NWNR301807 Mechanical and thermal process technology II (in Eng.)

Art
Vorlesung
Semesterstunden
2
Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Benedikt, Florian , Al Afif, Rafat
Organisation
Verfahrens- und Energietechnik
Angeboten im Semester
Wintersemester 2025/26
Unterrichts-/ Lehrsprachen
Englisch
Lehrinhalt

Aufbauend auf den Grundlagen der mechanischen und thermischen Verfahrenstechnik werden moderne extraktive Trennverfahren, die für die Lebensmittel-, wie auch für die Biotechnologie von wachsender Bedeutung sind, vertiefender dargestellt. Zudem wird mit der Reaktionstechnik ein sehr wichtiger Bereich der Verfahrenstechnik systematisch von den Grundlagen bis zur Anwendung dargestellt.

Teil A: Fortschrittliche Extraktive Trennverfahren
Dieser Abschnitt befasst sich mit fortschrittlichen Konzepten und Anwendungen von extraktiven Trennverfahren. Ziel ist es, das Verständnis der Studierenden für komplexe Trenntechniken zu vertiefen, die in der modernen chemischen und biochemischen Industrie zur Rückgewinnung und Reinigung von Zielkomponenten aus Mehrphasensystemen eingesetzt werden.
1-Bioseparationsverfahren
Dieses Thema behandelt fortgeschrittene Strategien für die selektive Isolierung und Reinigung von biologisch gewonnenen Produkten wie Proteinen, Enzymen und Nukleinsäuren. Der Schwerpunkt liegt auf skalierbaren, hocheffizienten Techniken, die die biologische Funktionalität erhalten und gleichzeitig die Herausforderungen der nachgelagerten Verarbeitung berücksichtigen.
2-Wässrige Zweiphasensysteme (engl. Aqueous Two-Phase Systems kurz ATPS)
Die Studierenden untersuchen die Thermodynamik, die Trennungsmechanismen und die Auslegungsaspekte von wässrigen Zweiphasensystemen, die häufig für die schonende Trennung von Biomolekülen eingesetzt werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Systemoptimierung und der Integration in Bioprozess-Workflows.
3-Leaching (Fest-Flüssig-Extraktion)
Dieses Thema beinhaltet die Extraktion von gelösten Stoffen aus Feststoffen unter Verwendung flüssiger Lösungsmittel, wobei der Schwerpunkt auf den Prinzipien des Stofftransports und der Prozesseffizienz liegt. Es umfasst quantitative Analysen wie die Berechnung der Extraktionsrate und die stufenweise Auslegung, sodass die Studierenden die erforderliche Anzahl von Stufen für typische Auslaugungssysteme in industriellen Anwendungen bestimmen können.

Teil B: Chemische Verfahrenstechnik & Reaktionstechnik
Die Vorlesung bietet eine umfassende Einführung in die grundlegenden Prinzipien und Anwendungen der chemischen Verfahrenstechnik. Die Studierenden erwerben Kenntnisse über chemische Gleichgewichte, Reaktionskinetik und -technik sowie die Gestaltung und Analyse von Reaktoren.

-) Chemische Gleichgewichte: In diesem Abschnitt lernen die Studierenden die Grundlagen der chemischen Gleichgewichte kennen, einschließlich der Faktoren, die das Gleichgewicht beeinflussen (Prinzip des kleinsten Zwanges). Es wird erörtert, wie diese Gleichgewichte in industriellen Prozessen genutzt werden, um die Effizienz und Ausbeute von Reaktionen zu maximieren bzw. welche Grenzen von chemischen Reaktionen dabei vorliegen.
-) Reaktionskinetik und -technik: Hier wird die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen untersucht. Die Studierenden erfahren, wie Reaktionsordnungen bestimmt werden und welche Rolle Katalysatoren spielen. Zudem werden verschiedene Reaktionstypen und deren kinetische Modelle behandelt, um ein tiefes Verständnis für die Dynamik chemischer Prozesse zu entwickeln.
-) Chemiereaktoren: In diesem Teil der Vorlesung wird die Konstruktion und der Betrieb von Reaktoren thematisiert. Die Studierenden lernen, wie Massen- und Energiebilanzen auf chemische Prozesse angewendet werden, um die Effizienz und Nachhaltigkeit von Verfahren zu bewerten und zu optimieren.
Inhaltliche Voraussetzungen (erwartete Kenntnisse)

Thermodynamik
Wärme- und Stoffübertragung
Grundlagen der mechanischen und thermischen Verfahrenstechnik
Grundlagen der Chemie
Physikalische Chemie
Mathematik
Lehrziel

Nach erfolgreichem Abschluss der Vorlesung können Studierende...

Teil A:

Teil B:
… grundlegende Reaktortypen (z. B. CSTR, PFR) sowie verfahrenstechnische Grundoperationen benennen und deren Funktionsweise erläutern.
… die wesentlichen Einflussfaktoren auf Reaktionskinetik und Reaktorbetrieb beschreiben (z. B. Temperatur, Konzentration, Katalyse).
… stöchiometrische, energetische und stoffliche Bilanzen für idealisierte Reaktorsysteme (Batch, CSTR, PFR) aufstellen und berechnen.
… einfache Modelle chemischer Reaktoren mathematisch formulieren und zur Auslegung bzw. Bewertung technischer Prozesse nutzen.
Noch mehr Informationen zur Lehrveranstaltung, wie Termine oder Informationen zu Prüfungen, usw. finden Sie auf der Lehrveranstaltungsseite in BOKUonline.