />
und Pilze, sowie die spezifischen Besonderheiten<br />
bei der Kultivierung der entsprechenden Spezies.<br />
Der Fokus dieser Lehrveranstaltung liegt dabei<br />
auf der Diskussion spezieller kinetischer Phänomene<br />
wie Inhibierungen und Limitierungen, ihrer biologischen<br />
Ursachen, sowie ihrer Auswirkungen auf die<br />
verschiedenen Kultivierungsstrategien wie Batch,<br />
Fed-Batch oder kontinuierliche Kultur. Es werden<br />
den Studierenden Möglichkeiten und Methoden aufgezeigt,<br />
diese biologischen Prozesse mit verschiedenen<br />
Einflussgrößen zu steuern und zu regeln. Die<br />
Lehrveranstaltung Bioprozesskinetik schließt dabei<br />
die mathematische Beschreibung der besprochenen<br />
Phänomene, sowie die Modellierung am Computer<br />
mit ein. Um den Praxisbezug des Lehrinhalts zu verdeutlichen,<br />
wird im Rahmen einer übung ein breites<br />
Spektrum an Anwendungsbeispielen vorgestellt und<br />
mit den Studierenden zusammen am Rechner modelliert<br />
und simuliert. Es kommt die Software ModelMaker<br />
zum Einsatz, welche aufgrund ihrer intuitiven<br />
Oberfläche auch für Einsteiger leicht und<br />
schnell zu erlernen ist.<br />
Bioreaktortechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Büchs)<br />
Diese bioverfahrenstechnische Vorlesung befasst<br />
sich mit den Eigenschaften von Bioreaktoren, die auf<br />
den speziellen Bedarf und die Empfindlichkeit biologischer<br />
Systeme abgestimmt sein müssen.<br />
Hier werden die charakteristischen Kenndaten und<br />
das häufig nichtideale Verhalten von Bioreaktoren<br />
erfasst.<br />
Entscheidende Parameter sind z.B. die Strömungsregime,<br />
der Leistungseintrag, die Durchmischung, die<br />
Sauerstoffzufuhr und Kohlendioxidabfuhr, die hydromechanische<br />
Belastung der kultivierten Mikroorganismen<br />
und die Wärmeabfuhr.<br />
Die Auswirkungen der Reaktoreigenschaften auf das<br />
Verhalten der kultivierten Mikroorganismen werden<br />
herausgearbeitet. Ein wichtiges Thema ist dabei<br />
die Maßstabübertragung von Bioprozessen aus sehr<br />
kleinen Laborreaktoren in großtechnische Produktionsanlagen.<br />
Die Vorlesung wird ergänzt durch Vor–<br />
/Selbstrechenübungen, in denen Bioreaktoren<br />
ausgelegt werden und das zu erwartende Verhalten<br />
der Biologie abgeschätzt wird.<br />
Bioreaktionstechnik<br />
(V2/Ü2,WS) (Büchs)<br />
Durch die Vorlesung ’Reaktionstechnik’ soll das<br />
Verständnis für grundlegende Phänomene der Reaktionskinetik<br />
vermittelt werden. Die Studierenden<br />
sollen den Einfluss kinetischer Größen verstehen,<br />
und lernen durch gezieltes Eingreifen die durch sie<br />
bestimmten Prozesse zu steuern und zu regeln. Dabei<br />
werden unterschiedliche chemische und biologische<br />
Prozesse beschrieben, angefangen auf der Ebene<br />
der thermodynamischen Elementarprozesse bis<br />
hin zu komplexen Reaktionen. Hierbei werden beispielsweise<br />
verschiedene katalytische Reaktionen,<br />
Stoff- und Wärmetransportphänomene, unterschiedliche<br />
Wachstumsmodelle für Mikroorganismen und<br />
die Bilanzierung biotechnologischer Prozesse detailliert<br />
diskutiert. Die Betrachtung von Kinetiken<br />
auf verschiedenen Größenskalen, schließt nicht nur<br />
die detaillierte mechanistische Analyse im biologischen<br />
und chemischen Kontext ein, sondern beinhaltet<br />
auch deren Modellierung und Simulation. Hierzu<br />
werden den Studierenden in praktischen Übungen<br />
der Umgang mit Simulationswerkzeugen, sowie<br />
das Arbeiten mit unstrukturierten, strukturierten<br />
und segregierten Modellen vermittelt. Verschiedene<br />
Optimierungsstrategien und Techniken werden ver-
32 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
mittelt, um den theoretisch diskutierten Einfluss der<br />
kinetischen Phänomene in der praktischen Anwendung<br />
zu untersuchen.<br />
Biotechnologie I: Grundlagen<br />
(V2/Ü0,WS) (Schwaneberg)<br />
Die Vorlesung soll den Studierenden das für die<br />
Biotechnologie unerlässliche Grundwissen und Verständnis<br />
für biologische, biochemische und technische<br />
Vorgänge vermitteln. Der biologisch orientierte<br />
Hörer soll das für die Biotechnologie unerlässliche<br />
Mindestmaß an verfahrenstechnischem Wissen<br />
bekommen, und umgekehrt soll der technisch orientierte<br />
Hörer die ebenso unverzichtbaren Grundkenntnisse<br />
der Biologie und der Biochemie erhalten. Die<br />
vermittelten biologisch-biochemischen und verfahrenstechnischen<br />
Grundkenntnisse sind für das Verständnis<br />
der Biotechnologie insgesamt unerlässlich;<br />
sie erleichtern auch die Mitverfolgung späterer Spezialvorlesungen,<br />
z.B. der Umweltbiologie. Eine Vorlesungskurzfassung<br />
(Skriptum) zur Biotechnologie I<br />
ist erhältlich. Nach einleitender Definition und Abgrenzung<br />
der Biotechnologie und kurzem Blick auf<br />
die geschichtliche Entwicklung werden die biologischen<br />
Ausgangsmaterialien, mit denen heute Biotechnologie<br />
betrieben wird, vorgestellt. Es folgt die<br />
Erörterung von Wachstum und Ernährung und wichtiger<br />
Stoffwechselwege, deren Verknüpfung und Regulation<br />
einschließlich einiger quantitativer Zusammenhänge,<br />
auf denen wichtige Verfahren der Biotechnologie<br />
basieren. Im Kapitel über fermentationstechnische<br />
Grundoperationen werden typische<br />
Probleme und Gesetzmäßigkeiten von Bioprozessen<br />
unter den Themen Oberflächenkultivierung, Sauerstoffversorgung,<br />
Rühren, Sterilisieren, kontinuierliche<br />
Prozessführung und Maßstabsvergrößerung abgehandelt.<br />
Bei den aufarbeitungstechnischen Grundoperationen<br />
werden zunächst die verschiedenen Methoden<br />
der Abtrennung von Organismenmasse und<br />
deren Aufschluss erörtert. Es folgen Ausführungen<br />
über die für die Biotechnologie wichtigen Extraktionsverfahren,<br />
Fällungsmethoden, Chromatographie,<br />
Membranverfahren, thermische Konzentrierung und<br />
Trocknung von Biomaterialien.<br />
Biotechnologie II: Stoffproduktionen und –<br />
umwandlungen<br />
(V2/Ü0,SS) (Schwaneberg)<br />
Biotechnologische Stoffproduktionen und<br />
–umwandlungen (Transformation) werden an<br />
ausgesuchten Beispielen erläutert. Hierzu zählt<br />
die biotechnologische Herstellung klassischer<br />
Fermentationsprodukte (Einzellerprotein, Backhefe,<br />
Ethanol, Zitronensäure, Aminosäuren), Pharmawirkstoffe<br />
(Penicilline und andere Antibiotika),<br />
Mutterkornalkaloide, Lebensmittel (Bier und andere<br />
Fermentationsprodukte), sowie biochemische<br />
Transformationen und Bioprozesse mit nativen und<br />
gentechnisch verändterten mikrobiellen, pflanzlichen<br />
und tierischen Zellen. Der vorherige Besuch<br />
der Vorlesung Biotechnologie I (Grundlagen) wird<br />
dringend empfohlen. Schriftliches Begleitmaterial<br />
ist am Lehrstuhl für Biotechnologie erhältlich.<br />
Biotechnologie IV: Umweltbiotechnologie<br />
(V2/Ü0,SS) (Schwaneberg)<br />
Nach einer kurzen Einführung und einer Definition<br />
der Umweltbiotechnologie wird ein Einblick in<br />
die unterschiedlichen im Umweltbereich angewendeten<br />
biotechnologischen Verfahren und Prozesse<br />
gegeben. Zu diesen zählen z.B. fermentative Produktionen<br />
unter Nutzung von Reststoffen aus anderen<br />
Industrien, biotechnologische Verfahren zur Gewinnung<br />
und Beseitigung von Schwermetallen, biologische<br />
Trinkwasseraufbereitung, biologische Abwasseraufbereitung<br />
durch aerobe und anaerobe Verfahren,<br />
biologische Bodensanierung sowie die biologische<br />
Abfall– und Abluftbehandlung. Der vorherige<br />
Besuch der Vorlesung Biotechnologie I (Grundlagen)<br />
wird dringend empfohlen. Schriftliches Begleitmaterial<br />
ist am Lehrstuhl für Biotechnologie erhältlich.<br />
Chemical Product Design - Produktentwicklung<br />
in der Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü2,SS) (Melin)<br />
Viele Verfahrenstechnik-Ingenieure stehen heute<br />
nicht mehr vor der Aufgabe, die Erzeugung von<br />
Massenchemikalien zu optimieren, sondern chemische<br />
Wertprodukte zu entwickeln oder zu verbessern.<br />
Dabei stellen sich weit vor der Prozessentwicklung<br />
vielfältige interdisziplinäre Fragestellungen bezüglich<br />
der gezielten Einstellung bestimmter Produkteigenschaften.<br />
In der Vorlesung werden anhand eines einfachen<br />
Schemas die verschiedenen Schritte einer Produktentwicklung<br />
vermittelt: Von der Festlegung der Anforderungen<br />
an das Produkt über die Ideenfindung<br />
und die Auswahl der besten Ideen bis zur Herstellung<br />
des Produkts.<br />
Anhand von zahlreichen Beispielen werden die Auswirkungen<br />
einzelner Entwicklungsschritte auf die<br />
Eigenschaften des Produkts erläutert und die vielfältigen<br />
Problemstellungen bei der Produktentwick-
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 33<br />
lung aufgezeigt. In einer begleitenden Projektübung<br />
in Kleingruppen wird das Erlernte praxisnah an konkreten<br />
Fallbeispielen angewendet.<br />
Chemie für Verfahrenstechniker<br />
(V3/Ü0,SS) (Hölderich und Liauw)<br />
Jeder industrielle chemische Prozess ist das Resultat<br />
des Zusammenspiels von chemischen Reaktionen<br />
mit physikalisch-chemischen und verfahrenstechnischen<br />
Aspekten. Das Ziel der Vorlesung ist es, ein<br />
Grundverständnis für dieses Zusammenspiel anhand<br />
ausgewählter und industriell bedeutender Reaktionen<br />
und Prozesse zu vermitteln. Typische Grundlagenkenntnisse<br />
eines Verfahrenstechnikers - wie z.B.<br />
Wärme- und Stofftransport - werden vorausgesetzt<br />
bzw. nur sehr kurz behandelt. Schwerpunkte sind<br />
die Nomenklatur chemischer Verbindungen, die Arten<br />
der chemischen Bindung, die Kinetik homogener<br />
und heterogener Reaktionen, die Grundlagen der<br />
Katalyse sowie eine kurze Betrachtung reaktionstechnischer<br />
Prinzipien. Die Auswahl der Reaktionen<br />
und Verfahren erfolgte nach zwei Kriterien:<br />
1. Wichtige Produkte der organischen und anorganischen<br />
industriellen Chemie sowie deren Eigenschaften<br />
und Herstellung werden im Rahmen<br />
der Vorlesung behandelt.<br />
2. Die Prozesse wurden so ausgewählt, daß eine<br />
Vielzahl an unterschiedlichen chemischen Verfahren<br />
im Hinblick auf folgende Aspekte behandelt<br />
werden:<br />
• unterschiedliche Produkte wie Benzin,<br />
Dieselöl, Synthesegas, Wasserstoff, Olefine,<br />
Aromaten, Alkohole, Polymere,<br />
Chlor, Natronlauge, Schwefelsäure, Ammoniak,<br />
Düngemittel<br />
• unterschiedliche Typen chemischer Reaktionen<br />
wie z. B. Gasphasenreaktionen,<br />
Gas/Feststoffreaktionen, homogen<br />
und heterogen katalysierte Reaktionen<br />
• verschiedene Reaktortypen wie z. B. Wirbelschicht,<br />
Festbett, Flugstrom etc.<br />
• unterschiedliche Prinzipien der Reaktionsführung<br />
wie z. B. adiabat, gekühlt,<br />
Kreislauf etc.<br />
Chemische Verfahrenstechnik (I)<br />
(V2/Ü1,SS) (Melin)<br />
Der Chemiereaktor stellt das Herz der Stoffumwandlungstechnik<br />
dar. Seine Auslegung und Optimierung<br />
erfordert interdisziplinäre Kenntnisse und Fertigkeiten,<br />
die oft auf andere verfahrenstechnische Apparate<br />
übertragbar sind. Zunächst wird ein systematischer<br />
Überblick über die Vielfalt der eingesetzten<br />
Reaktortypen gegeben. Im folgenden Grundlagenteil<br />
werden für die Vorlesung wichtige Zusammenhänge<br />
der physikalischen Chemie, Thermodynamik<br />
und Kinetik zusammengestellt. Es folgt die Behandlung<br />
idealisierter Reaktorsysteme, des Rührkesselreaktors,<br />
des idealen Strömungsrohrs und von Kaskaden<br />
idealer Reaktoren - zunächst unter Vernachlässigung<br />
der Wärmetönung. Danach wird als wesentliche<br />
Nichtidealität das Verweilzeitverhalten, seine<br />
Ermittlung, mathematische Formulierung und sein<br />
Einfluss auf Umsatzgrad, Selektivität und Leistung<br />
diskutiert. Im letzten Teil der Vorlesung wird die<br />
Wärmetönung in die Reaktorberechnung einbezogen.<br />
Lage und Stabilität der Betriebspunkte des kontinuierlich<br />
durchströmten Rührkesselreaktors werden<br />
als Funktion der Betriebsparameter untersucht.<br />
Schließlich wird auf die Optimierung von Reaktoren<br />
eingegangen. Schwerpunkt ist die Behandlung reversibler<br />
exothermer Reaktionen in isothermen und<br />
teiladiabaten Reaktorsystemen und von Grundprinzipien<br />
für die Behandlung von Parallel– und Folgereaktionen.<br />
Chemische Verfahrenstechnik II<br />
(V2/Ü2,WS) (Melin)<br />
Die zweite Vorlesung zur Chemischen Verfahrenstechnik<br />
(CVT II) befasst sich überwiegend mit<br />
mehrphasigen Reaktionssystemen und dem Zusammenspiel<br />
von Stofftransport und chemischer Reaktion.<br />
U.a. werden heterogen katalysierte Systeme<br />
und der wichtige Bereich der Beschleunigung des<br />
Gas/Flüssigkeits–Stofftransportes durch chemische<br />
Reaktion behandelt. Die Vorlesung wird durch zahlreiche<br />
Praxisbeispiele, durch Seminarvorträge der<br />
Teilnehmer und eine Rechnerübung ergänzt.<br />
Einführung in die Ökotoxikologie und<br />
Ökochemie<br />
(V2,WS) (Schäffer)<br />
Inhalt: Ökotoxikologie: Bioverfügbarkeit, Bioakkumulation,<br />
Effektend-punkte für Organismen,<br />
Populationen und Biozönosen, Ermittlung von<br />
Dosis- Wirkungsbeziehungen und Effektschwellen,<br />
Zusammen-wirken multipler Stressoren. Ökochemie:<br />
Eigenschaften, Funktion und Prozesse von<br />
Umweltmatrices (Boden, Pflanze, Wasser, Atmosphäre),<br />
Verhalten und Nachweis von organischen<br />
und anorganischen Spurenstoffen (Extraktionsme-
34 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
thoden, Spektroskopie, Chromatographie)<br />
Lernziele: Die Studierenden sollen Kenntnisse und<br />
Methoden erlernen, Umweltchemikalien in verschiedenen<br />
Matrizes und deren öko-toxische Effekte<br />
auf Organismen, Populationen und Ökosysteme zu<br />
analysieren und zu bewerten.<br />
Einführung in die Prozessleittechnik<br />
(V1/Ü1,WS) (Epple)<br />
Die Veranstaltung „Einführung in die Prozessleittechnik”<br />
stellt sich aus ausgewählten Vorlesungen<br />
der Veranstaltung „Prozessleittechnik II” zusammen.<br />
Die zu besuchenden Veranstaltungen werden<br />
zu Beginn der Vorlesungsreihe „Prozessleittechnik<br />
II” bekannt gegeben. Im Umfeld der Prozessleittechnik<br />
treffen unterschiedliche Informationswelten<br />
aufeinander, die aus verschiedenen Bereichen<br />
der Prozess– und Verfahrenstechnik stammen. Zur<br />
Strukturierung und Beschreibung solcher Systeme<br />
werden Herangehensweisen und Methoden aus der<br />
Informationstechnik genutzt. Im Vordergrund dieser<br />
Veranstaltung steht die informationstechnische<br />
Beschreibung aus Sicht der Prozessleittechnik, deren<br />
Aufgabe es ist, den bestimmungsgemäßen Betrieb<br />
von Anlagen und Prozessen sicherzustellen.<br />
Aus leittechnischer Sicht befinden sich dabei im<br />
Mittelpunkt des Interesses die Struktur der anlagentechnischen<br />
Welt (wie z.B. Bildung von Steuereinheiten<br />
für Anlagenressourcen), die Gliederung von<br />
Prozessabläufen (wie z.B. Batch-Steuerung, Rezeptverwaltung)<br />
und die gerätetechnische Welt (wie z.B.<br />
Planung von Instandhaltungsmaßnahmen).<br />
Einführung in die Verfahrenstechnik I,II<br />
(je V2/Ü1,WS/SS) (Modigell)<br />
(für Studienrichtung Energietechnik, Studiengang<br />
Abfallentsorgung und Aufbaustudium Umwelttechnik)<br />
Ziel der Vorlesung ist es, Nichtverfahrenstechnikern<br />
die Grundlagen der verfahrenstechnischen Arbeitsmethodik<br />
zu vermitteln. Nach einer kurzen Einführung<br />
in die Thematik Bilanzierung und Ähnlichkeitstheorie<br />
werden einige der wichtigen Grundoperationen<br />
der chemischen, mechanischen und thermischen<br />
Verfahrenstechnik vorgestellt.<br />
Eigenschaften von Gemischen und Grenzflächen<br />
(V2/Ü1,SS) (Pfennig)<br />
Grundlagen aller Modelle zur Beschreibung verfahrenstechnischer<br />
Prozesse sind Stoffdaten und theoretisch<br />
begründete oder empirische Ansätze zur Beschreibung<br />
der stofflichen Eigenschaften der auftretenden<br />
Systeme. Das für die sichere stoffliche Be-<br />
schreibung notwendige Grundwissen wird in dieser<br />
Vorlesung vermittelt. Dazu werden sowohl die theoretischen<br />
Hintergründe mit den bereits aus der Vorlesung<br />
’Thermodynamik der Gemische’ bekannten<br />
Gleichungen als auch neue Ansätze und Korrelationen<br />
vorgestellt. Daneben werden Modellkonzepte<br />
für die Berechnung häufig benötigter Stoffeigenschaften,<br />
wie z. B. der Viskosität und der Diffusionskoeffizienten<br />
erarbeitet. Die Diskussion der sich<br />
dabei ergebenden Stärken und Schwächen der verschiedenen<br />
Modelle soll die Zuhörer befähigen, bei<br />
zukünftig auftretenden Problemstellungen die besten<br />
verfügbaren Modelle auszuwählen und Ergebnisse<br />
auf Basis von verwendeten Modellen angemessen<br />
kritisch zu bewerten.<br />
Energiesystemtechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Bardow)<br />
Energiesystemtechnik ist die Wissenschaft vom<br />
Zusammenfügen energietechnischer Komponenten,<br />
wie Kraftwerke und Kessel, Wärmepumpen und<br />
Kältemaschinen, Wärmeübertrager und Speicher,<br />
zu Energiesystemen. Typische Energiesysteme sind<br />
Gebäude, industrielle Produktionsbetriebe, Siedlungsgebiete<br />
und Kommunen.<br />
Ihre Versorgung mit mechanischer Energie, Strom,<br />
Raum- bzw. Prozesswärme, Kälte und sonstigen<br />
energieanalogen Dienstleistungen wie Wasser,<br />
Druckluft u.a.m. kann durch unterschiedliche energietechnische<br />
Komponenten in unterschiedlichen<br />
Verschaltungen realisiert werden. Dabei ergeben<br />
sich eine Vielzahl technischer Lösungen, die nach<br />
den Kriterien Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit<br />
und Umweltfreundlichkeit zu bewerten und zu<br />
optimieren sind.<br />
Die Vorlesung Energiesystemtechnik vermittelt die<br />
Grundlagen zur Synthese von Energieerzeugungsanlagen<br />
und sonstigen energietechnischen Komponenten<br />
zu Gesamtsystemen sowie zu deren ökonomischer<br />
und ökologischer Bewertung. Sie ist für<br />
Studenten höherer Semester gedacht und setzt die<br />
Kenntnis der Inhalte der Vorlesung Energiewirtschaft<br />
voraus.<br />
Energiewandlungsmaschinen I<br />
(V2/Ü1,WS) (Bohn)<br />
In dieser Vorlesung werden die Grundlagen der Strömungsmechanik<br />
und der Thermodynamik auf die<br />
Turbomaschinen angewandt. Sie behandelt nach einer<br />
allgemeinen Einführung zunächst die Wirkungsweise<br />
von Schaufelgittern in Turbinen, Verdichtern<br />
und Pumpen. Die Gitter werden danach zu Stufen
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 35<br />
zusammengefasst und deren Zusammenwirken in<br />
ein– und mehrstufigen Turbomaschinen untersucht.<br />
Ferner werden unterschiedlich ausgeführte Maschinen<br />
und Anlagen betrachtet, und Kriterien für die<br />
Auswahl der geeigneten Ausführung bei einem gegebenen<br />
Problem entwickelt.<br />
Die Vorlesung behandelt sowohl die Charakteristiken,<br />
als auch die Betriebsbereichsgrenzen der Maschinen<br />
und Anlagen. Sie werden mit Hilfe der im<br />
Turbomaschinenbau üblichen Kennfelder und Diagramme<br />
verdeutlicht. Sie dienen auch zur Erläuterung<br />
der verschiedenen Regelungsstrategien für Verdichter,<br />
Pumpen und Turbinen. Schließlich werden<br />
die unterschiedlichen, auf die Turbomaschinen und<br />
ihre Komponenten einwirkenden Betriebseinflüsse<br />
beschrieben und Möglichkeiten zur Reduzierung ihres<br />
schädigenden Einflusses gesucht. Abschließend<br />
befasst sich dieser Vorlesungsteil mit den Auswirkungen<br />
von Energieumwandlungsanlagen auf die<br />
Umwelt.<br />
Energiewandlungstechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Bohn)<br />
Einführung in Energiewandlungssysteme: Energiequellen<br />
und Nutzenergie; Energiewandlungsverfahren<br />
Maschinen und Apparate: Funktionsprinzip und<br />
Bauarten; Klassifikation; Auswahl und Anwendung<br />
(Pumpen, Ventilatoren, Gebläse, Verdichter, Turbinen,<br />
Expander, Regel– und Schnellschlussorgane,<br />
Rohrleitungssysteme); Kennlinien; Betriebsbereiche<br />
und Betriebsverhalten<br />
Anwendung und Betrieb von Energiewandlungssystemen:<br />
Zusammenschalten der Maschinen und Apparate<br />
zu Energiewandlungssystemen; Zusammenwirken<br />
der Komponenten; Kennfelder; Regelung<br />
und Teillastbetrieb; transientes Verhalten; Energiebedarf<br />
Anlagenplanung: Prozessintegration an Beispielen;<br />
rechtliche Rahmenbedingungen; Genehmigungsfragen;<br />
Entscheidungskriterien; Kostenrechnung<br />
Umweltverträglichkeit: Rechtliche Grundlagen;<br />
Schadstoffe aus Energiewandlungsanlagen (Mechanismen<br />
der Entstehung, Möglichkeiten der<br />
Vermeidung bzw. Reduzierung); Geräuschentstehung<br />
und –minderung; Strahlungsemission (lokale<br />
und globale Auswirkungen)<br />
Energiewirtschaft<br />
(V2/Ü1,SS) (Müller, Allelein)<br />
Inhalt der Vorlesung ist eine umfassende Einführung<br />
in energiesystemtechnische und energiewirtschaftli-<br />
che Zusammenhänge. Insbesondere werden behandelt:<br />
Teil I:<br />
• Einführung in die globale und nationale Energiewirtschaft<br />
• Fossile Energieträger und fossil gefeuerte<br />
Kraftwerke<br />
• Nutzung von Kernenergie<br />
• Nutzung regenerativer Energiequellen<br />
• Energietransport und -speicherung<br />
Teil II:<br />
• Technische Energiedienstleistungen<br />
• Energiebedarf technischer Energiesysteme<br />
• Thermodynamische Bewertung von Energieumwandlungen<br />
• Thermodynamische Optimierung von Wärmeund<br />
Krafterzeugung<br />
• Wirtschaftliche Analyse von Energiesystemen<br />
Feuerungstechnik<br />
(V2/Ü2,WS) (Kneer)<br />
Diese Vorlesung vertieft die in der Veranstaltung<br />
„Technische Verbrennung” erläuterten Grundlagen<br />
der Verbrennung am Beispiel der Feuerungstechnik.<br />
Anwendungsgebiete sind die Heizungstechnik,<br />
die Verfahrenstechnik oder die Kraftwerkstechnik.<br />
Nach einer kurzen zusammenfassenden Wiederholung<br />
und teilweisen Erweiterung der Grundlagen<br />
der Verbrennung (Bilanzgleichungen, chemisches<br />
Gleichgewicht und Reaktionskinetik) sowie<br />
der Wärme- und Stoffübertragung werden diese Ansätze<br />
angewandt auf die stationäre Verbrennung der<br />
üblichen fossilen Brennstoffe Gas, Öl und Kohle in<br />
technischen Verbrennungssystemen. Angesprochen<br />
werden dabei zunächst die in der Industrie üblichen<br />
Auslegungsmethoden. Eine Erläuterung der in derartigen<br />
Verbrennungssystemen eingesetzten Mess–<br />
und Leittechnik ergänzt diesen Abschnitt. Im zweiten<br />
Teil erfolgt eine Einführung in die in den letzten<br />
Jahren in der Industrie zur Feuerungsauslegung immer<br />
häufiger eingesetzten numerischen Strömungsrechenverfahren.<br />
Dazu gehört die Einführung eines<br />
CFD-Finite-Volumen-Verfahrens, mit dem die dreidimensionalen<br />
Erhaltungsgleichungen für den Impuls,<br />
die Energie und die Spezies für turbulente, reagierende<br />
Strömungen gelöst und die Strömungs–,
36 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Temperatur– und Konzentrationsfelder, einschließlich<br />
der Wärmeübertragung im Brennernahbereich<br />
und im Feuerraum vorausgesagt werden können. Die<br />
Vorlesung wird durch Labor- und Rechnerübungen<br />
begleitet. Dazu gehören Messtechnikübungen an der<br />
Versuchsanlage des Lehrstuhls im ehemaligen Heizkraftwerk<br />
der RWTH Aachen und an Laboranlagen<br />
ebenso wie Blockveranstaltungen zur Einführung<br />
in die Strömungsrechenverfahren mit begleitenden<br />
Übungen anhand von Beispielen aus der Feuerungstechnik.<br />
Fortgeschrittene Polymersynthese<br />
(V2,WS) (Möller)<br />
Inhalt: Anionische Polymerisation, Ringöffnende<br />
Polymerisation, Copolymerisation, Oxazolinpolymerisation,<br />
Proteinanalytik, Metallocenkatalysierte<br />
Polymerisation. Lernziele: Die Studierenden sollen<br />
einen Einblick in moderne Syntheseverfahren für<br />
funktionelle Makromoleküle erhalten und die wichtigsten<br />
Methoden erlernen.<br />
Grundlagen der Aufbereitung fester Abfallstoffe<br />
und Recyclingtechnologien I,II<br />
(V4/Ü4,WS/SS) (Pretz)<br />
Im ersten Teil der Vorlesung (SS) werden die grundlegenden<br />
technischen Verfahren zur Aufbereitung<br />
von Sekundärrohstoffen vorgestellt. Es werden die<br />
Grundoperationen der Zerkleinerung, Klassierung<br />
und Sortierung eingeführt. Die zugehörige Übung<br />
(Blockveranstaltung) beinhaltet Aufbereitungsversuche<br />
mit Abfallstoffen, Vergleich von Verfahrenstechniken,<br />
Bewertung von Aufbereitungsschritten,<br />
Rohstoffanalyse und die Präsentation der Arbeitsergebnisse<br />
im Abschlusskolloquium.<br />
Im zweiten Teil der Vorlesung (WS) werden periphere<br />
Technologien zum Transport, zu Agglomeration<br />
und Abluftbehandlung eingeführt, technische Prozesse<br />
und Kalkulationsverfahren für Recyclingprozesse<br />
dargestellt. Im Rahmen der Übung finden Kleinexkursionen<br />
zu Recyclinganlagen sowie mündliche<br />
Präsentationen von Verfahren und deren abfallwirtschaftlicher<br />
Bedeutung durch die Studierenden statt.<br />
Grundoperationen in der Energietechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Müller)<br />
Inhalte<br />
• Energie: Vorräte, Verbrauch, Umwandlungsprozesse<br />
• Grundlagen der Verbrennung, Schadstoffbildung<br />
• Wärmepumpen, Kältemaschinen, Kombiprozesse<br />
• Wärmeübertrager, Verdampfer, Kondensatoren<br />
• Arbeitsmaschinen: Pumpen, Ventilatoren, Turbinen<br />
Grundlagen der Fluidtechnik<br />
(V2/Ü2,WS) (Murrenhoff)<br />
Die Vorlesung setzt sich aus den beiden Teilbereichen<br />
Hydraulik und Pneumatik zusammen. Im ersten<br />
Teilbereich - der Hydraulik - werden die Grundlagen<br />
der Hydrostatik und Hydrodynamik insoweit<br />
behandelt, dass Durchflussgleichungen, Strömungskräfte,<br />
Induktivitäten und Kapazitäten sowie das<br />
Übertragungsverhalten von Rohrleitungen berechnet<br />
werden können. Weil die Wahl des Druckübertragungsmediums<br />
mit zunehmender Sensibilisierung<br />
für umwelttechnische Fragestellungen eine immer<br />
größer werdende Rolle spielt, werden anschließend<br />
neben dem klassischen Mineralöl auch Aufbau<br />
und Eigenschaften biologisch abbaubarer und<br />
schwerentflammbarer Fluide behandelt. Die Komponenten<br />
für den Aufbau hydraulischer Schaltungen<br />
wie Ventile, Verdrängereinheiten, Filter, Dichtungen,<br />
Druckspeicher, Sensoren sowie das weitere<br />
Zubehör werden in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise<br />
ausführlich vorgestellt. Hierzu werden<br />
typische am Markt gängige Geräte herangezogen.<br />
Ausgehend von der Systematik hydraulischer Antriebe,<br />
die eine Unterscheidung nach Widerstandsund<br />
Verdrängersteuerung auf der einen sowie Speisung<br />
mit eingeprägtem Druck oder eingeprägtem<br />
Volumenstrom auf der anderen Seite vornimmt, werden<br />
schließlich die wesentlichen Regelungen für hydraulische<br />
Geräte und Systeme vorgestellt. Im Teilbereich<br />
Pneumatik wird zunächst auf die theoretischen<br />
Grundlagen eingegangen, wobei hier insbesondere<br />
der erste Hauptsatz der Thermodynamik<br />
und die Zustandsgleichungen idealer Gase behandelt<br />
werden. Hierauf aufbauend werden die besonderen<br />
Eigenschaften des Druckmediums Luft erläutert.<br />
Anhand einiger Beispiele werden anschließend<br />
die einzelnen Komponenten, die zur Drucklufterzeugung<br />
und -aufbereitung bzw. zur Steuerung pneumatischer<br />
Antriebe notwendig sind, behandelt, bevor<br />
auf die Druckluftantriebe (Zylinder, Motoren) eingegangen<br />
wird. Der Teilbereich endet mit der Vorstellung<br />
der wesentlichen Schaltungsmöglichkeiten<br />
in der Pneumatik.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 37<br />
Grundlagen der Luftreinhaltung<br />
(Dipl: V2/Ü2; M.Sc., B.Sc.: V2/Ü1,WS) (Modigell)<br />
Die Vorlesung behandelt die Abscheideverfahren<br />
verschiedener Luftschadstoffe, die insbesondere bei<br />
der Verbrennung fossiler Einsatzstoffe in Kraftwerken<br />
sowie bei der thermischen Reststoffbehandlung<br />
entstehen. Dazu werden zunächst die physikalischen<br />
und chemischen Grundlagen erarbeitet, die für das<br />
Verständnis und die Auslegung der einzelnen Komponenten<br />
wie z.B. Staubabscheider, Nasswäscher,<br />
Adsorption etc. notwendig sind. In den Übungen<br />
werden dazu vereinfachte Auslegungsbeispiele gerechnet.<br />
Auf dieser Basis werden Gesamtkonzepte<br />
für Abgasreinigungsanlagen vorgestellt und am Beispiel<br />
existierender Anlagen diskutiert. Die Veranstaltung<br />
schließt eine Exkursion zu einem Kraftwerk<br />
oder einer Müllverbrennungsanlage ein.<br />
Grundlagen optischer Strömungsmessverfahren<br />
(V2/Ü2,WS) (N.N.)<br />
Grundlagen: Natur des Lichtes, elektromagnetisches<br />
Spektrum, Wechselwirkung zwischen Licht und Materie<br />
Geräte: Lichtquellen, Spektrographen, Detektoren,<br />
sonstige optische Elemente<br />
Schlieren-Verfahren: Prinzip, experimenteller Aufbau,<br />
Anwendungsbeispiele<br />
Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) und Phasen-<br />
Doppler-Anemometrie (PDA): Prinzip, experimenteller<br />
Aufbau, Signalverarbeitung und Auswertung,<br />
Anwendungsbeispiele.<br />
Particle-Imaging-Verfahren (PIV): Prinzip, experimenteller<br />
Aufbau, Anwendungsbeispiele<br />
Emissions– und Absorptionsspektroskopie: Prinzip,<br />
Pyrometrie zur Temperaturbestimmung, Infrarotabsorptionsspektroskopie,<br />
Emissionsspektroskopie im<br />
VIS und UV-Bereich<br />
Fluoreszensmesstechniken: Prinzip, LIF als spektrale<br />
Punktmesstechnik, planare laserinduzierte Fluoreszenz<br />
(PLIF)<br />
Raman-Spektroskopie: Prinzip, experimenteller<br />
Aufbau, Auswertung der Spektren bzgl. Temperatur<br />
und Konzentration, Anwendungsbeispiele<br />
Kohärente anti-Stoke’sche Ramanspektroskopie<br />
(CARS): Prinzip, experimenteller Aufbau,<br />
Auswertung der Spektren bzgl. Temperatur und<br />
Konzentration, Anwendungsbeispiele<br />
Grundlagen und Technik der Brennstoffzellen<br />
(V2/Ü2,WS) (Stolten, FB4)<br />
Behandelt werden die physikalischen und technischen<br />
Grundlagen, Aufbau der Zellen und Werk-<br />
stoffe, Verfahrenstechnik von Brennstoffzellensystemen,<br />
deren Anwendungen und Einbindung in die<br />
Energieversorgungsstrukturen sowie Kosten- und<br />
Markteinführungsaspekte.<br />
Grundoperationen der Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü1,WS) (Modigell)<br />
Verfahrenstechnische Prozesse, und seien sie noch<br />
so kompliziert, sind immer aus vielen einzelnen Apparaten<br />
zusammengesetzt, in denen jeweils sogenannte<br />
Grundoperationen durchgeführt werden. Eine<br />
Grundoperation ist zum Beispiel das ’Zerkleinern’<br />
von Reaktanden, wozu unter anderem das<br />
Brechen von Gesteinsbrocken, das Aufmahlen von<br />
groben Pulvern, das Schneiden fasriger Stoffe oder<br />
auch das Zerstäuben von Flüssigkeiten gehören.<br />
Weitere Grundoperationen sind beispielsweise ’Mischen’<br />
oder ’Auftrennen’von Gemischen. Je nach<br />
dem zu behandelndem Stoffsystem werden auch diese<br />
Grundoperationen wieder auf verschiedene Arten<br />
in unterschiedlichen Apparaten realisiert. In der Vorlesung<br />
werden wichtige Grundoperationen und die<br />
Apparate, in denen sie durchgeführt werden, vorgestellt<br />
und die Grundlagen zu deren Auslegung erarbeitet.<br />
Höhere Regelungstechnik<br />
(V2/Ü2,SS) (Abel)<br />
Die Vorlesung ist als eine Vertiefung nach der<br />
Pflichtveranstaltung Mess- und Regelungstechnik<br />
konzipiert. Aufbauend auf den in Mess- und Regelungstechnik<br />
vermittelten Grundlagen werden<br />
weiterführende Verfahren und regelungstechnische<br />
Werkzeuge behandelt, die die Grundlage zur Bearbeitung<br />
und Lösung vieler regelungstechnischer<br />
Probleme darstellen. Zielgruppe sind Studierende,<br />
die in Mess- und Regelungstechnik die interdisziplinäre<br />
und stark systematisierende Arbeitsweise der<br />
Regelungstechnik kennen gelernt haben und in ihrem<br />
weiteren Studium hier einen Schwerpunkt legen<br />
wollen. Es werden die folgenden Themen vertieft:<br />
• Betragsoptimum<br />
• Wurzelortskurvenverfahren<br />
• Regelkreise mit nichtlinearen Gliedern<br />
• Beschreibungsfunktion<br />
• Z-Transformation<br />
• Zeitdiskrete Regelungen und Steuerungen<br />
• Zustandsregelung<br />
• Zustandsbeobachtung
38 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
• Modellgestützte Prädiktive Regelung<br />
• Robuste Regelung<br />
• Flachheitsbasierte Vorsteuerung<br />
• Robuste Konzepte der Nichtlinearen Regelung<br />
- Sliding Control<br />
Industrielle Umwelttechnik<br />
(Dipl.: V2/Ü2; M.Sc., B.Sc.: V2/Ü1,WS) (Melin)<br />
Ausgehend von der Darstellung der industriellen<br />
Umweltbelastung wird auf die wichtigsten technischen<br />
Maßnahmen zu ihrer Reduzierung eingegangen.<br />
Die nachgeschalteten Umweltschutzverfahren,<br />
die eine Behandlung der emittierten Abluft-<br />
, Abwasser- und Abfallströme zum Ziel haben,<br />
werden anhand von zahlreichen Beispielen erläutert.<br />
Dann wird auf produktionsintegrierte Umweltschutzmaßnahmen<br />
eingegangen. Theorie und Praxis<br />
von Vermeidung, Recycling und Verwertung werden<br />
dargestellt. Im Rahmen einer Seminarveranstaltung<br />
wird darüber hinaus den Studierenden die Möglichkeit<br />
gegeben vor einem Hörerkreis unterschiedlicher<br />
Fachrichtungen (Verfahrenstechnik, Entsorgungsingenieurwesen<br />
und allgemeiner Maschinenbau)<br />
Vorträge aus dem Bereich des allgemeinen<br />
Umweltschutzes zu halten. Neben der selbständigen<br />
Bearbeitung der Vortragsthemen aus den Fachgebieten<br />
der Verfahrenstechnik, Siedlungswasserwirtschaft<br />
und Abfallwirtschaft ist der interdisziplinäre<br />
Charakter vor allem durch die gemeinsame und<br />
fachübergreifende Diskussion im Anschluss an die<br />
Vorträge gegeben.<br />
In situ-Spektroskopie zur Prozessführung<br />
(V2Ü1,SS) (Liauw)<br />
Inhalt: Grundlagen der Spektroskopie-Arten UV,<br />
Vis, MIR, NIR, ATRMIR, Raman, NMR; ex-situ/in<br />
situ/operando; Vorstellung verfügbarer Geräte; Beispiele<br />
aus der Produktion; Probleme und Lösungsansätze;<br />
regelungstechnische Grundlagen. Lernziele:<br />
Die Studierenden können bei Fragestellungen aus<br />
der chemischen Produktion fundierte Vorschläge zur<br />
Implementierung spektroskopischer Methoden machen.<br />
Interdisziplinäres Praktikum<br />
Biotechnologie/Bioverfahrenstechnik<br />
(V0/PÜ3,WS) (Büchs, Schwaneberg, Spieß, Reiss)<br />
Dieses Praktikum wurde zusammen mit dem Lehrstuhl<br />
für Biotechnologie (Fakultät 1), Prof. Hartmeier<br />
konzipiert. In gemischten Gruppen, die aus<br />
Maschinenbau- und Biologiestudierenden zusammengesetzt<br />
sind, werden selbständig praktische<br />
Versuche an Fermentations– und Aufarbeitungsanlagen<br />
durchgeführt. Die Biologiestudenten werden<br />
vorrangig die mikrobiologischen, analytischen<br />
und steriltechnischen Arbeitselemente übernehmen,<br />
während die Maschinenbaustudenten hauptsächlich<br />
die technischen Aufgaben (rechnergestützte online-<br />
Datenerfassung, Prozessbilanzierung, Abschätzung<br />
von Stoffübergängen usw.) ausführen. Die Praktikumsversuche<br />
werden gemeinsam ausgewertet.<br />
Beim Abschlusskolloquium sollen die biologischen<br />
Aspekte von den Maschinenbauern und die technischen<br />
Aspekte von den Biologen vorgetragen werden.<br />
Auf diese Weise soll der interdisziplinäre Austausch<br />
über Fachgebietsgrenzen hinweg gefördert<br />
werden. Die Maschinenbaustudenten haben außerdem<br />
die Möglichkeit zusammen mit den Biologen<br />
zusätzlich am zweiten Teil des Praktikums teilzunehmen.<br />
Katalyse in der Technik<br />
(V2/Ü0,WS) (Liauw)<br />
Die Vorlesung gliedert sich hälftig in die „homogene<br />
Katalyse” und die „heterogene Katalyse”. Zunächst<br />
werden die Grundlagen der homogenen bzw. heterogenen<br />
Katalyse behandelt: Ausgehend von den Reaktionsmechanismen<br />
werden die Katalysatortypen,<br />
deren Herstellung und Charakterisierung behandelt.<br />
Dabei werden auch Fragen der Deaktivierung und<br />
der Regeneration von Katalysatoren behandelt. Eine<br />
Übersicht über die Verwendung von Katalysatoren<br />
in der Erdölraffination, in der Synthese von Chemikalien<br />
und im Umweltschutz schließen das Kapitel<br />
„Grundlagen” ab. Anhand ausgewählter Beispiele<br />
wird dann ausführlich sowohl für die homogene<br />
als auch für die heterogene Katalyse der Weg von<br />
der Katalysatorentwicklung im Labor bis zum technischen<br />
Prozess aufgezeigt. Aspekte, die dabei betrachtet<br />
werden, sind z.B. experimentelle Methoden<br />
zu Katalysatorauswahl und zur Bestimmung kinetischer<br />
Konstanten, Reaktortypen katalytischer Prozesse,<br />
Grundlagen der Modellierung katalytischer<br />
Reaktionssysteme und wirtschaftlicher Aspekte.<br />
Die Vorlesung wird abgerundet durch eine (kurze)<br />
Behandlung der Biokatalyse und die Darstellung<br />
neuer Konzepte und Entwicklungen auf den Gebieten<br />
der homogenen und der heterogenen Katalyse.<br />
Katalyse in der Technik<br />
(V2/Ü0,SS) (Hölderich)<br />
Die Vorlesung befasst sich zunächst mit den Grundlagen<br />
der Katalyse: Aufbauend auf der allgemeinen<br />
Diskussion von am Katalysator auftretenden
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 39<br />
Phänomenen wie Ad– und Chemisorption, der modellhaften<br />
Beschreibung der damit verbundenen Geschwindigkeiten,<br />
der Transportphänomene (Diffusionstypen)<br />
und abschließend der Kombination dieser<br />
Vorgänge beim Ablauf einer katalytischen Reaktion<br />
wird der Hörer in die Katalyse eingeführt. Anhand<br />
gängiger heterogener Feststoffkatalysatoren werden<br />
anschließend die Synthese, die Modifizierung, die<br />
Herstellung von Formkörpern und die Methoden zur<br />
Katalysatorcharakterisierung vorgestellt. Hieran angeschlossen<br />
wird mit Hilfe ausgewählter Beispiele<br />
der industrielle Einsatz dieser Katalysatoren in Gas–<br />
und Flüssigphasenreaktionen beschrieben und die<br />
Bedeutung einer gemeinsamen Katalysator- und Reaktorentwicklung<br />
diskutiert. Abschließend werden<br />
die Methoden zur Katalysatorauswahl, Bestimmung<br />
kinetischer Konstanten, der mathematischen Abbildung<br />
von katalytischen Systemen und weitergehenden<br />
Phänomenen wie z.B. Desaktivierung oder Inkubationszeiten<br />
besprochen. Die Vorlesung schließt<br />
mit der Betrachtung des Einsatzes von Katalysatoren<br />
für umweltfreundliche Synthesen von bedeutenden<br />
Zwischenprodukten und Feinchemikalien, dem<br />
Einsatz in Alltagsanwendungen wie Kraftfahrzeugen<br />
und End of Pipe Industrieabgasreinigungen sowie<br />
einer Einführung in die homogene und enzymatische<br />
Katalyse. Dem Gesichtspunkt Umweltschutz<br />
mit Hilfe der Katalyse wird besondere Bedeutung<br />
zugemessen.<br />
Kinetik des Stofftransportes<br />
(V2/Ü1,SS) (Pfennig)<br />
Der Stofftransport ist entscheidend für viele chemische,<br />
verfahrenstechnische und biologische Prozesse.<br />
Bei vielen Anwendungen kommt hinzu, dass sich<br />
der Stofftransport aus diffusiven und konvektiven<br />
Anteilen ergibt. Dieses Wechselspiel wird zudem<br />
durch die Geometrie des Stoffaustauschproblems (z.<br />
B. Tropfen, Blase, Film) mitbestimmt. Ziel der Vorlesung<br />
ist es daher, die praktisch relevanten Vorraussetzungen<br />
zu vermitteln, die insbesondere für<br />
die Entwicklung und den Einsatz moderner Verfahrensmodelle<br />
benötigt werden. Themen sind entsprechend<br />
die Diffusion in Zwei- und Mehrstoffsystemen,<br />
die Überlagerung mit konvektivem Transport<br />
unter verschiedenen geometrischen Randbedingungen<br />
und insbesondere das dynamische Geschehen an<br />
Phasengrenzen. Mit dieser Vorlesung soll die Basis<br />
für das Verständnis einfacher und komplexer Stofftransportprozesse<br />
gelegt werden, wie es heute vielfach<br />
benötigt wird.<br />
Kolloidchemie<br />
(V2/Ü0,SS) (Richtering)<br />
Inhalt: Einteilung kolloidaler Systeme, Theorien zur<br />
Stabilität von Dispersionen und Emulsionen: DL-<br />
VO Theorie, sterische Stabilisierung, Depletion-<br />
Wechselwirkung, Assoziationskolloide, Phasendiagramme,<br />
Stabilität und Flockung kolloidaler Dispersionen.<br />
Lernziele: Die Studierenden sollen vertraut werden<br />
mit modernen Vorstellungen über die Stabilität<br />
von Dispersionen, Emulsionen und Polymerlösungen.<br />
Sie sollen den Einfluss chemischer Größen<br />
(pH-Wert, Salzgehalt, Zusatz organischer Stoffe)<br />
und physikalischer Größen (Konzentration, Temperatur,<br />
Teilchenform) auf die Stabilität kolloidaler<br />
Systeme verstehen lernen und in die Lage versetzt<br />
werden, kolloidchemische Messungen zu interpretieren.<br />
Kosten und Wirtschaftlichkeit von Bioprozessen<br />
(V1/Ü1,WS) (Büchs)<br />
Im Rahmen dieser Vorlesung werden verschiedene<br />
Aspekte zur ökonomischen Beurteilung von Bioprozessen<br />
vorgestellt, mit dem Ziel, eine Optimierung<br />
ungeeigneter Prozessparameter zu vermeiden.<br />
Es werden typische Anlagenkonfigurationen für biotechnische/biotechnologische<br />
Produkte vorgestellt<br />
und für unbekannte Prozesse geeignete Anlagenkonfigurationen<br />
vorgeschlagen. Inhalte und Aussagekraft<br />
von Prozess- und Kostenmodellen werden<br />
differenziert sowie grundlegende Begriffe aus der<br />
Kosten- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung vermittelt<br />
und auf bestehende Prozesse angewandt. Aufgezeigte<br />
Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen werden angemessen<br />
interpretiert und Folgerungen für den Bioprozess<br />
abgeleitet. Ferner werden Vorgehensweisen<br />
für die ökonomische Optimierung von Bioprozessen<br />
vorgestellt. Für den anwendungsbezogenen Teil<br />
der Vorlesung / Übung wird die Software SuperPro<br />
Designer verwendet, welche mittlerweile als industrieller<br />
Standard für die ökonomische Beurteilung<br />
von Bioprozessen gilt. Hierbei werden manuelle und<br />
computergestützte Kostenrechnungsmethoden angewendet<br />
und deren Vorhersagenstärke beurteilt. Typische<br />
Projektfragestellungen werden sowohl auf wirtschaftliche<br />
als auch auf Prozessfragestellungen hin<br />
analysiert und adäquat in eine Software übertragen.<br />
Kraftwerksprozesse<br />
(V2/Ü1,WS) (Bohn)<br />
Im Mittelpunkt der Vorlesung steht die Optimierung<br />
vorhandener und neuer Prozesse zur Erzeu-
40 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
gung von mechanischer, thermischer und elektrischer<br />
Energie bei Einsatz unterschiedlicher Primärenergieträger.<br />
Themenschwerpunkte sind kombinierte<br />
Kraft– und Kraft-Wärme-Verbund-Anlagen,<br />
Kohlevergasung und Wirbelschichtfeuerungen sowie<br />
Teillast– und Störfallverhalten von Prozessen.<br />
Des Weiteren werden in der Vorlesung Verfahren<br />
zur Simulation moderner Kraftwerksprozesse vorgestellt<br />
und anhand ausgewählter Beispiele angewendet.<br />
Mathematische Strömungslehre I<br />
(V2/Ü1,WS) (Schröder)<br />
• Grundlagen zur Lösung partieller Differentialgleichungen<br />
• Formulierung, Anfangs- und Randbedingungen<br />
und Klassifizierung partieller Differentialgleichungen<br />
• Herleitung von Differenzenausdrücken<br />
• Konsistenz, Stabilität und Konvergenz von<br />
Finiten-Differenzen-Verfahren<br />
• Iterative Lösungsverfahren für elliptische Differentialgleichungen<br />
Material- und Stoffkunde<br />
(V2/Ü2,WS) (Modigell)<br />
Die Vorlesung Material-und Stoffkunde bietet in<br />
kompakter Form die Grundzüge von Physik und<br />
Chemie. Der Einstieg durch einfache physikalische<br />
Modelle und die Einführung wichtiger Grundbegriffe<br />
ermöglicht ein tiefergehendes Verständnis, das für<br />
eine Modellbildung unerlässlich ist. Die verschiedenen<br />
Zustandsformen der Materie werden phänomenologisch<br />
beschrieben und gängige Ordnungsschemata<br />
eingeführt. Mechanische und thermische Eigenschaften<br />
werden diskutiert und Grundzüge des<br />
Stofftransportes erklärt. Auch Grenzflächenphänomene<br />
werden besprochen. Der letzte Teil der Vorlesung<br />
beschäftigt sich mit Grundlagen der elektrischen<br />
und optischen Eigenschaften von Materie, sowie<br />
einer Einführung in Chemische Reaktionen.<br />
Mechanische Verfahrenstechnik (I)<br />
(V2/Ü1,SS) (Modigell)<br />
In dieser Vorlesung werden die Grundoperationen<br />
der mechanischen Verfahrenstechnik behandelt.<br />
Schwerpunktmäßig wird die Partikel- und Separationstechnologie<br />
vorgestellt, wobei Systeme mit zumindest<br />
einer festen Phase im Vordergrund stehen.<br />
Schwerpunkte der Vorlesung sind:<br />
• Methoden und Maschinen der Zerkleinerung<br />
• Messung und Darstellung von Kornverteilungen<br />
• Siebung: Methoden, Maschinen, Fraktionsabscheidekurven<br />
• Bewegung von Feststoffpartikeln in Fluiden<br />
• Berechnung von Zentrifugen<br />
• Auslegungsgleichungen für Zyklone<br />
• Strömungen durch Schüttungen<br />
• Berechnungs- und Betriebsgrundlagen für Filterapparate<br />
und Filtermittel<br />
Mechanische Verfahrenstechnik II<br />
(V2/Ü2,WS) (Modigell)<br />
Die Grundlage der Verfahrenstechnik bildet die Idee,<br />
Produktionsprozesse aus einer überschaubaren Anzahl<br />
von Grundoperationen zusammenzusetzen. Bei<br />
allen Grundoperationen ist die Verwendung von<br />
Bilanzgleichungen zur theoretischen Erfassung der<br />
physikalischen Vorgänge von großer Bedeutung. Eine<br />
weitere wichtige Grundlage ist die Dimensionsanalyse<br />
(Ähnlichkeitstheorie). Im einzelnen werden<br />
in der Vorlesung folgende Themen behandelt:<br />
• Erhaltungssätze: Bilanzgleichungen in allgemeiner<br />
Form, Erhaltungssätze für Gesamtmasse,<br />
Masse einer Stoffart, Impuls und Energie in<br />
differentieller Form, Transportansätze für Stoff,<br />
Impuls und Energie, Erhaltungssätze in integrierter<br />
Form<br />
• Dimensionsanalyse und Modelltheorie: Grundlagen,<br />
Anwendungen in den Bereichen Mischen<br />
und Rühren sowie bei der Erfassung veränderlicher<br />
Stoffdaten<br />
• Anwendungsbedingte Modifikationen der Bilanzgleichungen:<br />
Störungsrechnung, Unstetigkeitsflächen<br />
(Phasengrenzen), Turbulente Strömung<br />
Medizinische Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Yüce)<br />
Die Vorlesung medizinische Verfahrenstechnik behandelt<br />
die interdisziplinären Themenschwerpunkte<br />
aus der Verfahrenstechnik und der Medizintechnik,<br />
wobei auch einige ausgewählte, verfahrenstechnisch<br />
interessante Inhalte aus dem Pharmabereich<br />
behandelt werden. Nach der Einführung in die Vorlesungsinhalte<br />
werden zunächst die Fließeigenschaften<br />
(Rheologie) und die mechanische Stabilität des
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 41<br />
Bluts als Grundlage für die Berechnung und Auslegung<br />
von Geräten, in denen das Blut mechanisch beansprucht<br />
wird, z. B. in Blutpumpen, erläutert. Einen<br />
weiteren wichtigen Themenschwerpunkt stellen die<br />
Stofftrennverfahren dar. Verfahren zur Blutseparation<br />
und der Einsatz von Membranverfahren entweder<br />
als künstlicher Ersatz für menschliche Organe (z.B.<br />
Niere, Lunge) oder als Peripherie von solchen Geräten<br />
werden behandelt. Außerdem wird auf die Werkstoffe<br />
für die medizinische Verfahrenstechnik eingegangen.<br />
Zum Schluss werden die Techniken zur Sterilisation<br />
in der Medizin und Pharmaindustrie vorgestellt.<br />
Mehrphasenströmung<br />
(V2/Ü2,WS) (Modigell)<br />
In nahezu jedem verfahrenstechnischen Prozess liegen<br />
komplexe, mehrphasige Strömungen vor, für deren<br />
Berechnung vereinfachende Annahmen getroffen<br />
werden müssen. Die Vorlesung vermittelt zunächst<br />
die Grundlagen zur Beschreibung der Bewegung<br />
einzelner Partikel und Tropfen und geht dann<br />
über zu Systemen mit hohen Konzentrationen der dispersen<br />
Phase und zur numerischen Modellierung<br />
mehrphasiger Strömungen. Auf der Basis dieses<br />
theoretischen Hintergrunds werden viele konkrete<br />
Prozessbeispiele vorgestellt. Die Palette der Anwendungsfälle<br />
reicht von Elektro-Staubabscheidern über<br />
Wirbelschichtapparate und pneumatischen Transport<br />
mit hohen Partikelbeladungen bis hin zu Gas-<br />
Flüssig-Strömungen, wie sie in Blasensäulen oder<br />
Rieselfilmapparaten vorliegen. Abschließend werden<br />
auch Möglichkeiten der Berechnung von mehrphasigen<br />
Sonderfällen wie Bioreaktoren oder dem<br />
LD-Konverter in der Stahlerzeugung besprochen, bis<br />
hin zu Gas-Flüssig-Strömungen, wie sie in Blasensäulen<br />
oder Rieselfilmapparaten vorliegen.<br />
Membranverfahren<br />
(V2/Ü2,WS) (Melin)<br />
Mit der Entwicklung leistungsfähiger und beständiger<br />
Membranen auf der Basis von Polymeren haben<br />
die Membranverfahren in den letzten 10 Jahren als<br />
energetisch und wirtschaftlich interessante Grundoperation<br />
Eingang in die Verfahrenstechnik gefunden.<br />
Insbesondere in der Lebensmitteltechnik, der<br />
Bioverfahrenstechnik und der Aufarbeitung industrieller<br />
Abwässer sind die Membranverfahren eine<br />
vielversprechende Alternative zu den konventionellen<br />
Trennverfahren, z.B. der Eindampfung.<br />
Die Vorlesung behandelt die Grundlagen des Stofftransportes<br />
in Membranen und an der Membrano-<br />
berfläche für die Verfahren Umkehrosmose, Gaspermeation,<br />
Pervaporation, Elektrodialyse und Ultrafiltration.<br />
Darauf aufbauend werden Moduldesign,<br />
Moduloptimierung sowie Modulschaltungen<br />
besprochen. Einige erfolgreiche Anwendungen werden<br />
diskutiert.<br />
(Mess– und) Regelungstechnik<br />
(V3/Ü2,WS) (Abel)<br />
Mess- und Regelungstechnik ist als Einführung in<br />
die Grundlagen der Mess- und Regelungstechnik<br />
Pflichtfach für alle Studierenden des Maschinenbaus.<br />
Es werden Kenntnisse und Fähigkeiten vermittelt,<br />
die den angehenden Diplomingenieur in die<br />
Lage versetzen, die in seinem Fachgebiet vorkommenden<br />
Aufgaben der Signalverarbeitung, Steuerung<br />
und Regelung sowie der Beschreibung und<br />
Analyse dynamischer Systeme systematisch zu bearbeiten<br />
und praktisch nutzbaren Lösungen zuzuführen.<br />
Im Einzelnen sind die Lehrinhalte:<br />
• Ziele der Steuerung und Regelung: Beispiele<br />
einfacher Regelungen, Grundbegriffe, Bezeichnungen,<br />
Wirkungsplan<br />
• Statisches Verhalten von Übertragungsgliedern<br />
(Regelstrecken, Mess- und Stelleinrichtungen)<br />
und Regelkreisen: Kennlinienfelder, Linearisierung<br />
nichtlinearer Zusammenhänge, Regelfaktor<br />
• Dynamisches Verhalten von Übertragungsgliedern:<br />
Modelle, Differentialgleichungen<br />
für das Übertragungsverhalten, Laplace-<br />
Transformation, Übertragungsfunktion,<br />
Frequenzgang, Ortskurven, Bode-Diagramm<br />
• Stabilität dynamischer Systeme, insbesondere<br />
von Regelkreisen: Reglereinstellung, Einstellregeln,<br />
Gütemaße, algebraische und geometrische<br />
Stabilitätskriterien<br />
• Gerätetechnik: Verstärker mit Rückkopplung,<br />
hydraulische und elektronische Regler, Messprinzipien,<br />
Messgeräte und Stelleinrichtungen<br />
• Lineare Abtastregelungen: Beschreibung zeitdiskreter<br />
Übertragungssysteme, quasikontinuierliche<br />
Abtastregelung<br />
• Regelungssysteme mit nichtlinearen Übertragungsgliedern:<br />
Folgeregelungen, Regelungen<br />
mit schaltenden Reglern
42 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
• Vermaschte Regelkreise: Vorregelung, Aufschalten<br />
von Stör-, Hilfsstell- und Hilfsregelgrößen,<br />
Kaskadenregelung, Vorsteuerung, Führungsgrößenfilter<br />
• Mehrgrößenregelungen: Kopplungen und Entkopplung<br />
von Regelkreisen<br />
Messtechnik und Analytik für Prozesse und<br />
Materialien<br />
(V0/S2,WS) (AVT-Professoren)<br />
Inhalte werden noch erarbeitet.<br />
Modellbildung und Analyse<br />
verfahrenstechnischer Prozesse<br />
(V2/Ü1,WS) (Marquardt)<br />
In zunehmendem Maße werden Entscheidungen in<br />
der Verfahrenstechnik auf Basis von Simulation und<br />
Optimierung getroffen. Mathematische Modelle bilden<br />
die Grundlage solcher Berechnungen. Deshalb<br />
wird in dieser Vorlesung des Pflichtteils die systematische<br />
Modellierung von verfahrenstechnischen<br />
Prozessen behandelt. Im Zentrum der Modelle stehen<br />
in der Verfahrenstechnik die Bilanzgleichungen<br />
von Masse, Energie und Impuls. In der Vorlesung<br />
erfolgt eine systematische Herleitung und es wird<br />
gezeigt, wie sich spezielle Modelle für die vielfältigen<br />
Prozesse der Verfahrenstechnik aus der allgemeinen<br />
Gleichungsstruktur ableiten lassen. Zur Unterstützung<br />
des Modellierungsprozesses bei komplexen<br />
Prozessen wird dann eine auf der Systemtheorie<br />
beruhende Vorgehensweise zur Modellentwicklung<br />
vorgestellt. Dazu gehört die Darstellung von Methoden<br />
zur Strukturierung verfahrenstechnischer Systeme<br />
und der anschließenden Ableitung der bilanzgleichungsbasierten<br />
Beschreibung der in ihnen ablaufenden<br />
physikalisch-chemischen Phänomene sowie<br />
der wesentlichen Modellierungsschritte. In einer<br />
abschließenden Analyse der so erstellten stationären<br />
und dynamischen Modelle wird deren prinzipielle<br />
Lösbarkeit überprüft und damit die Voraussetzung<br />
für die Implementierung auf dem Rechner geschaffen.<br />
Die Vorlesung umfasst damit den gesamten<br />
Bogen der Modellbildung. Das Vorgehen wird<br />
an ausgewählten Beispielen aus der Reaktions- und<br />
Stofftrenntechnik illustriert.<br />
Modellierung der Stoffeigenschaften von<br />
Gemischen<br />
(V2/Ü1,WS) (Pfennig)<br />
Grundlagen aller Modelle zur Beschreibung verfahrenstechnischer<br />
Prozesse sind Stoffdaten und theoretisch<br />
begründete oder empirische Ansätze zur Be-<br />
schreibung der stofflichen Eigenschaften der auftretenden<br />
Systeme. Das für die sichere stoffliche Beschreibung<br />
notwendige Grundwissen wird in dieser<br />
Vorlesung vermittelt. Dazu werden sowohl die theoretischen<br />
Hintergründe mit den bereits aus der Vorlesung<br />
’Thermodynamik der Gemische’ bekannten<br />
Gleichungen als auch neue Ansätze und Korrelationen<br />
vorgestellt. Daneben werden Modellkonzepte<br />
für die Berechnung häufig benötigter Stoffeigenschaften,<br />
wie z. B. der Viskosität und der Diffusionskoeffizienten<br />
erarbeitet. Die Diskussion der sich<br />
dabei ergebenden Stärken und Schwächen der verschiedenen<br />
Modelle soll die Zuhörer befähigen, bei<br />
zukünftig auftretenden Problemstellungen die besten<br />
verfügbaren Modelle auszuwählen und Ergebnisse<br />
auf Basis von verwendeten Modellen angemessen<br />
kritisch zu bewerten.<br />
Modellierung technischer Systeme<br />
(V2/Ü1,SS) (Marquardt)<br />
In zunehmendem Maße werden Entscheidungen in<br />
der Verfahrenstechnik auf Basis von Simulation und<br />
Optimierung getroffen. Mathematische Modelle bilden<br />
die Grundlage solcher Berechnungen. Deshalb<br />
wird in dieser Vorlesung des Pflichtteils die systematische<br />
Modellierung von verfahrenstechnischen<br />
Prozessen behandelt. Im Zentrum der Modelle stehen<br />
in der Verfahrenstechnik die Bilanzgleichungen<br />
von Masse, Energie und Impuls. In der Vorlesung<br />
erfolgt eine systematische Herleitung und es wird<br />
gezeigt, wie sich spezielle Modelle für die vielfältigen<br />
Prozesse der Verfahrenstechnik aus der allgemeinen<br />
Gleichungsstruktur ableiten lassen. Zur Unterstützung<br />
des Modellierungsprozesses bei komplexen<br />
Prozessen wird dann eine auf der Systemtheorie<br />
beruhende Vorgehensweise zur Modellentwicklung<br />
vorgestellt. Dazu gehört die Darstellung von Methoden<br />
zur Strukturierung verfahrenstechnischer Systeme<br />
und der anschließenden Ableitung der bilanzgleichungsbasierten<br />
Beschreibung der in ihnen ablaufenden<br />
physikalisch-chemischen Phänomene sowie<br />
der wesentlichen Modellierungsschritte. In einer<br />
abschließenden Analyse der so erstellten stationären<br />
und dynamischen Modelle wird deren prinzipielle<br />
Lösbarkeit überprüft und damit die Voraussetzung<br />
für die Implementierung auf dem Rechner geschaffen.<br />
Die Vorlesung umfasst damit den gesamten<br />
Bogen der Modellbildung. Das Vorgehen wird<br />
an ausgewählten Beispielen aus der Reaktions- und<br />
Stofftrenntechnik illustriert.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 43<br />
Modellgestützte Schätzmethoden<br />
(V2/Ü2,SS) (Marquardt, Reusken)<br />
In der industriellen Praxis und in der Forschung tritt<br />
immer wieder das Problem auf, dass wichtige Größen<br />
(z. B. Eingangsdaten oder Zustände) nicht direkt<br />
gemessen werden können. Sie müssen stattdessen<br />
aus anderen Messungen rekonstruiert werden.<br />
In der Veranstaltung Simulationstechnik IV, die gemeinschaftlich<br />
vom Institut für Geometrie und Praktische<br />
Mathematik (IGPM) und vom Lehrstuhl für<br />
Prozesstechnik (PT) betreut wird, werden dazu die<br />
grundlegenden Methoden vorgestellt.<br />
Einführend werden die benötigten statistischen<br />
Grundlagen vermittelt. Danach werden die grundlegenden<br />
Eigenschaften inverser Probleme vorgestellt;<br />
hier wird besonders die Schlechtgestelltheit diskutiert.<br />
Anschließend werden Regularisierungsmethoden<br />
zur Lösung schlecht gestellter Probleme sowie<br />
die dazugehörigen Methoden zur Wahl der Regularisierungsparameter<br />
vorgestellt.<br />
Diese Methoden werden dann zur Lösung von<br />
Zustands-, Eingangs- und Parameterschätzproblemen<br />
angewandt und erweitert. Dabei wird die Verknüpfung<br />
von bekannten Methoden, wie beispielsweise<br />
dem Luenberger Beobachter, zu inversen Problemen<br />
gezeigt. Abschließend werden Methoden der<br />
optimalen Versuchsplanung behandelt.<br />
Anwendungen aus der Industrie werden in der Vorlesung<br />
eines Gastdozenten aufgezeigt.<br />
Die begleitende Übung besteht zu ca. 2/3 aus<br />
Rechnerübungen, in denen in der mathematischen<br />
Programmierumgebung MATLAB Lösungsstrategien<br />
für inverse Probleme selbst implementiert und<br />
beurteilt werden. Diese werden durch theoretische<br />
Übungen ergänzt, die das Verständnis des Stoffes<br />
vertiefen.<br />
Moderne Aspekte der angewandten<br />
Enzymtechnologie<br />
(V2/Ü0,SS) (Büchs)<br />
Die Anwendung von Enzymen für die Produktion<br />
von Wertstoffen im industriellen Massstab (’Weiße<br />
Biotechnologie’) erfordert die interdisziplinäre Zusammenarbeit<br />
von Biologen, Chemikern und Verfahrensingenieuren.<br />
Die Veranstaltung ’Moderne<br />
Aspekte der Angewandten Enzymtechnologie’ führt<br />
die wesentlichen Grundlagen und ihre Wechselwirkungen<br />
aus dem Bereich der Biologie (Biokatalysatordesign<br />
und -screening), Chemie (Verfügbarkeit<br />
von Reaktanden, Strategien der Reaktionsführung)<br />
und der Reaktionstechnik (Katalyse, Thermodyna-<br />
mik, Enzymkinetik und -stabilität) zusammen. In einer<br />
Fallstudie wird das Gelernte angewandt, um die<br />
Entwicklung eines enzymkatalysierten Prozesses zu<br />
verfolgen.<br />
Neuere Verfahren der thermischen<br />
Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Pfennig)<br />
In den Vorlesungen Thermische Verfahrenstechnik<br />
I und II wurden die grundlegenden Trennverfahren<br />
vorgestellt und ihre Auslegung behandelt. Die Entwicklung<br />
neuer Verfahren schreitet aber durch neue<br />
Einsichten und konsequente Forschung ständig voran.<br />
Dieser stetigen Weiterentwicklung trägt die Vorlesung<br />
Neuere Verfahren der Thermischen Verfahrenstechnik<br />
Rechnung. Anhand aktueller Veröffentlichungen<br />
in Fachzeitschriften und Tagungsunterlagen<br />
werden die jüngsten Fortschritte im Bereich der<br />
Trennverfahren vorgestellt.<br />
Der Inhalt der Vorlesung umfasst neue Verfahren,<br />
Berechnungsmethoden und Messtechniken. Die Vorlesung<br />
soll in die Lage versetzen, an aktuellen Diskussionen<br />
z.B. auf Fachtagungen und später im Kollegenkreis<br />
aktiv teilzunehmen. Themen sind u. a.<br />
Mikroverfahrenstechnik, Reaktivdestillation und –<br />
extraktion, Trennwandkolonnen und Koaleszenzhilfen.<br />
Die Vorlesung ist seminaristisch gestaltet, wobei<br />
die Teilnehmer die Möglichkeit haben, im kleinen<br />
Kreis ihre Präsentationstechnik zu erproben und<br />
zu verbessern; sie lädt zur Diskussion der neuen Entwicklungen<br />
ein.<br />
Numerische Strömungsmechanik I<br />
(V2/Ü1,SS) (Schröder)<br />
In dieser Vorlesung geht es um die Grundlagen zur<br />
numerischen Simulation von Strömungen. Zunächst<br />
werden die verschiedenen zur Verfügung stehenden<br />
mathematischen Modelle diskutiert. Danach werden<br />
die Grundlagen zur Lösung partieller Differentialgleichungen<br />
auf der Basis finiter Differenzen- oder<br />
finiter Volumenverfahren vermittelt. Dabei werden<br />
Konzepte wie Konsistenz und Stabilität näher vorgestellt.<br />
Abschließender Bestandteil der Vorlesung<br />
sind Lösungsverfahren für elliptische Probleme, wie<br />
sie z.B. in Potentialströmungen auftreten.<br />
Bei der Vorstellung aller mathematischen Zusammenhänge<br />
wird darauf geachtet, diese möglichst allgemein<br />
verständlich und im Zusammenhang mit tatsächlichen<br />
Strömungssimulationen zu diskutieren,<br />
damit die erworbenen Kenntnisse auf reale Simulationprobleme<br />
übertragen werden können. Die Vorlesunf<br />
wird in der Regel auf Englisch gehalten.
44 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Ökotoxikologie<br />
(V2/Ü0,SS) (Schuphan)<br />
Es wird in die ökologischen Grundprinzipien eingeführt,<br />
als Basis zum Verständnis für Chemikalienwirkungen<br />
auf Organismen und Umwelt. Wirkungsmechanismen<br />
werden exemplarisch behandelt,<br />
wie auch Methoden (Biotests) zur Testung von Chemikalien,<br />
Enzymen, usw. Vorkommen, Eigenschaften<br />
und Verhalten (Abbau) von Chemikalien werden<br />
an wichtigen Vertretern einiger Chemikaliengruppen<br />
erläutert.<br />
Optimierung in der Energie- und<br />
Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü2,WS) (Marquardt)<br />
In allen Bereichen des Maschinenbaus gewinnen<br />
rechnergestützte Optimierungsverfahren zunehmend<br />
an Akzeptanz und werden in näherer Zukunft zu<br />
Standardwerkzeugen von Entwicklungsingenieuren<br />
gehören. In dieser Vorlesung werden die mathematischen<br />
Grundkonzepte der Optimierung eingeführt<br />
und anhand von anwendungsorientierten Beispielen<br />
vertieft. Die Vorlesung gliedert sich in drei Teile:<br />
1. Unbeschränkte Optimierung: Für unbeschränkte<br />
Probleme werden die Optimalitätsbedingungen<br />
hergeleitet und die fundamentalen Lösungsansätze<br />
des „line searchs“ und der „trust<br />
region“ vorgestellt. Als „line search“ Verfahren<br />
werden die Methoden des steilsten Abstiegs<br />
und der konjugierten Gradienten und als „trust<br />
region“ Verfahren das Newton Verfahren und<br />
einige quasi Newton Verfahren behandelt.<br />
2. Beschränkte Optimierung: Für beschränkte Optimierungsprobleme<br />
werden die Karush-Kuhn-<br />
Tucker (KKT) Optimalitätsbedingungen hergeleitet<br />
und intensiv diskutiert. Anschließend<br />
werden Lösungsverfahren für spezielle Problemklassen<br />
vorgestellt: Das Simplex Verfahren<br />
für lineare, die quadratische Programmierung<br />
für quadratische und die sequentiell quadratische<br />
Programmierung (SQP) für nichtlineare<br />
Probleme.<br />
3. Spezielle Optimierungsprobleme: Gemischt<br />
ganzzahlige, globale und dynamische Optimierungsprobleme<br />
werden an Hand von Beispielen<br />
aus der aktuellen Forschung in ihren wesentlichen<br />
Grundlagen eingeführt und diskutiert.<br />
Der Vorlesungsstoff wird in den Übungen unter Verwendung<br />
der Matlab-Optimierungstoolbox vertieft.<br />
Partikeltechnologie<br />
(V2/Ü1,SS) (Modigell)<br />
Feste Einsatzstoffe in der Verfahrenstechnik müssen<br />
häufig in Form kleiner Partikel vorliegen, da durch<br />
deren hohe spezifische Oberfläche Stoff- und Wärmeaustauschvorgänge<br />
extrem erleichtert werden. In<br />
der Vorlesung werden die wichtigsten Technologien<br />
zur Partikelherstellung, zum Beispiel durch Zerkleinerung<br />
oder auch Agglomeration, und -verarbeitung<br />
vorgestellt. Grundbegriffe zur Charakterisierung von<br />
Partikelhaufwerken wie etwa die Partikelgrößenverteilung<br />
werden eingeführt. Außerdem wird auf<br />
Partikel-Partikel-Wechselwirkungskräfte eingegangen,<br />
die insbesondere die Handhabung sehr kleiner<br />
Teilchen merklich erschweren. Darüberhinaus werden<br />
die wichtigsten Methoden zur Vermischung und<br />
Trennung von Partikelhaufwerken vorgestellt.<br />
Physikalische Chemie IV (Komplexe<br />
Flüssigkeiten)<br />
(V2/Ü2,SS) (Professoren der Physikalischen<br />
Chemie)<br />
Die Vorlesung befasst sich mit komplexen Flüssigkeiten.<br />
Behandelt werden Polymerlösungen, sowie<br />
Assoziationskolloide und Dispersionen. Stichpunkte:<br />
Kettenstatistik, Kuhnmodell, Persistenzlänge,<br />
Überlappungskonzentration, Skalierungsgesetze,<br />
Flory-Huggins Theorie, kritische Mizellbildungskonzentration,<br />
Packungsparameter, Phasendiagramme,<br />
DLVO Theorie, Flockung. Als experimentelle<br />
Methoden werden behandelt: Licht- und Neutronenstreuung<br />
und Fluoreszenzspektroskopie.<br />
Die Übungen zur Vorlesung werden im Rahmen des<br />
Physikalisch–Chemischen Praktikums abgehandelt.<br />
Physikalische Chemie VI (Physikalische<br />
Festkörperchemie)<br />
(V2/Ü2,SS) (Professoren der Physikalischen<br />
Chemie)<br />
Die Vorlesung beschäftigt sich mit den physikalischchemischen<br />
Eigenschaften von Festkörpern und ihren<br />
Anwendungen als moderne Funktionsmaterialien.<br />
Ausgehend von idealen Festkörpern und ihren<br />
thermodynamischen und elektrischen Eigenschaften<br />
liegt der Schwerpunkt der Vorlesung auf<br />
der Behandlung fehlgeordneter Festkörper. Erst die<br />
Fehlordnung eines Festkörpers und ihre quantitative<br />
Behandlung (Defektchemie) ermöglichen das<br />
Verständnis und die experimentelle Steuerung der<br />
thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften<br />
eines Festkörpers (Sensorik, Masse- und Ladungstransport,<br />
Ionenleitung, Hochtemperaturoxi-
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 45<br />
dation Hochtemperaturbrennstoffzellen). Inhalte der<br />
Vorlesung: Kristallgitter, Bindungen und Bänder in<br />
Festkörpern, Festkörper-thermodynamik, Defekte in<br />
Festkörpern (Defektchemie), Thermodynamik von<br />
Punktdefekten, Festelektrolyte, Nichtstöchiometrische<br />
Verbindungen, Diffusion, Festkörperreaktionen,<br />
Brennstoffzellen, experimentelle Methoden.<br />
Die Übungen zur Vorlesung werden im Rahmen des<br />
Physikalisch–Chemischen Praktikums abgehandelt.<br />
Produktaufarbeitung<br />
(V2/Ü0,WS) (Spieß)<br />
Die Aufarbeitung von Produkten biotechnologischer<br />
Fermentationsprozessen erfordert besondere Methoden,<br />
da aufgrund der thermischen Empfindlichkeit<br />
von Bioprodukten Verfahren wie Destillation nicht<br />
angewandt werden können. In der Vorlesung werden<br />
die wichtigsten Aufarbeitungsmethoden in der Biotechnologie<br />
vorgestellt. Dabei wird auf die Auswahl<br />
der richtigen Methode, die Verfahrensauslegung und<br />
das Vorgehen bei der Erstellung von möglichst optimalen<br />
Aufarbeitungsstrategien eingegangen.<br />
Produktentwicklung in der Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü2,SS) (Melin)<br />
Viele Verfahrenstechnik-Ingenieure stehen heute<br />
nicht mehr vor der Aufgabe, die Erzeugung von<br />
Massenchemikalien zu optimieren, sondern chemische<br />
Wertprodukte zu entwickeln oder zu verbessern.<br />
Dabei stellen sich weit vor der Prozessentwicklung<br />
vielfältige interdisziplinäre Fragestellungen bezüglich<br />
der gezielten Einstellung bestimmter Produkteigenschaften.<br />
In der Vorlesung werden anhand<br />
eines einfachen Schemas die verschiedenen Schritte<br />
einer Produktentwicklung vermittelt: Von der Festlegung<br />
der Anforderungen an das Produkt über die<br />
Ideenfindung und die Auswahl der besten Ideen bis<br />
zur Herstellung des Produkts. Anhand von zahlreichen<br />
Beispielen werden die Auswirkungen einzelner<br />
Entwicklungsschritte auf die Eigenschaften des<br />
Produkts erläutert und die vielfältigen Problemstellungen<br />
bei der Produktentwicklung aufgezeigt. In einer<br />
begleitenden Projektübung in Kleingruppen wird<br />
das Erlernte praxisnah an konkreten Fallbeispielen<br />
angewendet. Die Vorlesung richtet sich an Studierende<br />
höherer Semester, die die Grundlagenvorlesungen<br />
der Verfahrenstechnik bereits gehört haben.<br />
Prozessentwicklung in der Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Marquardt)<br />
Um einen verfahrenstechnischen Prozess zu entwickeln,<br />
muss sowohl eine geeignete Prozessstruktur<br />
erstellt als auch ein möglichst optimaler Arbeits-<br />
punkt (Temperatur, Druck, etc.) bestimmt werden.<br />
Dabei handelt es sich um eine kreative Tätigkeit,<br />
für die in dieser Pflichtvorlesung eine hierarchische<br />
Vorgehensweise vorgestellt wird, bei der die Gesamtfunktion<br />
eines Prozesses stufenweise detailliert<br />
wird. Dadurch ist der Entwurf alternativer Fließbilder<br />
möglich. Auf den verschiedenen Entwicklungsstufen<br />
wird entschieden, ob Prozessvarianten weiterzuverfolgen<br />
oder aus wirtschaftlichen, umwelttechnischen<br />
oder sicherheitstechnischen Überlegungen<br />
heraus auszuschließen sind. Die benötigten Methoden<br />
zur Analyse und Bewertung von Prozessvarianten<br />
werden vermittelt. Dies sind zum einen einfache<br />
Short-cut Verfahren für die Mengen- und Energiebilanzierung<br />
des Prozesses und Dimensionierung<br />
der Apparate, zum anderen Methoden der Wirtschaftlichkeitsrechnung<br />
für die ökonomische Prozessbewertung.<br />
Außerdem werden die auf der Pinch-<br />
Analyse basierenden Methoden der Energieintegration<br />
eingeführt. In der Vorlesung finden grobe Abschätzungsverfahren<br />
besondere Beachtung, um mit<br />
möglichst geringem Aufwand zu einer schnellen Bewertung<br />
von Prozessvarianten zu kommen.<br />
Prozessführung in der Energie- und<br />
Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü2,WS) (Mhamdi, Marquardt)<br />
Bevor die in der Regelungstechnik erworbenen<br />
Kenntnisse zur Einstellung eines Reglers angewendet<br />
werden können, muss ein viel grundlegenderer<br />
Schritt, nämlich die Auswahl einer geeigneten Prozessführungsstrategie<br />
realisiert werden. Das Ziel ist<br />
es hier, die Betreibbarkeit eines Prozesses und den<br />
bestimmungsgemäßen Betrieb der Anlage sicherzustellen.<br />
Die Betreibbarkeit beschreibt die Fähigkeit<br />
(oder Schwierigkeit) eines Prozesses, die bestimmungsgemäße<br />
Funktion und damit alle Anforderungen<br />
an Sicherheit, Umweltschutz, Produktqualität<br />
und Wirtschaftlichkeit unter Beachtung betrieblicher<br />
Beschränkungen und veränderlicher Randbedingungen<br />
zu erfüllen. Dies kann zum einen durch gestalterische<br />
Maßnahmen (Veränderung des Prozesses)<br />
oder durch automatisierungstechnische Maßnahmen<br />
erreicht werden. Fragen der Betreibbarkeit<br />
und die Entwicklung von Prozessführungsstrategien<br />
bilden die Schwerpunkte der Vorlesung. Thematisch<br />
werden hierfür die Zuordnung von Regel- und<br />
Stellgrößen sowie die Analyse der prozessbedingten<br />
Beschränkungen der erreichbaren Regelgüte untersucht.<br />
Der Entwurf und die konkrete Realisierung<br />
der Regelung werden hingegen in der Vorle-
46 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
sung nicht behandelt. Die in der Vorlesung erarbeiteten<br />
Konzepte und Methoden werden in der begleitenden<br />
Übung an ausgewählten Beispielen erprobt.<br />
Zusätzlich werden in der letzten Übung des Semesters<br />
im Rahmen einer Laborübung die erlernten Methoden<br />
an einer realen Destillationskolonne demonstriert<br />
und ihre Vor bzw. Nachteile diskutiert.<br />
Prozessintensivierung und Thermische<br />
Hybridverfahren<br />
(V2/Ü1,WS) (Pfennig)<br />
Die Vorlesung stellt eine Fortsetzung der Vorlesung<br />
Thermische Trennverfahren dar. In ihr werden weitere<br />
Verfahren und klassische Berechnungsmethoden<br />
vorgestellt.<br />
Inhalte der Vorlesung:<br />
• Reaktivrektifikation<br />
• Reaktivextraktion<br />
• weitere Reaktivverfahren<br />
• Azeotrop- und Extraktivrektifikation<br />
• Trennwandkolonnen<br />
• Trennmaschinen<br />
• Simulated-Moving-Bed Chromatographie<br />
• Dispersionstrennung<br />
• Mini -und Mikroplant Technik.<br />
Prozessleittechnik und Anlagenautomatisierung<br />
(V2/Ü1,SS) (Abel)<br />
In vielen Bereichen des Maschinenbaus sind komplexe<br />
Anlagen zu automatisieren, die über viele Einund<br />
Ausgangsgrößen verfügen. Speicherprogrammierbare<br />
Steuerungen und Prozessleitsysteme unterstützen<br />
die Regelung und Steuerung, aber auch die<br />
Prozessvisualisierung und -dokumentation in sehr<br />
komfortabler Weise, so dass der Planer/Entwickler<br />
sich auf die inhaltliche regelungs- und steuerungstechnische<br />
Arbeit konzentrieren kann. In dieser auf<br />
Regelungstechnik (bzw. vergleichbaren Vorlesungen)<br />
aufbauenden Lehrveranstaltung werden einige<br />
Prinzipien und die Gerätetechnik erläutert und in<br />
praktischen Einsatzbeispielen im Rahmen von mehreren<br />
Übungen in Gruppenarbeit vertieft. Im Laufe<br />
der letzten Jahre wurde in den Räumen des Instituts<br />
eine „Modellfabrik für Lehre und Forschung“<br />
aufgebaut und in Betrieb genommen. Diese umfasst<br />
einen prozesstechnischen Teil, einen fertigungstechnischen<br />
Teil sowie die Integration eines Industrieroboters<br />
für Handlingaufgaben. Dadurch besteht<br />
die Möglichkeit, modernste Automatisierungstechnik<br />
kennen zu lernen und in den Übungen eigene Anwendungserfahrungen<br />
damit zu sammeln. Durch die<br />
räumliche Nähe kann der Vorlesungsstoff jederzeit<br />
durch praktische Beispiele ergänzt und anschaulich<br />
erläutert werden.<br />
Themen:<br />
• Vorstellung der Modellfabrik<br />
• Begriffe, Strukturen und Darstellungsformen in<br />
der Prozess- und Steuerungstechnik<br />
• Feldnahe Komponenten: Sensoren, Aktoren<br />
• Geräte zur Prozesssteuerung, -regelung und -<br />
überwachung: Einzelregler, speicherprogrammierbare<br />
Steuerungen, Bussysteme, Prozessleitsysteme<br />
• Industrieroboter: Aufgaben, Einsatzbereiche<br />
• Laborübungen: R&I Fließbilder, Speicherprogammierbare<br />
Steuerungen, Prozessleitsystem,<br />
Industrieroboter<br />
Reaktionstechnik<br />
(V2/Ü1,WS) (Büchs)<br />
Durch die Vorlesung ’Reaktionstechnik’ soll das<br />
Verständnis für grundlegende Phänomene der Reaktionskinetik<br />
vermittelt werden. Die Studierenden<br />
sollen den Einfluss kinetischer Größen verstehen,<br />
und lernen durch gezieltes Eingreifen die durch sie<br />
bestimmten Prozesse zu steuern und zu regeln. Dabei<br />
werden unterschiedliche chemische und biologische<br />
Prozesse beschrieben, angefangen auf der Ebene<br />
der thermodynamischen Elementarprozesse bis<br />
hin zu komplexen Reaktionen. Hierbei werden beispielsweise<br />
verschiedene katalytische Reaktionen,<br />
Stoff- und Wärmetransportphänomene, unterschiedliche<br />
Wachstumsmodelle für Mikroorganismen und<br />
die Bilanzierung biotechnologischer Prozesse detailliert<br />
diskutiert. Die Betrachtung von Kinetiken<br />
auf verschiedenen Größenskalen, schließt nicht nur<br />
die detaillierte mechanistische Analyse im biologischen<br />
und chemischen Kontext ein, sondern beinhaltet<br />
auch deren Modellierung und Simulation. Hierzu<br />
werden den Studierenden in praktischen Übungen<br />
der Umgang mit Simulationswerkzeugen, sowie<br />
das Arbeiten mit unstrukturierten, strukturierten<br />
und segregierten Modellen vermittelt. Verschiedene<br />
Optimierungsstrategien und Techniken werden vermittelt,<br />
um den theoretisch diskutierten Einfluss der<br />
kinetischen Phänomene in der praktischen Anwendung<br />
zu untersuchen.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 47<br />
Rechnergestützte Prozessentwicklung<br />
(Dipl: V1/Ü3; B.Sc.: V1/Ü2,SS) (Marquardt)<br />
Der Entwurf von chemischen Prozessen und Anlagen<br />
findet heute größtenteils am Rechner statt. Dabei<br />
spielt Simulationssoftware eine zentrale Rolle.<br />
Mit Hilfe eines Simulators kann ein mathematisches<br />
Modell der geplanten Anlage erstellt und ihr Verhalten<br />
simuliert werden. Derartige Simulationsexperimente<br />
sind Grundlage für die Auslegung der Apparate<br />
und Maschinen sowie die Spezifikation von<br />
Stoffströmen, Temperaturen und Drücken.<br />
Die Vorlesung vermittelt Kenntnisse über die Funktionsweise<br />
von Simulatoren und die ihnen zugrunde<br />
liegenden numerischen Verfahren. Darüber hinaus<br />
werden weitere industriell relevante Softwarewerkzeuge<br />
vorgestellt und fortgeschrittene Methoden zur<br />
Entwicklung von Trennsequenzen behandelt.<br />
Im Übungsteil entwerfen die Kursteilnehmer mit<br />
Hilfe des kommerziellen Simulators Aspen Plus<br />
selbstständig einen Prozess zur Herstellung von<br />
Ethylenglykol. Da dieses Fallbeispiel sehr komplex<br />
ist, wird der Kurs in Gruppen aufgeteilt, die jeweils<br />
einen Prozessabschnitt genauer untersuchen. Jede<br />
Gruppe dokumentiert ihre Ergebnisse in einem kurzen<br />
Projektbericht und stellt sie in einem abschließenden<br />
Kolloquium vor.<br />
Der Kurs baut auf der Vorlesung Prozessentwicklung<br />
in der Verfahrenstechnik auf. Kenntnis der Vorlesungen<br />
Thermodynamik der Gemische, Thermische<br />
Verfahrenstechnik I und Chemische Verfahrenstechnik<br />
I ist von Vorteil.<br />
Rheologie (I)<br />
(V2/Ü2,SS) (Modigell)<br />
Rheologie ist die Lehre vom Fließen der Stoffe. Viele<br />
Fluide, die im Ingenieurwesen relevant sind, besitzen<br />
nicht-Newtonsche Fließeigenschaften (z.B. Polymere,<br />
Suspensionen), bei denen die Viskosität von<br />
der Art und der Vorgeschichte der Beanspruchung<br />
abhängt. In der Vorlesungsreihe werden Apparaturen<br />
und experimentelle Methoden dieser Eigenschaften<br />
behandelt und mathematische Modelle zur Beschreibung<br />
dieses Sachverhaltes vorgestellt und diskutiert.<br />
Ferner werden die Grundlagen zur Berechnung von<br />
Strömungsfeldern nicht-Newtonscher Flüssigkeiten<br />
gelehrt.<br />
Simulationstechnik I (B.Sc. CES)<br />
(V1/Ü1,WS) (Marquardt,Behr)<br />
Die Veranstaltung ist zweigeteilt: im Wintersemester<br />
soll die Anwendung von Simulationstechniken<br />
zur Lösung aktueller Forschungsaufgaben anhand<br />
von Vorträgen aus den Instituten vorgestellt werden.<br />
Dies umfasst Themen aus der Robotik, der Strukturund<br />
Kontinuumsmechanik, der Strömungs- und Verbrennungsmechanik,<br />
der Verfahrens- und Energietechnik<br />
und der Visualisierung (Virtual Reality). Im<br />
Sommersemester soll in praktischen Übungen die<br />
Lösung einfacher Simulationsaufgaben erläutert und<br />
durchgeführt werden. Die Simulationen werden in<br />
Matlab/Simulink durchgeführt.<br />
Simulationstechnik II (B.Sc. CES)<br />
(V2/L2,WS) (Marquardt)<br />
Die Vorlesung Simulationstechnik II vermittelt die<br />
grundlegenden Fähigkeiten zum selbständigen Lösen<br />
von Simulationsproblemen. Die Lösung von Simulationsproblemen<br />
wird anhand eines Ablaufschemas<br />
diskutiert, von dem einzelne Schritte im Detail<br />
betrachtet werden. Hierbei stellt sich beispielsweise<br />
die Frage, wie ein technisches System abstrahiert<br />
und mit Hilfe von mathematischen Gleichungen<br />
repräsentiert werden kann. Im Verlauf der Vorlesung<br />
werden verschiedene kommerziell verfügbare<br />
Simulationswerkzeuge vorgestellt und aus Nutzersicht<br />
diskutiert.<br />
In der Übung Simulationstechnik II werden von den<br />
Studenten Beispiele aus verschiedenen technischen<br />
Bereichen mit den in der Vorlesung vermittelten Fähigkeiten<br />
simuliert. Dabei werden zuerst die jeweiligen<br />
Modellgleichungen aufgestellt, die dann mit<br />
verschiedenen kommerziellen Simulationswerkzeugen<br />
gelöst werden.<br />
Solartechnik<br />
(V2/Ü2,WS) (Pitz-Paal)<br />
Die Vorlesung gibt einen Einstieg in das Thema Solartechnik.<br />
Dabei vermittelt sie zunächst die notwendigen<br />
physikalischen Grundlagen und Begriffe<br />
bezüglich Sonnenstand, Helligkeitsverteilung, Spektrum,<br />
Energie, Strahlungstransport in der Atmosphäre<br />
etc... Sie geht dann auf die unterschiedlichen<br />
Möglichkeiten von photothermischer, photoelektrischer<br />
und photochemischer Umwandlung der solaren<br />
Strahlung ein. Der Schwerpunkt der Vorlesung<br />
liegt auf der photothermischen Umwandlung.<br />
Dabei werden die Umwandlungs- und Verlustmechanismen<br />
von Strahlung bis zum Wärmeträger erläutert.<br />
Darüber hinaus werden die Grundlagen zur<br />
Konzentration von Solarstrahlung vermittelt und auf<br />
die Bauweise unterschiedlicher Konzentratoren und<br />
Kollektoren eingegangen. Ausführlich werden die<br />
unterschiedlichen Nutzungsmöglichkeiten der Wärmeenergie<br />
auf unterschiedlichen Temperaturniveaus
48 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
präsentiert. Diese reichen von der Beheizung von<br />
Schwimmbädern bis zur solarthermischen Stromerzeugung<br />
mit unterschiedlichen Technologien. Das<br />
letztere Thema wird dabei vertieft dargestellt. Die<br />
optimale Einkopplung in unterschiedliche Kreisprozesse,<br />
die Bau- und Betriebsweisen von thermischen<br />
Energiespeichern wird erläutert. Auf die Strategien<br />
zur Kostenoptimierung bei der Auslegung solcher<br />
Systeme wird eingegangen.<br />
Stoffübertragung in der Verfahrenstechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Pfennig)<br />
Stofftransport ist ein wesentlicher Schritt bei allen<br />
thermischen Trennverfahren, aber auch in einer<br />
Vielzahl anderer Anwendungen. So ist beispielsweise<br />
der Stofftransport an Katalysatorpellets in vielen<br />
Fällen für die gesamte Reaktionskinetik wichtiger<br />
als die eigentliche Aktivität der katalytisch wirksamen<br />
Zentren im Pellet. Bei vielen Anwendungen<br />
kommt hinzu, dass sich der Stofftransport aus diffusiven<br />
und konvektiven Anteilen ergibt. Dieses Wechselspiel<br />
wird zudem durch die Geometrie des Stoffaustauschproblems<br />
(z. B. Tropfen, Blase, Film) mitbestimmt.<br />
Ziel der Vorlesung ist es daher, die praktisch relevanten<br />
Vorraussetzungen zu vermitteln, die insbesondere<br />
für die Entwicklung und den Einsatz moderner<br />
Verfahrensmodelle benötigt werden. Themen<br />
sind entsprechend die Diffusion in Zwei- und Mehrstoffsystemen,<br />
die Überlagerung mit konvektivem<br />
Transport unter verschiedenen geometrischen Randbedingungen<br />
und insbesondere das dynamische Geschehen<br />
an Phasengrenzen. Gerade letzteres ist häufig<br />
aufgrund von stofftransportinduzierten Konvektionen<br />
entscheidend für die Gesamteffizienz eines<br />
Verfahrens.<br />
Mit dieser Vorlesung soll die Basis für das Verständnis<br />
einfacher und komplexer Stofftransportprozesse<br />
gelegt werden, wie es heute vielfach benötigt wird.<br />
Stoffwechselphysiologie, Mikro- und<br />
Molekularbiologie für Verfahrenstechniker<br />
(V2/TÜ2,SS) (Gellissen)<br />
Die Bedeutung von Mikroorganismen für die Stoffkreisläufe<br />
der Erde und ihre industrielle Nutzung<br />
durch den Menschen werden zunächst besprochen.<br />
Der Zellaufbau von Bakterien und Eukaryonten (dazu<br />
gehören Pilze, Tiere und Pflanzen) wird verglichen<br />
und Grundmechanismen des Stoffwechsels<br />
werden vorgestellt. Physiologie und Messung von<br />
Wachstum sowie die Besprechung von Kultivierungstechniken<br />
sind ebenso biotechnologisch rele-<br />
vante Kapitel wie die Behandlung von Abtötung,<br />
Sterilisierung und Konservierung. Methoden der<br />
Molekularbiologie machen es möglich, die Evolution<br />
von Mikroorganismen und ihrer Leistungen nachzuvollziehen.<br />
Die wichtigsten biotechnologisch relevanten<br />
Organismen werden vorgestellt. Im Abschnitt<br />
über die Genetik wird von Genen und Genomorganisation,<br />
Konstanz und Variabilität, Mutationen<br />
und Gentransfer als eine Grundlage genetischer Manipulation<br />
die Rede sein. Die Genexpression, das<br />
heißt die Realisierung der genetischen Information<br />
der Zellen und ihre Regulation, wird besprochen.<br />
An diese Kapitel schließen sich Erläuterungen der<br />
genetischen Manipulation mittels klassischer und<br />
molekularbiologischer Techniken an. An Beispielen<br />
wird die Entwicklung von neuen Produktionsstämmen<br />
mit gentechnischen Methoden verdeutlicht.<br />
Im Rahmen des Praktikums werden grundlegende<br />
Fertigkeiten für mikrobiologisches und molekularbiologisches<br />
Arbeiten im Labor vermittelt. Es werden<br />
Kulturen auf Schrägager, Petrischalen und im<br />
Flüssigmedium unter Beachtung der Steriltechnik<br />
angelegt. Versuche zur Isolierung von Mikroorganismen<br />
aus verschiedenen Lebensräumen werden<br />
durchgeführt. Die physiologische Vielfalt der Isolate<br />
wird demonstriert. Die Empfindlichkeit von Sporen<br />
und vegetativen Zellen wird verglichen. Das Wachstum<br />
von Bakterien in einer Schüttelkultur wird<br />
mit verschiedenen Methoden gemessen und ausgewertet.<br />
Lichtmikroskopische Beobachtungen vermitteln<br />
einen Eindruck von Größe und Morphologie<br />
verschiedener Mikroorganismen, außerdem werden<br />
Zellkulturen von tierischen und pflanzlichen Zellen<br />
vorgestellt. Im genetischen Teil werden Versuche<br />
zur Mutagenese, zum Gentransfer und zur Gentechnik<br />
durchgeführt. Spontane und durch Mutagenese<br />
induzierte Hefe-Mutanten werden isoliert. Der<br />
Gentransfer zwischen Bakterien oder Hefen erfolgt<br />
mit Hilfe von Bakterienviren oder direkt über den<br />
Kontakt zwischen Zellen. Plasmid-DNA wird aus<br />
Bakterien gewonnen und wieder in Zellen überführt<br />
(=Transformation). Mit Hilfe der Polymerase-<br />
Kettenreaktion wird ein Hefegen vervielfacht, isoliert,<br />
in ein Plasmid eingebaut und in dem Bakterium<br />
Eschericha coli vermehrt. Die Bakterienkolonien mit<br />
der richtigen Hefe-DNA werden durch Farbänderungen<br />
aufgefunden. Sie kommen durch das An– oder<br />
Abschalten eines Gens in dem Bakterium zustande,<br />
welches man deshalb Reportergen nennt.
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 49<br />
Strömungsmechanik I<br />
(V2/Ü2,SS) (Schröder)<br />
Inhalt der Vorlesung:<br />
• Einleitung<br />
• Festkörper, Flüssigkeiten, Gase<br />
• Kinematik der Fluide<br />
• Grundgleichungen strömender Fluide<br />
• Hydrostatik<br />
• Kontinuitätsgleichung und Bernoulli-<br />
Gleichung<br />
• Impulssatz und Impulsmomentensatz<br />
• Strömung in offenen Gerinnen<br />
• Laminare reibungsbehaftete Strömungen<br />
• Turbulente Rohrströmung<br />
•<br />
Strömungsmaschinenmesstechnik<br />
(V2/Ü1,SS) (Bohn)<br />
In dieser anwendungsnahen Lehrveranstaltung werden<br />
verschiedene Messtechniken vorgestellt, die<br />
innerhalb der Turbomaschinentechnik Anwendung<br />
finden. Nachdem zunächst auf die Messung integraler<br />
Größen wie Durchflussmengen, Drehmomente,<br />
Drehzahlen oder Leistung eingegangen wird,<br />
werden lokale Messgrößenerfassungsmethoden zur<br />
Temperaturmessung sowie zur Druck- und Geschwindigkeitsmessung<br />
vorgestellt. Drucksonden,<br />
die Hitzdrahtmesstechnik und verschiedene Spielarten<br />
der Laser-Doppler-Anemometrie stehen dabei<br />
im Mittelpunkt. Weitere Kapitel sind die Sichtbarmachung<br />
von Strömungen und Messtechniken für<br />
Zweiphasenströmungen. Ebenso werden Schub- und<br />
Schallmessungsmethoden sowie Messtechniken für<br />
Schaufel- und Rotorschwingungen vorgestellt. Abschließend<br />
wird auf die auftretenden Messunsicherheiten<br />
und die daraus resultierenden Probleme eingegangen.<br />
Technische Organische Chemie (Prozesse und<br />
Technologie)<br />
(V2/Ü0,WS) (Hölderich)<br />
Die Vorlesung bietet eine umfassende Einführung in<br />
die angewandte industrielle Technische Chemie. Als<br />
Ergänzung zu den Schwerpunktfächern des Studiengangs<br />
wird hier die verfahrenstechnische Umsetzung<br />
chemischer Prozesse im industriellen Maßstab<br />
besprochen. Der Hauptakzent der Vorlesung liegt in<br />
der Vorstellung aller wichtigen chemischen Prozessgruppen,<br />
wie u.a. Carbonylierungs–, Oxidations–,<br />
Hydrier–, Dehydrier–, Alkylierungs– und Aminierungsprozesse.<br />
Jeder der Gruppen wird anhand mehrerer<br />
bedeutender industrieller Beispiele vorgestellt.<br />
Die Diskussion dieser Beispiele umfasst die chemischen<br />
Hintergründe und Punkte wie Reaktordesign<br />
und Stoffaufbereitung, womit die Verbindung zwischen<br />
der reinen Reaktion und ihrer optimalen technischen<br />
Umsetzung hergestellt werden soll.<br />
Technische Verbrennung<br />
(V3/Ü2,SS) (Peters)<br />
Die Verbrennung von festen, flüssigen und gasförmigen<br />
Brennstoffen gehört zu den vom Menschen<br />
am längsten gezielt genutzten chemischen Prozessen<br />
und spielt auch heute noch eine zentrale Rolle<br />
bei der Strom- und Wärmeerzeugung, der Mobilität<br />
sowie bei thermischen Produktionsprozessen.<br />
Im ersten Teil der Vorlesung werden Verbrennungsvorgänge<br />
unter chemischen und thermodynamischen<br />
Gesichtspunkten betrachtet. Dabei werden<br />
folgende Themengebiete behandelt: Stöchiometrische<br />
Betrachtungen und Stoffbilanzen, Energiebilanzen<br />
chemischer Reaktionen, Berechnungen<br />
zum chemischen Gleichgewicht, Brutto- und Elementarreaktionen,<br />
Kinetik homogener und komplexer<br />
Gasreaktionen, Folge- und Kettenreaktionsmechanismen,<br />
Explosions- und Zündungsvorgänge, Bilanzgleichungen<br />
für reagierende Strömungen, vorgemischte<br />
Flammen und Diffusionsflammen, Brenner<br />
und Feuerungssysteme, Verbrennungsmotoren<br />
und Brennstoffzellen. Im zweiten Teil der Vorlesung<br />
werden die fluid-dynamischen Grundlagen für turbulente<br />
Strömungen mit Verbrennung besprochen.<br />
Dazu gehören die notwendigen Erweiterungen der<br />
Bilanzgleichungen für die Energie, die chemischen<br />
Komponenten und die Turbulenzeigenschaften. Als<br />
Reaktionsmodelle für turbulente Verbrennungsvorgänge<br />
werden das „Gemischt = Verbrannt” -Modell<br />
und das Eddy-Break-up-Modell sowie elementare<br />
Ansätze der chemischen Gleichgewichtsthermodynamik<br />
und der Reaktionskinetik bei homogen und<br />
heterogen reagierenden Strömungen behandelt. Diese<br />
Ansätze finden ihre Anwendung bei der Berechnung<br />
der Wärme- und Stoffübertragung in Verbindung<br />
mit der Verbrennung von flüssigen und festen<br />
Brennstoffen.
50 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Thermische Trennverfahren<br />
(V2/Ü1,SS) (Pfennig)<br />
In der Vorlesung Thermische Trennverfahren werden<br />
die wichtigsten, industriell relevanten thermischen<br />
Grundoperationen auf der Grundlage der Vorlesung<br />
Thermodynamik der Gemische vermittelt.<br />
Anhand des Konzeptes der theoretischen Trennstufen<br />
wird gezeigt, wie der apparative Aufwand<br />
und das thermodynamische Gleichgewicht getrennt<br />
voneinander behandelt werden können. Diese separate<br />
Betrachtungsweise ermöglicht insbesondere<br />
die Beschreibung komplexer verfahrenstechnischer<br />
Trennapparate. Auf dieser Grundlage werden<br />
die verschiedenen thermischen Trennverfahren, wie<br />
z.B. die Rektifikation oder die Extraktion, erläutert.<br />
Die Auslegung der Kolonnen erfolgt sowohl auf<br />
rechnerischem Wege mittels sogenannter Short-Cut-<br />
Methoden als auch auf graphischem Wege mit Hilfe<br />
von geeigneten Diagrammen. Der konstruktive Aufbau<br />
und die wesentlichen Bestandteile der verschiedenen<br />
Trennapparate werden dargestellt.<br />
Inhalte der Vorlesung:<br />
• Batch-Rektifikation<br />
• kontinuierliche Rektifikation<br />
• Extraktion<br />
• Absorbtion<br />
• HTU-NTU-Konzept<br />
• Mehrstoffdestillation<br />
• Adsorption<br />
• Chromatographie<br />
• Kristallisation.<br />
Thermische Verfahrenstechnik I<br />
(V2/Ü1,SS) (Pfennig)<br />
In der Vorlesung Thermische Verfahrenstechnik I<br />
werden die wichtigsten, industriell relevanten thermischen<br />
Grundoperationen auf der Grundlage der<br />
Vorlesung Thermodynamik der Gemische vermittelt.<br />
Anhand des Konzeptes der theoretischen Trennstufen<br />
wird gezeigt, wie der apparative Aufwand<br />
und das thermodynamische Gleichgewicht getrennt<br />
voneinander behandelt werden können. Diese separate<br />
Betrachtungsweise ermöglicht insbesondere<br />
die Beschreibung komplexer verfahrenstechnischer<br />
Trennapparate. Auf dieser Grundlage werden<br />
die verschiedenen thermischen Trennverfahren, wie<br />
z.B. die Rektifikation oder die Extraktion, erläutert.<br />
Die Auslegung der Kolonnen erfolgt sowohl auf<br />
rechnerischem Wege mittels sogenannter Short-Cut-<br />
Methoden als auch auf graphischem Wege mit Hilfe<br />
von geeigneten Diagrammen. Der konstruktive Aufbau<br />
und die wesentlichen Bestandteile der verschiedenen<br />
Trennapparate werden dargestellt.<br />
Inhalte der Vorlesung:<br />
• Batch-Rektifikation<br />
• kontinuierliche Rektifikation<br />
• Extraktion<br />
• Absorbtion<br />
• HTU-NTU-Konzept.<br />
Thermische Verfahrenstechnik II<br />
(V2/Ü2,WS) (Pfennig)<br />
Die Vorlesung stellt eine Fortsetzung der Thermischen<br />
Verfahrenstechnik I dar. In ihr werden weitere<br />
Verfahren und klassische Berechnungsmethoden<br />
vorgestellt.<br />
Inhalte der Vorlesung:<br />
• Spezialverfahren der Destillation<br />
• Azeotropdestillation<br />
• Extraktivdestillation<br />
• Numerische Verfahren zur Trennung von Mehrkomponentensystemen<br />
• Energieeinsparung bei der Rektifikation<br />
• Adsorption<br />
• Chromatographie<br />
• Dispersionsmodell<br />
• Reaktivextraktion<br />
• Flüssigmembranverfahren<br />
• Kristallisation.<br />
Thermodynamik der Gemische<br />
(Dipl.: V3/Ü2; M.Sc., B.Sc.: V2/Ü1,WS) (Pfennig)<br />
Zur erfolgreichen Auslegung von Trennapparaten,<br />
wie z.B. Destillations- oder Extraktionskolonnen,<br />
benötigt der Verfahrensingenieur Kenntnisse<br />
über die thermodynamischen Zustandsgrößen (z.B.<br />
Druck, Temperatur, Dichte) der beteiligten Reinstoffe<br />
und Gemische. Die Vorlesung Thermodynamik<br />
der Gemische soll diese Auslegungsgrundlagen vermitteln.<br />
Mittelpunkt der Betrachtungen in dieser Vorlesung<br />
ist das sogenannte thermodynamische Gleichgewicht.<br />
Dazu werden neben der Beschreibung des
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 51<br />
Verhaltens von Reinstoffen insbesondere die beiden<br />
gebräuchlichen Methoden zur Gleichgewichtsberechnung<br />
bei Mehrkomponentensystemen gegenübergestellt:<br />
Aufbauend auf den Kenntnissen der<br />
Vorlesung Thermodynamik I,II (Prof. Lucas – Vordiplom)<br />
wird zunächst die Beschreibung mit Zustandsgleichungen,<br />
wie z.B. der Idealgas-Gleichung,<br />
erarbeitet. Ausgehend von den Schwächen dieser<br />
Methode bei der Beschreibung stark nicht-idealer<br />
Stoffsysteme wird die zweite Methode, nämlich<br />
die Beschreibung über sogenannte Exzessenthalpie-<br />
Modelle (GE–Modelle) vorgestellt.<br />
Die im Rahmen von praktischen Problemstellungen<br />
in diesem Zusammenhang typischerweise auftretenden<br />
Fragen, wie die Beschaffung verschiedenster<br />
Messdaten oder das Umsetzen der Methoden in<br />
mathematische Algorithmen zur praktischen Auslegung<br />
von Trennapparaten werden ebenso diskutiert,<br />
wie die wesentlichen theoretischen Grundlagen der<br />
verschiedenen Modellgleichungen.<br />
Wärmeübertrager und Dampferzeuger<br />
(V2/Ü1,SS) (Kneer)<br />
Die Vorlesung führt in die wärmetechnischen<br />
Auslegungsverfahren von Apparaten zur Wärme–<br />
und Stoffübertragung ein. Im ersten Teil werden<br />
Wärmeaustauscher-Bauarten beschrieben und<br />
Berechnungsverfahren für Wärmeaustauscher ohne<br />
Phasenwechsel vorgestellt. Im zweiten Teil werden,<br />
aufbauend auf den Grundlagen des gleichzeitigen<br />
Wärme– und Stoffaustauschs, Verfahren zur Auslegung<br />
von Apparaten mit Phasenwechsel, wie Trockner,<br />
Verdampfer und Kondensatoren abgeleitet. Diese<br />
Auslegungsverfahren werden abschließend beispielhaft<br />
bei der Auslegung von Dampferzeugern,<br />
Rückkühlern und Kühltürmen angewendet.<br />
Verfahrenstechnisches Seminar<br />
(V0/S2,WS) (AVT-Professoren)<br />
Wasser- und Abwassertechnologie<br />
(V2/S1,SS) (Melin)<br />
Ausgehend von einer Charakterisierung von Abwässern<br />
und deren Inhaltsstoffen und einer kurzen Darstellung<br />
des Wasserrechts werden die wichtigsten<br />
Verfahren zur Reinigung hochbelasteter Abwässer<br />
detailliert behandelt. Die Darstellung geht von den<br />
physikalisch-chemischen Grundlagen aus, erläutert<br />
die Auslegung von Apparaten und deren Anwendung.<br />
Ziel ist eine umfassende Darstellung der Verfahrenstechnik<br />
der Abwasserreinigung.<br />
Wärme– und Stoffübertragung<br />
(V2/Ü2,WS) (Kneer)<br />
Die Vorlesung führt in die Grundlagen der Wärme–<br />
und Stoffübertragung ein. Im ersten Teil wird die<br />
Wärmestrahlung behandelt. Dabei werden die Strahlungseigenschaften<br />
diskutiert und Verfahren zur Bestimmung<br />
des Strahlungsaustauschs zwischen Festkörpern<br />
hergeleitet. Der zweite Teil befasst sich mit<br />
dem Wärmetransport durch Leitung und stellt ausgehend<br />
von der Differentialgleichung des Temperaturfelds<br />
Lösungsverfahren für ein- und mehrdimensionale,<br />
stationäre und instationäre Problemstellungen<br />
vor. Gegenstand des dritten Teils ist der konvektive<br />
Wärmeübergang, dessen Grundlagen anhand der Erhaltungsgleichungen<br />
erläutert und mögliche Vereinfachungen<br />
diskutiert werden. Die Ähnlichkeitstheorie<br />
wird zur Darstellung von Wärmeübergangsgesetzen<br />
angewendet. Darauf aufbauend werden Wärmeübergangsgesetze<br />
bei einphasiger Strömung sowie<br />
bei der Verdampfung und der Kondensation reiner<br />
Dämpfe vorgestellt. Der letzte Teil behandelt<br />
die Grundlagen des Stofftransportes. Die Diffusion<br />
in Zwei- und Mehrkomponentengemischen und die<br />
Stofferhaltungsgleichungen werden diskutiert sowie<br />
die Analogie zwischen Impuls–, Wärme– und Stofftransport<br />
dargestellt.<br />
Werkzeuge der Kunststoffverarbeitung II<br />
(Extrusionswerkzeuge)<br />
(V2/Ü2,WS) (Michaeli)<br />
Inhalte der Vorlesung:<br />
• Rheologische Werkzeugauslegung<br />
• Werkzeuge mit Kreisquerschnitt (z.B. Granulierdüsen,<br />
Spinndüsen)<br />
• Werkzeuge mit Kreisspaltquerschnitt (z.B.<br />
Rohrwerkzeuge, Blasfolienwerkzeuge, Kabelummantelungswerkzeuge)<br />
• Werkzeuge mit Schlitzquerschnitt (z.B. Breitschlitzwerkzeuge)<br />
• Werkzeuge mit beliebigem Austrittsquerschnitt<br />
(Profilwerkzeuge)<br />
• Werkzeuge für die Coextrusion<br />
• Mechanische und thermische Werkzeugauslegung<br />
• Werkstoffauswahl<br />
• Herstellverfahren<br />
• Kalibriervorrichtung
52 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
6 Anhang<br />
Tabelle 3: Master - Fächerkatalog für den Studiengang Verfahrenstechnik<br />
Master - Fächerkatalog<br />
Veranstaltung Dozent WS/SS<br />
Alternative Energietechniken Allelein SS<br />
Angewandte molekulare Katalyse Leitner WS<br />
Angewandte numerische Optimierung Marquardt SS<br />
Anlagenweite Regelung Marquardt, Mönnigmann WS<br />
Ausgewählte Gebiete der mechanischen Verfahrenstechnik Modigell WS<br />
Bioprozesskinetik Büchs SS<br />
Chemische Verfahrenstechnik Melin SS<br />
Chemie für Verfahrenstechniker Hölderich, Liauw SS<br />
Eigenschaften von Gemischen und Grenzflächen Pfennig SS<br />
Einführung in die Ökotoxikologie und Ökochemie Schäffer WS<br />
Fortgeschrittene Polymersynthese Möller WS<br />
Grundlagen der Luftreinhaltung Modigell WS<br />
Grundlagen optischer Strömungsmessverfahren Grünefeld SS<br />
Grundlagen und Technik der Brennstoffzellen Stolten WS<br />
Höhere Regelungstechnik Abel SS<br />
In situ-Spektroskopie zur Prozessführung Liauw SS<br />
Industrielle Umwelttechnik Melin WS<br />
Interdiszipl. Praktikum Biotechnologie / Bioverfahrenstechnik Büchs, Schwaneberg WS<br />
Kraftwerksprozesse Bohn WS<br />
Kolloidchemie Richtering SS<br />
Laser in den Lebenswissenschaften Poprawe, Gillner SS<br />
Mechanische Verfahrenstechnik Modigell SS<br />
Medizinische Verfahrenstechnik Melin, Yüce SS<br />
Mehrphasenströmung Modigell WS<br />
Membranverfahren Melin WS<br />
Messtechnik und Analytik in der Verfahrenstechnik AVT Professoren WS<br />
Metabolic Engineering Büchs, Takors WS<br />
Modellierung technischer Systeme Marquardt SS<br />
Modellierung und Simulation von Transportprozessen Bothe SS<br />
an fluiden Phasengrenzen I<br />
Modellierung und Simulation von Transportprozessen Bothe WS<br />
an fluiden Phasengrenzen II<br />
Modellgestützte Schätzmethoden Marquardt SS<br />
Moderne Aspekte der angewandten Enzymtechnologie Büchs, Ansorge-Schumacher SS<br />
Numerische Strömungsmechanik I Schröder, Meinke SS<br />
Physikalische Festkörperchemie Martin SS<br />
Praktikum Allgemeine und Analytische Chemie I Simon WS<br />
Produktaufarbeitung Büchs, Spieß WS<br />
Prozessintensivierung und Thermische Hybridverfahren Pfennig WS<br />
Prozessleittechnik und Anlagenautomatisierung Abel SS<br />
Rheologie Modigell SS<br />
Thermische Trennverfahren Pfennig SS<br />
Umweltbiotechnologie (Biotechnologie IV) Schwaneberg SS<br />
Verfahrenstechnisches Seminar AVT Professoren WS<br />
Wasser- und Abwassertechnologie Melin SS
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 53<br />
Tabelle 4: Diplom - Studienplan Verfahrenstechnik
54 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Tabelle 5: Diplom - Studienplan Verfahrenstechnik
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 55<br />
7 Platz für persönliche Notizen
56 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong><br />
Platz für persönliche Notizen
AACHENER<br />
VERFAHRENS-<br />
TECHNIK 57<br />
8 Adressen<br />
Studienberatung<br />
Die Studienberatung steht jedem Studenten zu allen<br />
allgemeinen Fragestellungen offen, die das Verfahrenstechnikstudium<br />
betreffen. Sprechstunden werden<br />
dienstags bis donnerstags zwischen 14:00 und<br />
15:00 Uhr angeboten.<br />
Esther Gartz und Heiner Giese beraten Euch gerne<br />
in den Räumen der AVT.Bioverfahrenstechnik:<br />
Ort Sammelbau Biologie, Worringer Weg 1<br />
Raum 38 B 234 und 235<br />
Tel. 0241/80-23566 bzw. 23568<br />
E-Mail studienberatung-vt@avt.rwth-aachen.de<br />
Lehrstühle<br />
Bioverfahrenstechnik<br />
Prof. Dr.–Ing. J. Büchs<br />
Ort Worringerweg 1, 52074 Aachen<br />
Tel. 0241/80-23569<br />
Fax 0241/80-22570<br />
web www.avt.rwth-aachen.de<br />
E-Mail secretary.biovt@avt.rwth-aachen.de<br />
Chemische Verfahrenstechnik<br />
Prof. Dr.–Ing. T. Melin<br />
Prof. Dr.–Ing. M. Wessling<br />
Ort Turmstraße 46, 52064 Aachen<br />
Tel. 0241/80-95470<br />
Fax 0241/80-92252<br />
web www.avt.rwth-aachen.de<br />
E-Mail secretary.cvt@avt.rwth-aachen.de<br />
Mechanische Verfahrenstechnik<br />
Prof. Dr.–Ing. M. Modigell<br />
Ort Turmstraße 46, 52064 Aachen<br />
Tel. 0241/80-95984<br />
Fax 0241/80-92252<br />
web www.avt.rwth-aachen.de<br />
E-Mail secretary.mvt@avt.rwth-aachen.de<br />
Prozesstechnik<br />
Prof. Dr.–Ing. W. Marquardt<br />
Ort Turmstraße 46, 52064 Aachen<br />
Tel. 0241/80-94668<br />
Fax 0241/80-92326<br />
web www.avt.rwth-aachen.de<br />
E-Mail secretary.pt@avt.rwth-aachen.de<br />
Thermische Verfahrenstechnik<br />
Prof. Dr.–Ing. A. Pfennig<br />
Ort Wüllnerstraße 5, 52062 Aachen<br />
Tel. 0241/80-95490<br />
Fax 0241/80-92332<br />
web www.avt.rwth-aachen.de<br />
E-Mail secretary.tvt@avt.rwth-aachen.de<br />
Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung<br />
Prof. Dr.–Ing. R. Kneer<br />
Ort Eilfschonsteinstraße 18,<br />
52062 Aachen<br />
Tel. 0241/80-95400<br />
Fax 0241/80-92143<br />
web www.wsa.rwth-aachen.de<br />
E-Mail info@wsa.rwth-aachen.de<br />
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik<br />
Prof. Dr.–Ing. A. Bardow<br />
Prof. Dr. rer. nat. K. Leonhard<br />
Ort Schinkelstraße 8, 52062 Aachen<br />
Tel. 0241/80-95380<br />
Fax 0241/80-92255<br />
web www.ltt.rwth-aachen.de<br />
E-Mail lucas@ltt.rwth-aachen.de<br />
Fakultät für Maschinenwesen<br />
Im Downloadbereich der Homepage befinden sich<br />
Antragsformulare für Studienplanänderungen und<br />
Erfassungsbögen für Studien–/Diplomarbeiten.<br />
Ort Eilfschornstraße 18, 52062 Aachen<br />
Tel. 0241/80-95305<br />
Fax 0241/80-92144<br />
web www.maschinenbau.rwth-aachen.de<br />
E-Mail dekanat-fb4@rwth-aachen.de
N<br />
A4 aus Richtung<br />
Heerlen, Antwerpen<br />
AB-Ausfahrt<br />
Aachen-<br />
Laurensberg<br />
W O<br />
A4 aus Richtung Köln,<br />
AB-Kreuz Aachen<br />
Ponttor<br />
Roermonder Str.<br />
S<br />
Pontwall<br />
Turmstraße<br />
Kohlscheider Str.<br />
von der Autobahn<br />
H<br />
Pontstraße<br />
Friesenstr.<br />
Malteserstr.<br />
H<br />
Audimax<br />
Wüllnerstraße<br />
H<br />
Claßenstr.<br />
Pariser Ring<br />
Stiewistraße<br />
P<br />
Gut<br />
Melaten<br />
H<br />
Pontstraße<br />
Marienbong.<br />
Toledoring<br />
Pauwelstraße<br />
Helmertweg<br />
Schneebergweg<br />
TVT<br />
CVT/MVT<br />
Worringer Weg<br />
Wendlingweg<br />
P<br />
Roermonder Str.<br />
Wüllnerstraße<br />
Turmstraße<br />
PT<br />
H H<br />
BioVT<br />
Uniklinik<br />
*<br />
P<br />
Steinbergweg<br />
*<br />
P<br />
*<br />
P<br />
Super C<br />
Geschw.-<br />
Scholl-Str.<br />
P<br />
Prof.-<br />
H<br />
Pauwelstraße<br />
Templergraben<br />
TH Hauptg<br />
ebäude<br />
Schinkel-<br />
Pirlet-Str.<br />
P<br />
P<br />
P<br />
Kullenhofstraße<br />
straße<br />
*<br />
P<br />
H<br />
H<br />
Rütscher Straße<br />
Roermonder Straße<br />
Henricistraße<br />
Kühlwetterstr.<br />
Süsterfeldstraße<br />
Pariser Ring<br />
Ponttor<br />
Pontwall<br />
Turmstraße<br />
Bahnhof<br />
Aachen-West<br />
Ampelanlage<br />
Bushaltestellen<br />
Parkmöglichkeiten<br />
parkausweispflichtig,<br />
bitte ggf. Rücksprache<br />
vor Anreise<br />
H<br />
Pontstraße<br />
von Vaalser Straße<br />
graben<br />
Wüllnerstr.<br />
Turmstraße<br />
Claßenstr.<br />
Seffenter<br />
Weg<br />
Valkenburgerstraße<br />
P<br />
P P<br />
G.-Sch.-Str.<br />
*<br />
P<br />
Prof.-<br />
P<br />
Templer-<br />
P<br />
Pirlet-Str.