Membranverfahrenstechnik und Modellierung

Gruppe

© Fraunhofer IKTS
Membranlage zur Pflege von heißen, hochalkalischen Reinigungsbädern
Pervaporationsanlage im Container für industriell nutzbare, 1,2 m lange Membranen
Dampfpermeationsanlage zur Membran- und Verfahrenserprobung

Das Fachgebiet Membranverfahrenstechnik und Modellierung versteht sein Aufgabenfeld in der Charakterisierung, Erprobung, Anwendung und Implementierung von keramischen Komponenten in Prozesse.
Das Aufgabenfeld ist dabei breit gefächert, angefangen bei der Betrachtung von Stofftransportprozessen auf molekularer Ebene und in porösen Medien, über die Analyse des mechanischen und thermischen Verhaltens von Teilen und Baugruppen, bis hin zu praktischen Applikations- und Pilotierungsversuchen und den Bau der benötigten Test- und Pilotierungsanlagen. Inhaltlich liegen die Schwerpunkte auf Membranen und ihrer Anwendung in umwelttechnisch und energetisch relevanten Bereichen. Nennen kann man hier beispielsweise die Steigerung der energetischen Effizienz der Bioethanolherstellung durch Membranen (u. a. Brechen azeotroper Zusammensetzungen) oder den Einsatz von druckgetriebenen Membranverfahren zur Behandlung von Stoffströmen und zur Kreislaufschließung. Im Vordergrund stehen hier auch die energetische Optimierung des Membranverfahrens und Kombinationen aus Membranprozessen und anderen Verfahren, z.B. von Reaktionen (Membranreaktor). Für die Erprobung und Testung von Membranen für die Flüssigfiltration, Pervaporation, Dampfpermeation und Gastrennung stehen Messstände mit entsprechender Analytik zur Verfügung. Diese Ausstattung ermöglicht auch die Verfahrensentwicklung zum Einsatz neuartiger, am IKTS entwickelter Membranen in neuen Anwendungsbereichen.

 

Leistungsangebot

 

  • Entwicklung, Konstruktion und Prototypen-Bau von Membrananlagen (Flüssigfiltration, Pervaporation, Dampfpermeation, Gaspermeation) und Anlagen zur Membrancharakterisierung
  • Applikations- und Pilotierungsversuche für Membrantrennprozesse
  • Membrancharakterisierung
  • Analyse von Stofftransportvorgängen und Trennmechanismen in Membranen
  • Modellierung von "Multiphysics"-Fragestellungen
  • Berechnung des mechanischen und thermischen Verhaltens von Teilen und Baugruppen aus technischer Keramik und nichtkeramischen Materialien unter Einsatzbedingungen
  • Keramikgerechte Auslegung von Bauteilen anhand der vorhergegangenen Berechnung der thermischen und mechanischen Belastung und der bekannten oder speziell ermittelten Werkstoffeigenschaften

 

Technische Ausstattung

 

  • Membranteststände für die Filtration (Mikrofilration, Ultrafiltration, Nanofiltration), Pervaporation, Permporosimetrie, Dampfpermeation und Gaspermeation
  • Software: CAD: Autodesk Inventor; SolidWorks; FEM: Cosmos/M, SolidWorks Simulation Premium; CFD: FloEFD, Multiphysics: Comsol

 

Beispiele/Referenzen

 

  • Modellierung des Material und Bauteilverhaltens sauerstoffleitender Membranen
  • Gastrennung mit keramischen Membranen
  • Modellierung der Strömung flüssiger Medien in porösen Körpern für Filtrationsanwendungen

Forschung aktuell

Entsalzung hochkonzentrierter Lösungen durch Membrandestillation

Forschung aktuell

Entwässerung überkritischer Gemische mit keramischen Membranen

Thema

Modellierung des Material- und Bauteilverhaltens sauerstoffleitender Membranen

Thema

Simulationsunterstützte Entwicklung von Bauteilen aus technischer Keramik

Thema

Simulation von Wärmetransport- und Strömungsvorgängen für verfahrenstechnische Aufgabenstellungen

Thema

Thüringer Forschergruppe »SoWas«

Projekt

Öffentlich geförderte Projekte