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Ähnlichkeitstheorie und Scale-up

Maßstabsvergrößerung verfahrenstechnischer Apparate und Maschinen

Ähnlichkeitstheorie und Scale-up
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Ähnlichkeitstheorie und Scale-up

Wie kann die Ähnlichkeitstheorie und Dimensionsanalyse beim Scale-Up verfahrenstechnischer Apparate und Maschinen helfen? Die aus der Dimensionsanalyse abgeleiteten Kennzahlen (Eu, Re, Pr, Ne, Sh, Sc, ...) und die daraus abgeleiteten Funktionen sind von der Geometrie (z. B. hydraulischer Durchmesser), von den Prozessparametern (z. B. Strömungsgeschwindgkeit) und von den Stoffwerten (z. B. Dichte, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit) unabhängig. An Modellapparaten und mit Hilfe von Modellsubstanzen ermittelte Beziehungen sind im Rahmen der experimentellen Gültigkeitsbereiche beliebig skalierbar. Das wird im Seminar verdeutlicht. Die für die Maßstabsvergrößerung wertvollste Information ist jedoch die Kenntnis der die Parameter sowie die dimensionslosen Kenngrößen verbindenden Proportionalitäten. Liegt das Vertrauensintervall einer ähnlichkeitstheoretischen Funktion, z. B. zur Berechnung eines Wärmübergangskoeffizienten, typischerweise im Bereich 15 - 25 %, sind die Proportionalitäten der in diesen Funktionen verbundenen Kennzahlen durch eine große Anzahl experimenteller Befunde gesichert. Damit können die aus Messungen an Miniplants, Pilotanlagen und Anlagen anderer Kapazitäten gewonnenen Parameter verlässlich und mit großer Genauigkeit skaliert werden.
Dies wird im Seminar anhand ausgewählter Beispiele anschaulich dargestellt.

Zum Thema

Trotz aller Anstrengungen, die Auslegung verfahrenstechnischer Apparate und Maschinen durch modulbasierte Konzepte zu systematisieren, sind die meisten verfahrenstechnischen Anlagen nach wie vor Unikate. Selbst wenn ein Verfahren schon mehrfach mit verschiedenen Kapazitäten erfolgreich realisiert wurde, wird die nächste Anlage mit einer anderen Kapazität, an einem anderen Standort, mit anderen Rohstoffen sowie in einem anderen Energie- und Stoffverbund betrieben werden. Damit müssen die Apparate und Maschinen erneut spezifisch dimensioniert und in der Regel im Maßstab verändert werden.

Programm

Tag 1, 09:00 - 17:30 Uhr

Maßstabsvergrößerung
(Systematische Methode • Schwierigkeiten und geometrische Ähnlichkeit • Erfahrungsregeln)

Ähnlichkeitstheorie
(Dimensionsanalyse • Entwicklung dimensionsloser Kennzahlen)

Stoffübertragung
(Stoffübergang an Phasengrenzen • Nicht-lineare Optimierung, Ermittlung von Fit-Funktionen)

 

Tag 2, 08:30 - 16:00 Uhr

Wärmeübertragung
(Wärmeübergang mit und ohne Phasenübergang • Sensitivitätsanalyse, Monte-Carlo-Simulation)

Fluidverfahrenstechnik
(Druckverlust in Rohrleitungen und Schüttungen • Kolonnen, effektive Oberfläche und Hold-up • Rührwerksbehälter, Mischzeit und Rührerleistung)

Reaktionstechnik
(homogene und heterogen Reaktionssysteme • Festbettreaktor)

 

Zielsetzung

Ziel des Seminars ist die Vermittlung der Kompetenz zur Nutzung einer hybriden Methode aus Ähnlichkeitstheorie und Bilanzierung zur Maßstabsvergrößerung verfahrenstechnischer Apparate und Maschinen. Basis der Maßstabsvergrößerung bzw. der Skalierung sind die aus der Ähnlichkeitstheorie abgeleiteten Proportionalitäten und Abhängigkeiten. Die Seminarteilnehmer entwickeln dimensionslose Kennzahlen und wenden ähnlichkeitstheoretische Gleichungen bei der Maßstabsvergrößerung an.

Teilnehmerkreis

Maschinenbauer, Verfahrenstechniker, Chemieingenieure und Technische Chemiker aus allen Bereichen der Industrie, die sich mit der Auslegung verfahrenstechnischer Apparate und Maßstabsvergrößerung beschäftigen. 

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Referenten

Prof. Dr.-Ing. Thomas Rieckmann

Prozessentwicklung und Reaktionstechnik, Technische Hochschule Köln, Institut für Anlagen und Verfahrenstechnik

Nach seinem Diplom in Verfahrenstechnik begann Thomas Rieckmann seine berufliche Laufbahn als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Clausthal. Nach seiner Promotion war er als Leiter der Forschung und Entwicklung bei John Brown, einem weltweit tätigen Anlagenbauunternehmen, verantwortlich für die Entwicklung von Prozessen zum Recycling und zur Verarbeitung von PET. Heute arbeitet er als Professor an der Technischen Hochschule Köln am Institut für Anlagen- und Verfahrenstechnik. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Prozessentwicklung, Reaktionstechnik, Polymerverfahrenstechnik und Schätzung von Investitionsausgaben und Produktionskosten.

Hinweise

Jeder Teilnehmer erhält einen USB-Stick mit den Seminarunterlagen und den Excel-Dokumenten. Die Seminarteilnehmer werden gebeten, ein Notebook mit MS-Excel mitzubringen.
Die Anzahl der Seminarteilnehmer ist auf 12 Personen begrenzt.

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