Hintergrund

Die Gleichgewichtslage einer Polykondensationsreaktion kann durch die Entfernung von Wasser zu höherem Umsatz hin verschoben werden. Im Rahmen eines Industrie-Projekts am IMVT wird die Möglichkeit einer kontinuierlichen Entfernung von Wasser während der Polykondensation von Zuckern mit Hilfe poröser Membranen untersucht. Das Wasser soll in gasförmigem Zustand durch die Poren einer hydrophoben Membran abgeschieden werden.

Die Membran-Destillation stellt eine Möglichkeit zur Abtrennung von Wasserdampf aus einer Flüssigkeitsströmung durch hydrophobe Membranen dar. Die treibende Kraft des Prozesses ist die Differenz des Wasserpartialdrucks zwischen der wässrigen Feed-Lösung und einem trockenen Gas in der Permeatseite. Bislang wurde diese Technik für Temperaturen unter 100°C eingesetzt. Die Polykondensationsreaktion findet bei Temperaturen höher als 100°C statt. Dabei spielen Stofftransport- sowie Wärmeübertragungsvorgänge in der Feed- und Permeatseite sowie durch die Membranporen eine Rolle.

Abbildung 1: Übersicht des Prozesses

Abbildung 2: Skizze Modellierung des Prozesses [1]

Aufgaben / geplante Arbeiten

Im Rahmen der Arbeit soll ein theoretisches Modell für die Abtrennung von Wasserdampf aus reinem Wasser sowie aus Zuckerlösungen mit fortschreitender Zuckerkonzentration mittels Membrandestillation entwickelt werden.

Aufgaben der Arbeit sind:

• Literaturrecherche zu bereits bestehenden Modellen;
• Erarbeiten eines geeigneten Modells;
• Implementation des Modells in MATLAB ©;
• Bewertung verschiedener Prozesskonfigurationen (Temperatur der Strömungen, Geschwindigkeit, Gleich- bzw. Gegenstrom, Membran-Material, Konzentration des Feeds).

Rahmenbedingungen:

• Studenten der Fachrichtung Chemieingenieurwesen / Verfahrenstechnik.
• Die Ergebnisse der Arbeit werden in einer schriftlichen Ausarbeitung zusammengefasst und innerhalb eines Institutsseminars vorgetragen.
• Die Arbeit kann in englischer oder deutscher Sprache verfasst werden.
• Eintrittstermin: ab sofort

 
Aufgabensteller:          Prof. Dr.-Ing. habil. Roland Dittmeyer
Betreuerin:                   Sara Claramunt
Kontakt:                       sara.claramunt∂kit.edu
Tel:                                0721/608-24052

Quellen:
[1] A. Mourgues, N. Hengl, M.P. Belleville, D. Paolucci-Jeanjean, J. Sanchez, Membrane contactor with hydrophobic metallic membranes: 1. Modeling of coupled mass and heat transfers in membrane evaporation, Journal of Membrane Science, Volume 355, Issues 1–2, 2010, Pages 112-125, ISSN 0376-7388, https://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.02.040.