STUDIENFÜHRER VERFAHRENSTECHNIK - Aachener ...

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30 <strong>STUDIENFÜHRER</strong> <strong>VERFAHRENSTECHNIK</strong> Dabei wird der Schwerpunkt insbesondere auf die regenerativen Energien gelegt. Eine Bewertung der Energiesysteme wird unter besonderer Berücksichtigung technischer, ökonomischer und ökologischer Aspekte vorgenommen Angewandte molekulare Katalyse (V2,WS) (Leitner) Inhalt: Gemeinsamkeiten und Unterschiede metallorganischer und enzymatischer Katalyse; Methoden der Katalysatorentwicklung (rational design, high throughput techniques, directed evolution); Implementierung molekularer Katalyse in unterschiedlichen Bereichen von Grundchemikalien zu Pharmazeutika; Industrielle asymmetrische Katalyse mit chemischen und biochemischen Methoden; Immobilisierung molekularer Katalysatoren; Ausgewählte Beispiele: z.B. Hydroformylierung, Carbonylierung, (asym.) Hydrierung, (asym.) Oxidation, Dimerisierung und Oligomerisierung von Olefinen, Olefinmetathese, C-C Verknüpfung, (dynamische) kinetische Racematspaltung, Methionin Synthese; aktuelle Trends, z.B. C-H Aktivierung, Kaskaden- Reaktionen, bio-metallorganische Hybridkatalysatoren. Lernziele: Molekulares und reaktionstechnisches Verständnis der wichtigsten technischen Anwendungen der molekularen Katalyse; Kenntnis über Potenzial und Limitierung moderner katalytischer Methoden im industriellen Einsatz; Fähigkeit zur Beurteilung unterschiedlicher Ansätze und Verfahrensalternativen. Angewandte molekulare Thermodynamik/ Applied Molecular Thermodynamics (V2/Ü1,WS) (Leonhard) Angewandte Molekulare Thermodynamik ist ein interdisziplinäres Arbeitsfeld auf dem Gebiet fluider Systeme. Seine Anwendungen gründen sich auf die Methoden der klassischen Thermodynamik, seine eigentlichen Wurzeln liegen aber auf dem Gebiet der klassischen Mechanik, der Quantenchemie, der statistischen Physik und der Elektrodynamik. Auf dieser breiten Grundlage wird ein umfassendes Rahmenwerk zur Ableitung von Erkenntnissen über das Verhalten fluider Systeme formuliert. Viele industrielle Anwendungen sowie die Erklärung in der Natur beobachteter Phänomene basieren auf solchem Wissen, z.B. in der Raumfahrtindustrie oder anderen Hochtemperaturanwendungen, in der chemischen Technik und in der Umwelttechnik, in der Biotechnologie und vielen weiteren An- wendungen im Ingenieurwesen. Der Kurs fasst zu Beginn kurz die wesentlichen Ergebnisse der interdisziplinären Grundlagen zusammen und widmet sich dann den Anwendungen aus unterschiedlichen Gebieten von Naturwissenschaft und Technik. Darunter sind die Gastechnologie, einschließlich chemischer Hochtemperatur-Reaktionen, die Aufarbeitungstechnologie für einfache und komplexe flüssige Systeme, und eine Einführung in die Anwendung auf Elektrolyte und biotechnische Systeme. Die Veranstaltung wird in englischer Sprache gehalten. Angewandte numerische Optimierung (V2/Ü2,SS) (Marquardt) siehe Vorlesung: Optimierung in der Energie- und Verfahrenstechnik Angewandte Quantenchemie für Ingenieure (V2/Ü1,SS) (Leonhard) Es soll Verständnis für die Funktion der verschiedenen quantenchemischen Näherungsverfahren vermittelt werden, so dass die Hörer in der Lage sind, zu entscheiden, welche Methode für welche Anwendung geeignet ist. In den Übungen werden quantenmechanische Grundlagen und der Umgang mit quantenchemischer Software am Beispiel immer wieder kehrender Probleme und einiger spezieller Anwendungen erlernt (z.B. Geometrieoptimierung, Spektrenberechnung, Gasphasen-Enthalpien, -Entropien, -Wärmekapazitäten sowie Reaktions- Enthalpien und -Entropien; molekulare Eigenschaften wie Multipolmomente, Polarisierbarkeiten und Dispersionswechselwirkungen (zur Anwendung in Zustandsgleichungen und bei Interesse Berechnung von Realgaseffekten); COSMO-Rechnungen und COSMO-RS zur Bestimmung von Lösungseffekten. Anlagenweite Regelung (V2/Ü2,WS) (Mhamdi) siehe Vorlesung: Prozessführung in der Energie- und Verfahrenstechnik Ausgewählte Gebiete der mechanischen Verfahrenstechnik (V2/Ü2,WS) (Modigell) Aus der gesamten Bandbreite der mechanischen Verfahrenstechnik werden in Teamarbeit ausgewählte Fragestellungen bearbeitet. Nach einer kurzen Einführung, in der die Grundlagen des ausgewählten Themas erörtert werden, wird das Projekt in Teilaspekte gegliedert, die dann in Gruppen weitgehend selbständig bearbeitet werden. Neben der intensiven Beschäftigung mit einer fachlichen Frage sollen
AACHENER VERFAHRENS- TECHNIK 31 hierbei auch Arbeitstechniken, wie z.B. Literaturrecherche und Teamarbeit trainiert werden. Die erarbeiteten Ergebnisse werden schriftlich dokumentiert und in Vorträgen präsentiert. Behandlung von hochbelasteten Abwässern und Hafenschlämmen (V2/Ü2,WS) (Melin) Ausgehend von einer Charakterisierung von Abwässern und deren Inhaltsstoffen und einer kurzen Darstellung des Wasserrechts werden die wichtigsten Verfahren zur Reinigung hochbelasteter Abwässer detailliert behandelt. Die Darstellung geht von den physikalisch-chemischen Grundlagen aus, erläutert die Auslegung von Apparaten und deren Anwendung. Ziel ist eine umfassende Darstellung der Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung. Bioprozesskinetik (V2/Ü1,SS) (Büchs) Innerhalb der Vorlesung ’Bioprozesskinetik’ werden Fermentationen verschiedener Organismen vor allem hinsichtlich des Ablaufs ihrer kinetischen Prozesse -Wachstum und Produktbildung - diskutiert und modelliert. Dies umfasst, die Vorstellung der entsprechenden Kultivierungsprozesse für unterschiedliche Organismen, wie Bakterien, Hefen, Algen und Pilze, sowie die spezifischen Besonderheiten bei der Kultivierung der entsprechenden Spezies. Der Fokus dieser Lehrveranstaltung liegt dabei auf der Diskussion spezieller kinetischer Phänomene wie Inhibierungen und Limitierungen, ihrer biologischen Ursachen, sowie ihrer Auswirkungen auf die verschiedenen Kultivierungsstrategien wie Batch, Fed-Batch oder kontinuierliche Kultur. Es werden den Studierenden Möglichkeiten und Methoden aufgezeigt, diese biologischen Prozesse mit verschiedenen Einflussgrößen zu steuern und zu regeln. Die Lehrveranstaltung Bioprozesskinetik schließt dabei die mathematische Beschreibung der besprochenen Phänomene, sowie die Modellierung am Computer mit ein. Um den Praxisbezug des Lehrinhalts zu verdeutlichen, wird im Rahmen einer übung ein breites Spektrum an Anwendungsbeispielen vorgestellt und mit den Studierenden zusammen am Rechner modelliert und simuliert. Es kommt die Software ModelMaker zum Einsatz, welche aufgrund ihrer intuitiven Oberfläche auch für Einsteiger leicht und schnell zu erlernen ist. Bioreaktortechnik (V2/Ü1,SS) (Büchs) Diese bioverfahrenstechnische Vorlesung befasst sich mit den Eigenschaften von Bioreaktoren, die auf den speziellen Bedarf und die Empfindlichkeit biologischer Systeme abgestimmt sein müssen. Hier werden die charakteristischen Kenndaten und das häufig nichtideale Verhalten von Bioreaktoren erfasst. Entscheidende Parameter sind z.B. die Strömungsregime, der Leistungseintrag, die Durchmischung, die Sauerstoffzufuhr und Kohlendioxidabfuhr, die hydromechanische Belastung der kultivierten Mikroorganismen und die Wärmeabfuhr. Die Auswirkungen der Reaktoreigenschaften auf das Verhalten der kultivierten Mikroorganismen werden herausgearbeitet. Ein wichtiges Thema ist dabei die Maßstabübertragung von Bioprozessen aus sehr kleinen Laborreaktoren in großtechnische Produktionsanlagen. Die Vorlesung wird ergänzt durch Vor– /Selbstrechenübungen, in denen Bioreaktoren ausgelegt werden und das zu erwartende Verhalten der Biologie abgeschätzt wird. Bioreaktionstechnik (V2/Ü2,WS) (Büchs) Durch die Vorlesung ’Reaktionstechnik’ soll das Verständnis für grundlegende Phänomene der Reaktionskinetik vermittelt werden. Die Studierenden sollen den Einfluss kinetischer Größen verstehen, und lernen durch gezieltes Eingreifen die durch sie bestimmten Prozesse zu steuern und zu regeln. Dabei werden unterschiedliche chemische und biologische Prozesse beschrieben, angefangen auf der Ebene der thermodynamischen Elementarprozesse bis hin zu komplexen Reaktionen. Hierbei werden beispielsweise verschiedene katalytische Reaktionen, Stoff- und Wärmetransportphänomene, unterschiedliche Wachstumsmodelle für Mikroorganismen und die Bilanzierung biotechnologischer Prozesse detailliert diskutiert. Die Betrachtung von Kinetiken auf verschiedenen Größenskalen, schließt nicht nur die detaillierte mechanistische Analyse im biologischen und chemischen Kontext ein, sondern beinhaltet auch deren Modellierung und Simulation. Hierzu werden den Studierenden in praktischen Übungen der Umgang mit Simulationswerkzeugen, sowie das Arbeiten mit unstrukturierten, strukturierten und segregierten Modellen vermittelt. Verschiedene Optimierungsstrategien und Techniken werden ver-
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