TU BRAUNSCHWEIG

Studentische Arbeiten

Das ICTV bietet stets neue und spannende Themen für Abschlussarbeiten im Rahmen der aktuellen Forschungsprojekte an. Um schnell einen Überblick der jeweiligen Schwerpunkte zu bekommen, erfolgt eine Zuordnung der Arbeiten zu den Arbeitsgruppen:

  Fouling und Reinigung
  Pharmazeutische und Biotechnologische Prozesse
  Nachhaltige Produktionskonzepte
  Innovative Apparate- und Anlagentechnik
  Sonstiges

Nähere Informationen zu den Themen und auch den jeweiligen Ansprechpartner findet Ihr durch einen Klick auf die Überschriften. Einen kompakten Leitfaden für die Anfertigung einer Forschungsarbeit gibt es hier.

 

Aktuelle studentische Arbeiten

Optimierung der Aufarbeitung von verschiedenen Diazoliumsalzen mit Verwendung in der Wirkstoffentwicklung

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Tobias Sauk
Forschungsgebiet: Pharmaverfahrenstechnik
 
Beschreibung:

Die pharmazeutische Chemie entwickelt stets neue Moleküle für medizinische Anwendungen. Eine Stoffklasse dieser neuartigen Wirkstoffe sind die N-heterozyklische-Carben-Metallkomplexe (M-NHC). Diesen wird ein großes Potential in der pharmazeutischen Wirkstoffentwicklung (Krebsforschung) beigemessen. Der Synthese der Wirkstoffe (M-NHC) geht die Herstellung der Edukte voran. Diese sind im vorliegenden Fall Diazoliumsalze, welche über die N-Alkylierung von verschiedenen Diazolen (Benzimidazol, Imidazol, …) gewonnen werden.

Der Synthese folgt immer auch eine Aufarbeitung, daher soll in dieser Arbeit die Aufarbeitung der synthetisierten Diazoliumsalze untersucht und auch optimiert werden. Ziel ist sowohl eine hohe Reinheit als auch Ausbeute der Syntheseprodukte. Dabei soll die Auswahl der Grundoperationen (Filtration, Kristallisation, etc.), Lösungsmittelmenge, ggf. Temperatur und sofern sinnvoll auch weitere Parameter wie beispielsweise die Rührerdrehzahl oder Geschwindigkeit der Lösungsmittelzugabe betrachtet werden.

Die Arbeit richtet sich an Studenten des Bio-/Chemie- und Pharmaingenieurwesens sowie der Biotechnologie oder verwandten Studiengängen. Der Arbeitsumfang kann angepasst werden kann.

Aufbau und Inbetriebnahme einer Elektrodialyseanlage

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Nils Warmeling
Forschungsgebiet: Nachhaltige Produktionskonzepte
 
Beschreibung:

Mittels Elektrodialyse werden durch aufbringen eines elektrischen Feldes Ionen aus Lösungen entfernt. Dies soll zur Aufbereitung (Entsalzung) von Aminosäurelösungen genutzt werden. Aufgrund des zwitterionischen Charakters der Aminosäuren werden dabei besondere Anforderungen an die Prozessführung gestellt. Im Rahmen der Arbeit soll eine Versuchsanlage in Betrieb genommen werden. Diese wird anschließend genutzt, um die Trennung experimentell zu untersuchen.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens oder ähnlicher Studiengänge. Vorwissen wird nicht vorausgesetzt.

Spezielle Verfahren in Fließbildsimulationssoftware

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Nils Warmeling
Forschungsgebiet: Nachhaltige Produktionskonzepte
 
Beschreibung:

Die experimentelle Ausarbeitung neuer wie auch die Überarbeitung bestehender Produktionsverfahren wird in vielen Sparten der stoffwandelnden Industrie durch Fließbildsimulationen – insbesondere für kontinuierliche Prozesse – begleitet und unterstützt. Dies ist bei der Bearbeitung pharmazeutischer Verfahren noch nicht etabliert.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Prozess zur Herstellung von pharmazeutisch genutzten Stoffen in einer Fließbildsimulation abgebildet werden. Die Aufgaben beinhalten dabei die Abbildung der unterschiedlichen Grundoperationen unterstützt durch eigenen Programmcode, welcher nahtlos in die Simulation eingebunden wird.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens oder ähnlicher Studiengänge. Vorwissen wird nicht vorausgesetzt.

Löslichkeit von Aminosäuren unter verschiedenen Einflussfaktoren

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Nils Warmeling
Forschungsgebiet: Nachhaltige Produktionskonzepte
 
Beschreibung:

Für die Produktion von Fine Chemicals oder pharmazeutischen Stoffen sind im Rahmen des Downstream Processing zuverlässige Stofftrennungsprozesse unerlässlich um neben einer hohen Produktreinheit auch eine hohe Ausbeute zu generieren. Ressourcen- und Energieeffiziente Verfahren rücken dabei immer weiter in den Vordergrund. Bei der Auslegung, Optimierung und Umstrukturierung dieser Prozesse ist die Prozesssimulation ein bewährtes Mittel. Für diese sind zuverlässige Stoffdaten unerlässlich. Im vorliegenden Fall wird ein Prozess zur Produktion pharmazeutischer Aminosäuren betrachtet. Für die dabei herrschendenden Bedingungen sind die aus der Literatur bekannten Daten nicht ausreichend vorhanden und müssen deshalb experimentell bestimmt werden.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens oder ähnlicher Studiengänge. Vorwissen wird nicht vorausgesetzt.

Kontinuierliche Trennung mittels präparativer Chromatographie

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Nils Warmeling
Forschungsgebiet: Nachhaltige Produktionskonzepte
 
Beschreibung:

Für die Produktion von Fine Chemicals oder pharmazeutischen Stoffen sind im Rahmen des Downstream Processing zuverlässige Stofftrennungsprozesse unerlässlich um neben einer hohen Produktreinheit auch eine hohe Ausbeute zu generieren. Ressourcen- und Energieeffiziente Verfahren rücken dabei immer weiter in den Vordergrund.

Die präparative Chromatograhie als Trennoperation wird zumeist genutzt, wenn eine Trennung mit herkömmlichen Verfahren nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich ist. Im vorliegenden Fall soll die Auftrennung von Stoffen betrachtet werden, die sich selbst mit einer chromatographischen Methode nur unvollständig trennen lassen. Dabei soll durch den geschickten Einsatz von Recyclingoperationen zusätzliche eine möglichst verlustfreie Prozessführung gestaltet werden.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens oder ähnlicher Studiengänge. Vorwissen wird nicht vorausgesetzt.

Lokale Auflösung von Foulingvorgängen im Doppelrohr-Wärmeübertrager mittels faseroptischer Temperaturmessung

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Florian Schlüter
Forschungsgebiet: Fouling und Reinigung
 
Beschreibung:

Kristallisationsfouling gehört zu den in der Industrie am häufigsten auftretenden Verschmutzungen in Wärmeübertragern. Die bedeutendste Kenngröße ist dabei der Foulingwiderstand, welcher die Verschlechterung des Wärmedurchgangs in Folge von Belägen beschreibt. Üblicherweise wird dieser Wert integral über die Wärmebilanz bestimmt. Aufgrund von verschiedenen lokalen Effekten ist es aber sinnvoll den Foulingwiderstand ebenfalls lokal zu betrachten, um bei dessen Vorausberechnung realistischere Werte zu erzielen.

Ziel dieser Arbeit ist es Foulingversuche mit einer innovativen Temperaturmesstechnik lokal aufzulösen. Es sollen Foulingversuche mit Variation der Prozessparameter durchgeführt und der Einfluss lokaler Effekte auf die Wärmeübertragung untersucht werden. Dazu sind unter anderem lokale Foulingschichtdicken und Oberflächenrauheiten von Bedeutung. Ein ausgereiftes Steuersoftwareprogramm (LabView) hilft bei der Datenaufnahme, -anzeige und -auswertung der Foulingversuche.

Erprobung eines pH-Wert basierten Reinigungsverfahrens für Ablagerungen aus der Lebensmittelindustrie

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Florian Schlüter
Forschungsgebiet: Fouling und Reinigung
 
Beschreibung:

Untersuchungen zur Bildung und Reinigung von Ablagerungen aus Lebensmittel-verarbeitenden Prozessen finden in der Industrie zunehmend an Bedeutung. In einem Kooperationsprojekt mit einer mittelständischen Firma, die Reinigungskonzepten für die Lebensmittelindustrie entwickelt, soll ein pH-Wert basiertes Reinigungsverfahren wissenschaftlich erprobt werden. Der Industriepartner möchte am Ende des Projekts ein wirtschaftliches Verfahren zur Reinigung von Anlagen und Apparaten anbieten, welches die Standards der Hygiene und Produktqualität sicherstellen kann.

Ziel dieser Arbeit ist es zunächst Beläge aus Milchkomponenten reproduzierbar herzustellen. Diese müssen hinsichtlich Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften charakterisiert werden. Anschließend soll in Vorversuchen die Veränderung der Schichten bei Kontakt mit typischen Reinigungsfluiden dokumentiert werden, bevor in einer Strömungskanal-anlage gezielte Untersuchungen zur Abreinigbarkeit der Beläge in Abhängigkeit des pH-Werts der Reinigungslösung durchgeführt werden.

Planung und Konstruktion einer Inline-Scanning-FDG-Apparatur zur Untersuchung von Reinigungsmechanismen

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Hanna Wiese
Forschungsgebiet: Fouling und Reinigung
 
Beschreibung:

Um ein vertieftes Verständnis der Mechanismen bei der Reinigung von Milchfouling zu erhalten wird im Rahmen des DFG-Projektes „Reinigungsmechanismen Immergierter Systeme“ ein Fluid-Struktur-Interaktions-Modell erarbeitet, was die Mechanismen der Reinigung abbilden soll. Zur Validierung dieses Modells werden Reinigungsversuche an einer Laboranlage durchgeführt. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Untersuchung, welcher Reinigungsmechanismus (Auflösung vs. fluidischer Abtrag) in welchem Reinigungsschritt bestimmend ist.

Um dies umsetzen zu können, soll als zentraler Teil der Reinigungsanlage ein Strömungskanal verbaut werden, in dem die Modellverschmutzung auf einer Trägerplatte platziert ist. Um in der Phase I der Reinigung die Quellung inline untersuchen zu können soll eine Fluid-Dynamic-Gauging (FDG)-Apparatur in den Kanal für Inline-Messungen integriert werden. Diese soll darüber hinaus verfahrbar sein (sFDG – scanning FDG) um während eines Reinigungsversuches mehrere Positionen nacheinander auf der Probenplatte anfahren und vermessen zu können.

Ziel dieser Arbeit ist es daher die Ausführung der beschriebenen Messapparatur gemäß den Anforderungen zu planen und in Autodesk Inventor zu konstruieren. Darüber hinaus soll das Quellverhalten einer Modellverschmutzungsschicht (Molkenprotein-Gel) an einer bestehenden Offline FDG-Apparatur hinsichtlich der verwendeten Reinigungsmittelkonzentration und -temperatur untersucht werden. Neben dem eigentlichen Quellverhalten der Schicht soll mit diesen Versuchen experimentell untersucht werden, wie die Offline-Messtechnik in eine Inline Messtechnik überführt werden kann.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Bio- Chemie- und Pharmaingenieurwesen oder des Maschinenbau mit Vertiefung Verfahrenstechnik und ähnlicher Studienrichtungen. Die Aufgabenstellung kann nach Art und Umfang der Studienleistung individuell angepasst werden.

Kontinuierliche Synthese am Beispiel der N-Alkylierung von Diazolen in einem Festbettreaktor

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab Januar (2018) / nach Rücksprache
Betreuer: Tobias Sauk
Forschungsgebiet: Pharmaverfahrenstechnik
 
Beschreibung:

Die pharmazeutische Chemie entwickelt stets neue Moleküle für medizinische Anwendungen. Eine Stoffklasse dieser neuartigen Wirkstoffe sind die N-heterozyklische-Carben-Metallkomplexe (M-NHC). Diesen wird ein großes Potential in der pharmazeutischen Wirkstoffentwicklung (Krebsforschung) beigemessen. Viele der etablierten pharmazeutischen Wirkstoffe werden in Batchverfahren hergestellt. Das Interesse an kontinuierlichen Prozessen ist sowohl aus wirtschaftlicher als auch sicherheitstechnischer Sicht groß. Aus diesem Grund sind Durchfluss-Mikroreaktoren zur kontinuierlichen Synthese von Spezialchemikalien/Wirkstoffen Ziel intensiver Forschung.

Der Synthese der Wirkstoffe (M-NHC) geht die Herstellung der Edukte voran. Diese sind im vorliegenden Fall Diazoliumsalze, welche über die N-Alkylierung am Beispiel von 1H-Benzimidazol gewonnen werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll die Synthese dieser 1H-Benzimidazol-Derivate an einer bestehenden kontinuierlichen Versuchsanlage untersucht werden. Die Herstellung erfolgt über eine heterogene Synthese bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck. Dabei wird eine mit Partikeln der Hilfsbase gefüllte Säule durchströmt. In dieser erfolgt die Reaktion in Form der Alkylierung mit Halogenkohlenwasserstoffen. Untersuchungsgegenstand sind dabei sowohl die Reaktionskinetik, als auch die Synthese- und Prozessausbeute. Ergänzt werden die Untersuchungen durch Messungen zur Verweilzeit- bzw. Fluiddynamik und Konzentration.

Die Arbeit richtet sich an Studenten des Bio-/Chemie- und Pharmaingenieurwesens sowie der Biotechnologie oder verwandten Studiengängen. Der Arbeitsumfang kann angepasst werden kann (Bachelorarbeit, Studienarbeit, Masterarbeit).

Etablierung von Synthese-/Aufarbeitungsprozessen an einem Liquid-Handling-System

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Tobias Sauk
Forschungsgebiet: Pharmaverfahrenstechnik/Automatisierung(Robotertechnik)
 
Beschreibung:

Die Nutzung von automatisierten Robotersystemen (Liquid-Handling-System / LHS) ist insbesondere im Bereich der Biotechnologie und überall dort wo eine hohe Anzahl an Versuchen/Prozessen (Stichwort: High-Throughput) bei gleichbleibend hoher Mess-/Prozessgüte notwendig ist, gängige Praxis. Die Herstellung von Assays und die Durchführung von Screenings (Löslichkeitsbestimmung, Synthese, Down-Stream-Processing) erfordern ein hohes Maß an Genauigkeit und sind oftmals sehr zeitaufwendig. Robotersysteme können hierbei eine große Zeit- und ggf. Kostenersparnis bedeuten.

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Übertragung von, am ICTV etablierten, chemisch pharmazeutischen Prozessen (Synthesen und/oder Aufarbeitung) auf einen Laborroboter. Abhängig vom Aufbau und der Komplexität des LHS erfordert die Übertragung nicht selten ein Umdenken und damit gegebenenfalls Änderung der Prozessabläufe. Dabei soll auch evaluiert werden, ob eine Übertragung möglich und/oder sinnvoll ist. Mögliche, zu betrachtende Prozesse sind dabei die Extraktion (S/L, L/L), Kristallisation, Filtration, Verdampfung sowie Synthese (wahlweise unter Reflux). Das System ermöglicht die Kombination der einzelnen Prozesse und damit Abbildung komplexer Abläufe. Dies wird unterstützt durch gängige Analyseverfahren wie z.B. HPLC.

Die Arbeit richtet sich an Studenten des Bio-/Chemie und Pharmaingenieurwesens sowie der Biotechnologie oder verwandten Studiengängen. Grundkenntnisse im Programmieren/Informatik und Erfahrung im Labor bzw. den oben genannten Grundoperationen sowie eine Affinität zu Technik sind wünschenswert. Der Arbeitsumfang kann angepasst werden (Bachelor-, Studien-, Masterarbeit, Forschungspraktikum).

Löslichkeitsscreening pharmazeutisch relevanter Stoffe an einem Liquid-Handling-System

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Tobias Sauk
Forschungsgebiet: Pharmaverfahrenstechnik/Automatisierung(Robotertechnik)
 
Beschreibung:

Die Nutzung von automatisierten Robotersystemen (Liquid-Handling-System / LHS) ist insbesondere im Bereich der Biotechnologie und überall dort wo eine hohe Anzahl an Versuchen/Prozessen (Stichwort: High-Throughput) bei gleichbleibend hoher Mess-/Prozessgüte notwendig ist, gängige Praxis. Die Herstellung von Assays und die Durchführung von Screenings (Löslichkeitsbestimmung, Synthese, Down-Stream-Processing) erfordern ein hohes Maß an Genauigkeit und sind oftmals sehr zeitaufwendig. Die Kenntnis der Löslichkeit eines Stoffes in einer Flüssigkeit ist für viele Prozesse eine entscheidende Größe, wobei die Bestimmung mit großem Aufwand, Anforderung an die Genauigkeit verbunden ist und die Analyten gerade in der pharmazeutischen Wirkstoffentwicklung oft nur in geringen Mengen vorliegen. Robotersystems können hierbei eine große Zeit- und ggf. Kostenersparnis bedeuten.

Anhand von verschiedenen Edukten und Produkten aktuell am ICTV beforschter pharmazeutisch relevanter Prozesse soll die Löslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur in einer Vielzahl an Lösungsmitteln ermittelt werden. Die Bestimmung der Löslichkeit soll nahezu vollständig automatisiert mit Hilfe eines Laborroboters (Liquid-Handling-System / LHS) auf Basis gravimetrischer oder HPLC-Messungen. Dem umfassenden Löslichkeitsscreening geht die Etablierung und ggf. Methodenentwicklung/-erweiterung zur Löslichkeitsmessung voran.

Die Arbeit richtet sich an Studenten des Bio-/Chemie und Pharmaingenieurwesens sowie der Biotechnologie oder verwandten Studiengängen. Grundkenntnisse im Programmieren/Informatik sowie eine Affinität zu Technik sind wünschenswert. Der Arbeitsumfang kann angepasst werden (Bachelor-, Studien-, Masterarbeit, Forschungspraktikum).

N-Alkylierung von Diazolen mit Hilfe basischer Zeolithe

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Tobias Sauk
Forschungsgebiet: Pharmaverfahrenstechnik
 
Beschreibung:

N-heterozyklische-Carbene (NHC) sind aufgrund ihrer strukturellen Vielfalt und auch vielfältigen Einsatzmöglichkeiten Ziel intensiver Forschungen. Unter Anderem dienen sie als Liganden für Metallcarbenkomplexe, welchen ihrerseits in der medizinischen Forschung ein großes Potential zugeschrieben wird. Die Gewinnung freier Carbene erfolgt zumeist über die Deprotonierung von Diazoliumsalzen.

Die Synthese dieser Diazoliumsalze erfolgt über eine N-Alkylierung. Wobei in dieser Arbeit die zuvor verwendete Hilfsbase (Kaliumcarbonat) mit basischen Zeolithen ausgetauscht wird. Die Synthese selbst ist heterogener Natur, wobei die Base als Feststoff vorliegt. Dabei reagiert die feste Hilfsbase an der Phasengrenzfläche mit den Edukten in der flüssigen Phase. Es kommt zum Abreagieren bzw. Zerfall der. In Hinblick auf eine kontinuierliche Prozessführung, beispielsweise in einem durchströmten Festbettreaktor, ist dies problematisch, da kleinste Partikel mitgerissen werden können und zu Ablagerungen bzw. zu Verstopfungen führen können. Ein Ansatzpunkt, diesem Problem entgegenzuwirken, ist die Verwendung von basischen Zeolithen. Dies sind mikroporöse Aluminiumsilikate, welche sowohl natürlich auftreten, als auch synthetisch hergestellt werden können. Der große Vorteil in der Verwendung von Zeolithen liegt darin, dass diese weitestgehend inert sind, ihre Oberfläche aber leicht zu beeinflussen ist, sodass sie, sofern sie eine basische Oberfläche haben, als Hilfsbase wirken können.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen zwei Bereiche bearbeitet werden. Zum einen die Weiterentwicklung der bisherigen Methode zur Herstellung basischer Zeolithe inkl. ihrer Charakterisierung. Zum anderen soll die Synthese von Diazoliumsalzen am Beispiel von Benzimidazol-Derivaten durchgeführt werden. Dies geschieht unter Verwendung eines EasyMax Prozessautomaten mit anschließender Aufarbeitung unterstützt durch gängige Analyseverfahren wie z.B. HPLC.

Die Arbeit richtet sich an Studenten des Bio-/Chemie- und Pharmaingenieurwesens sowie der Biotechnologie oder verwandten Studiengängen. Der Arbeitsumfang kann angepasst werden kann (Bachelorarbeit, Studienarbeit, Masterarbeit).

Simulation einer Rektifikation mit nicht-verdampfenden Gemischkomponenten in ChemCAD

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort /nach Rücksprache
Betreuer: Sven Gutperl
Forschungsgebiet: Rektifikation viskoser Systeme
 
Beschreibung:

Die Rektifikation stellt das wichtigste thermische Trennverfahren zur Trennung homogener Flüssigkeitsgemische dar und findet praktisch in allen Produktionsverfahren der chemischen und petrochemischen sowie der biotechnischen und pharmazeutischen Industrie Anwendung. Apparativ kommen dabei meist Boden- oder Packungskolonnen zum Einsatz.

Für die Auswahl geeigneter Einbauten sind Kenntnisse hinsichtlich Trennverhaltens innerhalb der Kolonne erforderlich, weshalb die Einbauten mittels standardisierter Stoffgemische charakterisiert werden. Die bislang verwendeten Stoffgemische zur Trennleistungscharakterisierung sind häufig niederviskos, sodass die aus Trennleistungsmessungen gewonnen Erkenntnisse insbesondere für viskose Stoffgemische häufig nicht anwendbar sind und zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Daher wird im Rahmen eines DFG-Projektes die Rektifikation viskoser Stoffgemische genauer untersucht. Entsprechende Trennleistungsmessungen werden unter Verwendung viskoser Testgemische durchgeführt. Üblicherweise stehen keine Stoffsysteme mit den erforderlichen Viskositäten zur Verfügung, sodass die Gemischviskosität durch die Zugabe geeigneter Polymere angehoben werden muss und dem Flüssigkeitsgemisch somit eine nicht-verdampfende Komponente zugegeben wird.

Um für den Anlagenbetrieb charakteristische Betriebspunkte ermitteln und vorhersagen zu können sowie Erkenntnisse hinsichtlich der Konzentrations- und Temperaturverläufe innerhalb der Kolonne zu erlangen, soll die für die Versuchsanlage etablierte Anlagenbetriebsweise in ChemCAD abgebildet werden. Hierbei gilt es vor allem, die nicht-verdampfende Gemischkomponente in Form des Polymers entsprechend zu berücksichtigen.

Die Aufgabenstellung richtet sich an alle Studierende, die Interesse an Forschungstätigkeiten auf dem Gebiet der Rektifikation und Trenntechnik haben und Erfahrungen im Bereich der Simulation sammeln möchten.

Inbetriebnahme und experimentelle Erprobung einer Rektifikationsanlage zur Trennung viskoser Gemische mit nicht-verdampfenden Komponenten

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: nach Rücksprache
Betreuer: Sven Gutperl
Forschungsgebiet: Rektifikation
 
Beschreibung:

Die Rektifikation stellt das wichtigste thermische Trennverfahren zur Trennung homogener Flüssigkeitsgemische dar und findet praktisch in allen Produktionsverfahren der chemischen und petrochemischen sowie der biotechnischen und pharmazeutischen Industrie Anwendung. Für die Auslegung von Rektifikationskolonnen bzw. zur Beschreibung der Trennleistung ist in erster Linie der Stofftransport zwischen Gas- und Flüssigphase maßgeblich. Zur Berechnung stehen verschiedene Ansätze bzw. Modellgleichungen zur Verfügung, welche sich über die Jahre etablieren konnten und in der Industrie zahlreich Anwendung finden.

Vorangegangene Forschungstätigkeiten belegen allerdings, dass die Stoffparameter des zu trennenden Gemisches (Viskosität und Oberflächenspannung) einen wesentlichen Einfluss auf die Trennleistung strukturierter Packungen haben, welcher in den bislang genutzten Modellen nur unzureichend wiedergegeben wird und erweiterte Berechnungsmodelle erfordert.

Für experimentelle Trennleistungsmessungen für Gemische mit erhöhter Viskosität und nicht-verdampfenden Komponenten muss zunächst eine geeignete Versuchsanlage in Betrieb genommen werden und hinsichtlich des Anlagenkonzepts erprobt werden. Hierfür gilt es, nicht nur erste Erfahrungen hinsichtlich des Anlagenbetriebs zu sammeln, sondern auch ein anlagentechnisches Verständnis für die erforderlichen Steuer- und Regelungskonzepte zu entwickeln und diese entsprechend im Leitsystem zu implementieren.

Im Rahmen der hier ausgeschriebenen Arbeit gilt es, die einzelnen Anlagenkomponenten sowie das entwickelte Steuer- und Regelungskonzept in das Leitsystem der Versuchsanlage (LabView) einzubinden und zu erproben. Des Weiteren sollen erste Erfahrungen im Anlagenbetrieb gewonnen und charakteristische Betriebspunkte reproduzierbar angefahren und ausgewertet werden.

Reinigungsprozessen in der Lebensmittelindustrie

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Hannes Deponte
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

In der Lebensmittelindustrie spielt die effektive Reinigung von Anlagen eine große Rolle. Gründe dafür sind hygienische Standards, ökologische Anforderungen sowie hohe Ansprüche des Kunden. Für jede Verschmutzung wird ein geeignetes Reinigungsverfahren ermittelt, das sich am Sinnerschen Kreis orientiert. Jedoch sind die Zusammenhänge zwischen den Einflussfaktoren der Reinigung und den Reinigungsmechanismen weitestgehend unbekannt, sodass hier großes Forschungspotential besteht.

Schwerpunkt dieser Arbeit ist deshalb die Bewertung und Charakterisierung von Reinungsvorgängen auf Basis von bereits vorhandenen Messdaten. Ziel dabei ist es, der Industrie relevante Zusammenhänge zwischen Betriebsparametern und den Zielgrößen der Reinigung zur Verfügung zu stellen, zum Beispiel in Form von Kennzahlen. Die Arbeit ist Teil des AIF Forschungsprojektes „Optimierung von Reinigungsprozessen mittels dimensionsloser Kennzahlen“ in dessen projektbegleitendem Ausschuss mehrere Unternehmen der Lebensmittelindustrie sitzen.

Entwicklung von Betriebsstrategien für das Monitoring von Lebensmittelverschmutzungen

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Annika Hohlen
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

In vielen Bereichen der Lebensmittelindustrie spielt die Wärmebehandlung, wie z.B. die Pasteurisation von Milch eine große Rolle. Dabei kommt es häufig zu Produktablagerungen auf den Wärmeübertragenden Oberflächen, auch Fouling genannt und damit zu einer Verschlechterung des Wärmeübergangs. Damit solche Ablagerungen verhindert werden können, ist es für die Industrie von großem Interesse Betriebsstrategien oder Prozessfenster zu identifizieren in denen möglichst wenige Ablagerungen entstehen. In diesem Zusammenhang soll im Rahmen einer Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit eine Methode für das Monitoring von Fouling etabliert werden. Dazu soll zunächst ein industriell relevantes Stoffsystem ausgewählt und entsprechend ein industrieller Prozess in den Labormaßstab übertagen werden. Anschließend soll eine Betriebsstrategie etabliert werden, die es möglich macht innerhalb kürzester Zeit möglichst viele Einflussfaktoren zu überprüfen, um dann eine Aussage über das Foulingverhalten treffen zu können. Anhand von Laborversuchen soll diese Betriebsstrategie dann für des gewählten Stoffsystems erprobt werden.

Simulation der kontinuierlichen Destillation von Mehrkomponentengemischen in ChemCAD

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: nach Absprache
Betreuer: Stefan Jahnke
Forschungsgebiet: Verdampfung/Simulation
 
Beschreibung:

Im Rahmen des industriegebundenen Forschungsprojekts Mi²Pro werden Batchprozesse hinsichtlich ihrer Umstellung auf eine kontinuierliche Prozessführung in der Chemieindustrie untersucht. Ein Teilaufgabe sieht dabei vor, ein Mehrkomponentengemisch mit einem mittelsiedenden Wertprodukt aus einer gekoppelten Dünnschicht- und Kurzwegverdampferstufe kontinuierlich abzudestillieren. Allgemein eignen sich diese beiden Verdampfertypen hervorragend zur Auftrennung thermisch sensibler sowie viskoser Medien. In ihnen sind Prozessdrücke ≤ 1 mbar abs realisierbar. Dadurch lässt sich die Siedetemperatur unter die thermische Zersetzungstemperatur absenken und eine produktschonende Verdampfung durchführen.

Allerdings ist die Vorausberechnung von Dünnschicht- und Kurzwegverdampfern sehr herausfordernd. Grund hierfür sind die unterschiedlichen apparativen und betrieblichen Dimensionen der Apparate sowie die Vielfalt an stofflichen Eigenschaften der Fluide, die die Trennleistung beeinflussen können. In einer vorrangegangenen Masterarbeit wurde in ChemCAD eine Fließbildsimulation in Form eines Gleichgewichtstufenmodells mit offener Verdampfung für jeweils einen Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer implementiert und erste Stoffgemische untersucht. Die verschiedenen Gleichgewichtsstufen bilden dabei jeweils ein Flächenelement der Heizfläche ab und lassen somit Aussagen über den Fortschritt des Verdampfungsprozess entlang der Heizwand zu.

In einer Bachelor- oder Studienarbeit sollen nun weitere Gemischzusammensetzungen untersucht werden und das Fließbildmodell weiterentwickelt werden. Folgende Arbeitspakete kann die Arbeit dabei umfassen:

  1. Vergleich der Fließbildsimulation mit anderen Ansätzen in der Literatur
  2. ChemCAD-Simulationen mit unterschiedlichen Gemischzusammensetzungen
  3. Variation von Wärmedurchgangskoeffizienten und Untersuchung der erzielbaren Trennleistung
  4. Charakterisierung von Betriebsfenstern in Abhängigkeit der Reinheit und Produktausbeute

Die Aufgabenstellung richtet sich an Studierende, die Interesse an industrienaher Forschung im Bereich der Verdampfungstechnik haben und Erfahrungen im Bereich der Simulation sammeln möchten.

Untersuchung des Haftverhaltens von Lebensmittelverschmutzungen

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Lukas Schnoeing
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Eine besondere Voraussetzung in der Milchindustrie ist die Einhaltung von Hygienestandards. Dies schließt insbesondere die rückstandsfreie Entfernung von Lebensmittelresten bei der Reinigung ein. Für ein erfolgreiches Abreinigen von zum Beispiel Milchbestandteilen sollten diese eine möglichst geringe Haftung zur Oberfläche aufweisen, welche durch eine bestimmte Beschichtung erreicht werden kann. Schwerpunkt dieser Arbeit ist deshalb die Untersuchung des Haftverhaltens von Milchproteinen auf speziell modifizierten Oberflächen und unter verschiedenen Einflussfaktoren. Dazu soll zunächst eine Methode evaluiert werden um realitätsnahe Ablagerungsschichten zu erzeugen. Im Anschluss kann das Adhäsions- und Kohäsionsverhalten solcher Ablagerungen untersucht werden. Mit Hilfe des Fluid Dynamic Gauging wird das Haftverhalten weicher Proteinablagerungen bestimmt, indem eine durch eine Düse gesogene Flüssigkeit eine Scherkraft auf die darunterliegende Schicht ausübt. Diese Scherkraft gibt Aufschluss über die Stabilität und Festigkeit der erhaltenen Ablagerungsschichten. Der Umfang der Arbeit kann der erforderlichen Leistungspunktzahl entsprechend angepasst werden.

Entwurf und Inbetriebnahme einer Versuchsanlage

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Annika Hohlen
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Die Herstellung von Polymeren erfolgt durch exotherme Polymerisationsreaktionen und findet üblicherweise in Reaktionsbehältern mit Mantelkühlung statt, damit die entstehende Wärme über die Reaktorwand abgeführt werden kann. Aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen der gekühlten Reaktorwand und dem heißen Polymer, lagert sich vermehrt Polymer an den Wänden des Reaktors ab. Dieser Ablagerungsprozess, Fouling genannt, verursacht in der Industrie große Probleme, weshalb dessen Erforschung von großem Interesse ist.

Damit ein solcher Foulingprozess im Labormaßstab untersucht werden kann, soll im Rahmen einer Bachelor-/ Studienarbeit oder Masterarbeit eine Versuchsanlage aufgebaut werden, in der es möglich ist während einer Polymerisationsreaktion gezielt Foulingschichten zu erzeugen und zu detektieren. Dazu soll zunächst ein entsprechender Versuchsstand entworfen, die Anlage in Betrieb genommen und erste Testmessungen durchgeführt werden.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens, sowie des Maschinenbaus (Verfahrenstechnik).

Foulingminderung durch modifizierte Oberflächen

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Annika Hohlen
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Unter Fouling versteht man die unerwünschte Ablagerung auf wärmeübertragenden Oberflächen. Da durch die Foulingschicht ein zusätzlicher Wärmeübertragungswiderstand entsteht, verschlechtert sich die Wärmeübertragung, was zu erhöhten Energiekosten führt und stellt damit ein großes Problem für viele industrielle Prozesse dar. Auch bei der Herstellung von Polymeren kommt es zu einer Foulingbildung auf den gekühlten Oberflächen der Behälterwände die unerwünscht ist. Ein neuartiger Ansatzpunkt zur Verringerung von Polymerfouling ist der Einsatz von modifizierten Oberflächen, sogenannten Diamond Like Carbon (DLC) Beschichtungen.

Damit der Einsatz dieser Beschichtungen weiter optimiert werden kann, soll im Rahmen Bachelor-/ Studienarbeit oder Masterarbeit der Einfluss von verschiedenen DLC-Oberflächen auf das Foulingverhalten einer reagierenden Polymerreaktion untersucht werden. Für die Untersuchung kommen verschiedene Analysemethoden, wie die Bestimmung des Foulingwiderstandes über Wärmebilanzen, sowie die Messung der Dichte, der Viskosität und der freien Oberflächenenergie zum Einsatz.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens, der Biotechnologie und des Maschinenbaus.

Entwicklung eines Aufarbeitungskonzepts für elektrochemisch synthetisierte Biokraftstoffe

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: nach Absprache
Betreuer: Moritz Rehbein
Forschungsgebiet: Mobilität
 
Beschreibung:

Biokraftstoffe sind organische Substanzen die aus erneuerbaren Quellen gewonnen und als Brennstoffe, z.B. für Kraftfahrzeuge, verwendet werden. Neben bereits kommerziell genutzten Stoffen wie Bio-Ethanol und Bio-Diesel stellen Furane interessante, potentielle Biokraftstoffe dar. olg versprechenden Weg darstellt, Energie zu speichern. Die Methode ist aus zweierlei Gründen interessant. Zum Einen kann das aus Biomasse produziertes Furfural als Edukt genutzt werden. Zum Anderen bietet diese Technik die Möglichkeit erneuerbare Energie, z.B. aus Wind- und Solaranlagen, elektrochemisch in dem produzierten 2-Methylfuran zu speichern. Die elektrochemische Synthese erfolgt in einem wässrigen Elektrolyten. Anschließend soll das entstandene 2-Methylfuran von der Elektrolytlösung getrennt werden, welche aus wirtschaftlichen Gründen rezykliert wird. Das gewonnene 2-Methylfuran muss ebenfalls aufgearbeitet werden.

Aus der Gruppe der Furane gilt 2-Methylfuran als vielversprechender Biokraftstoff, vor allem für die Nutzung in Verbrennungsmotoren. Am Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie konnte gezeigt werden, dass die elektrochemische Umsetzung von Furfural durch zweifache Reduktion zu 2-Methylfuran einen Erfolg versprechenden Weg darstellt, Energie zu speichern. Die Methode ist aus zweierlei Gründen interessant. Zum Einen kann das aus Biomasse produziertes Furfural als Edukt genutzt werden. Zum Anderen bietet diese Technik die Möglichkeit erneuerbare Energie, z.B. aus Wind- und Solaranlagen, elektrochemisch in dem produzierten 2-Methylfuran zu speichern. Die elektrochemische Synthese erfolgt in einem wässrigen Elektrolyten. Anschließend soll das entstandene 2-Methylfuran von der Elektrolytlösung getrennt werden, welche aus wirtschaftlichen Gründen rezykliert wird. Das gewonnene 2-Methylfuran muss ebenfalls aufgearbeitet werden.

In dieser Arbeit soll ein Aufarbeitungskonzept für die kontinuierliche, elektrochemische Herstellung von 2-Methylfuran erarbeitet werden. Dazu ist es zunächst notwendig, den Herstellungsprozess zu charakterisieren sowie zu bilanzieren. Des weiteren sind relevante Stoffdaten der beteiligten Komponenten zu ermitteln. Anhand dieser Stoffdaten können dann diverse Aufarbeitungskonzepte entworfen und, ggf. unterstützt durch Fließbildsimulationen in z.B. ChemCAD, bewertet und vergleichen werden.

Diese eher theoretische Arbeit richtet sich an Studierende der Fachrichtungen Bio-, Chemie- und Pharmaingenieurwesen sowie Maschinenbau (Verfahrenstechnik). Der Umfang der Arbeit kann an die erforderliche Leistungspunktezahl angepasst werden. Der Start der Arbeit ist ab sofort möglich.

Bestimmung von Diffusionskoeffizienten bei der Reinigung

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: nach Absprache
Betreuer: Nathalie Gottschalk
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Die Reinigung von Produktionsanlagen in der Lebensmittelindustrie spielt aus Gründen der Hygiene, Produktqualität und Wirtschaftlichkeit eine große Rolle und birgt nach wie vor ein erhebliches Optimierungspotenzial. Für die Modellierung von Reinigungsprozessen sind Diffusionskoeffizienten ein entscheidender Parameter. Sowohl die Diffusion einer Verschmutzung in ein Reinigungsmittel als auch die Diffusion des Reinigungsmittels in die Verschmutzung hängen u.a. entscheidend von der Temperatur und dem pH-Wert des Reinigungsmittels ab.

Ziel dieser Arbeit ist daher die experimentelle Bestimmung von Diffusionskoeffizienten verschiedener Modellverschmutzungen in ein Reini-gungsmittel und des Reinigungsmittels in die Modellverschmutzungen. Dazu werden u.a. die Verschmutzungen dem Reinigungsmittel ausgesetzt, nach unterschiedlichen Zeiten Reinigungsmittelproben gezogen und der Protein-/ Kohlenstoff-/Fettgehalt analytisch bestimmt. Weiterhin werden Messungen am Fluid Dynamic Gauging durchgeführt und mit anderen Versuchsmethoden verglichen.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens, des Maschinenbaus (Verfahrenstechnik), der Chemie und der Biotechnologie.

Untersuchungen eines Reinigungsmodells Ionischer Flüssigkeiten in einer Durchflusssäule

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Marcus Watts
Forschungsgebiet: Adsorption, Kinetik
 
Beschreibung:

Der Einsatz von Ionic Liquids (IL) zur Cellulosefaserherstellung ermöglicht es, funktionalisierte Fasern in einem einzigen Prozessschritt herzustellen. Ein Problem während der Faserherstellung zeigt sich aufgrund der thermischen Stabilität der IL. Forschungsergebnisse zeigen, dass der thermische Zerfall von EMIMAc zur Bildung von Chromophoren führt, welche sich im Prozess der Cellulosefaserherstellung anreichern und die Produkteigenschaften verschlechtern, rechts an dem Bild der Fasern zu erkennen.

Vorangegangene Arbeiten haben gezeigt, dass eine adsorptive Reinigung mittels Aktivkohle sehr gut geeignet ist um hochsiedende Chromophore aus der verfärbten IL-Lösung abzutrennen. Kinetische Reinigungsverläufe im Batch können mit Hilfe eines einfachen Modells gut beschrieben werden. Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Reinigung durch mehrere überlagerte Mechanismen bestimmt wird. Daher soll in dieser Forschungsarbeit durch einen kontinuierlichen Versuchsaufbau das Reinigungsmodell weiter differenziert werden. Dazu sollen Durchbruchsversuche an einer selbst gepackten Durchflusssäule aufgenommen und ausgewertet werden. Ebenso kann der Vergleich zu bereits vorhanden Batch-Experimenten gezogen und der Stofftransport untersucht werden. Dafür stehen verschieden große Aktivkohle Partikel zu Verfügung.

Diese Arbeit richtet sich an Studierende der Studiengänge BCPI, Maschinenbau/EVT, Biotechnologie und Chemie (o. ähnliche) mit Interesse an Chemie und Verfahrenstechnik. Vorkenntnisse aus dem Bereich Adsorption/Kinetik sind nicht erforderlich, aber hilfreich.

Untersuchung veränderlicher Stoffeigenschaften von Milchbestandteilen

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: nach Absprache
Betreuer: Christoph Spiegel
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Die ungewollte Belagbildung während der Verarbeitung verschiedenster Stoffe stellt weite Teile der stoffwandelnden Industrie vor erhebliche Herausforderungen. Auch der Lebensmittelindustrie entstehen auf diese Weise signifikante Zusatzkosten. In diesem Zusammenhang ist das Ablagerungs-verhalten von Milchbestandteilen von besonderem Interesse.

Bedingt durch die Vielzahl der enthaltenden Komponenten entstehen im Stoffsystem „Milch“ komplexe Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Bestandteilen. In Abhängigkeit der Temperatur liegen die Milchproteine beispielsweise nativ, gefaltet oder denaturiert vor. Dieser Umstand bedingt die Bildung verschiedenartiger Strukturen mit den ebenfalls enthaltenden Salzen sowie eine Veränderung essenzieller Stoffdaten.

Demzufolge ist es das Ziel dieser Arbeit grundlegende Stoffeigenschaften, wie z.B. Dichte und Viskosität, des Stoffsystems „Milch“ in Abhängigkeit der Temperatur und des Proteinzustandes zu untersuchen. Hierzu werden geeignete Modelllösungen hergestellt und mittels verschiedener experimenteller und analytischer Methoden charakterisiert. Ergänzt werden kann diese Arbeit durch eine geeignete Modellierung des Ablagerungsverhaltens der betrachteten Milchbestandteile an wärmeübertragenden Oberflächen.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens, des Maschinenbaus (Verfahrenstechnik), der Chemie und der Biotechnologie.

Strömungsvisualisierung an Wärmeübertragern

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Hannes Deponte
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Eine Möglichkeit der Effizienzsteigerung bei der Übertragung thermischer Energie wird durch das Einbringen von strukturierten Oberflächen auf der Oberfläche von Wärmeübertragern erzielt. An Dellen oder Rippen bilden sich Wirbel aus, die den Wärmeübergang verbessern. Die Stromlinien von Strömungen können mit einem µPIV visualisiert werden.

Das µPIV misst Geschwindigkeitsfelder in Strömungen. Als Lichtquelle dient ein Doppelpuls Nd:YAG Laser, der durch ein Mikroskop auf die Probe fokussiert wird. Die zu untersuchende Strömung ist mit fluoreszierenden Partikeln versetzt, die durch den Laser zum Leuchten angeregt werden. Das Fluoreszenzsignal wird mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen. Aus kurz hintereinander aufgenommenen Bildern werden die Stromlinien über die Partikelbewegung mit Hilfe einer Software berechnet. Ziel dieser Arbeit ist die Etablierung des µPIVs in einer Partikelfoulinganlage zur Untersuchung von Wirbeln auf den strukturierten Oberflächen von Wärmeübertragern.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens, des Maschinenbaus (Verfahrenstechnik), der Chemie und der Biotechnologie.

Optische Untersuchung von Foulingschichten

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Hannes Deponte
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Optische Messverfahren werden heute in der industriellen Lebensmittelherstellung und in der Pharmaindustrie breit gefächert eingesetzt. Dabei wird häufig die Phosphoreszenz von Materialien (wie z.B. Partikeln) genutzt, um visuelle Auswertungen durchzuführen. Phosphoreszenz ist die Eigenschaft des Nachleuchtens von Pigmenten.

Ziel dieser Arbeit ist der Einsatz der Local Phosphorescence Detection in der bestehenden Partikelfoulinganlage. Bei dieser Methode werden phosphoreszierende Pigmente eingesetzt, um das Sedimentations- und Ablagerungsverhalten von Partikeln in Strömungen zu visualisieren. Dabei werden selbstleuchtende (phosphoreszierende) Tracerpartikel mit Hilfe einer Kamera detektiert und über die Helligkeit die Verteilung der Partikel auf der Oberfläche sowie die Schichtdicke bestimmt.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens, des Maschinenbaus (Verfahrenstechnik), der Chemie und der Biotechnologie.

Charakterisierung viskoser Stoffgemische mit nicht-verdampfenden Komponenten

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Sven Gutperl
Forschungsgebiet: Rektifikation viskoser Systeme
 
Beschreibung:

Die Rektifikation stellt das wichtigste thermische Trennverfahren zur Trennung homogener Flüssigkeitsgemische dar und findet praktisch in allen Produktionsverfahren der chemischen und petrochemischen sowie der biotechnischen und pharmazeutischen Industrie Anwendung. Für die Auslegung von Rektifikationskolonnen bzw. zur Beschreibung der Trennleistung ist in erster Linie der Stofftransport zwischen Gas- und Flüssigphase maßgeblich. Zur Berechnung stehen verschiedene Ansätze bzw. Modellgleichungen zur Verfügung, welche sich über die Jahre etablieren konnten und in der Industrie zahlreich Anwendung finden.

Vorangegangene Forschungstätigkeiten belegen allerdings, dass die Stoffparameter des zu trennenden Gemisches (Viskosität und Oberflächenspannung) einen wesentlichen Einfluss auf die Trennleistung strukturierter Packungen haben, welcher in den bislang genutzten Modellen nur unzureichend wiedergegeben wird und erweiterte Berechnungsmodelle erfordert.

Für experimentelle Trennleistungsmessungen bei erhöhter Viskosität müssen daher zunächst geeignete organische Stoffgemische untersucht und hinsichtlich ihrer wesentlichen Stoffdaten charakterisiert werden. Neben der Viskosität sind aber auch die Dichte und die Oberflächenspannung sowie die Gleichgewichtsdaten in Abhängigkeit der Temperatur von besonderem Interesse.

Im Rahmen der hier ausgeschriebenen Arbeit gilt es daher, die zur Charakterisierung der Gemische erforderlichen Stoffeigenschaften (Viskosität, Oberflächenspannung, Dichte, VLE) zunächst experimentell bzw. laboranalytisch zu ermitteln und deren Abhängigkeit von Temperatur und/oder Gemischzusammensetzung darzustellen und ggf. durch geeignete Korrelationen oder Modellgleichungen abzubilden. Der tatsächliche Arbeitsumfang kann je nach Art und Umfang der Studienleistung individuell angepasst werden (Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit).

Entwurf und Konstruktion eines Versuchstands

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Lukas Schnöing
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Eine wichtige Strategie zur Vermeidung von ungewollten Ablagerung ist die Modifizierung der Oberfläche. Ein gewisser energetischer Zustand führt unter Umständen dazu, dass die Adhäsion von zur Ablagerung neigender Stoffe verzögert oder vermieden werden kann. Zur Untersuchung des Einflusses des energetischen Zustands auf das Ablagerungsverhalten müssen andere Parameter wie beispielsweise die Rauheit der Oberfläche oder Strömungseinflüsse minimiert werden. Darüber hinaus ist eine geeignete Versuchsanordnung, einschließlich einer ausgewählten Messtechnik hinsichtlich der Ablagerungsbildung, notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine solche Versuchsanordnung bzw. ein solches Reaktorsystem, in dem Foulingschichten erzeugt werden können, entworfen, konstruiert und hinsichtlich des Wärme- und Stoffaustausches charakterisiert werden.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Maschinenbaus sowie des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens.

Etablierung und Charakterisierung einer Kristallisationsmethode zur Herstellung eines pharmazeutischen Wirkstoffes

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Marius Meise
Forschungsgebiet: Pharmaverfahrenstechnik
 
Beschreibung:

Die Kristallisation ist eine der wichtigsten Grundoperationen in nahezu jedem pharmazeutischen Herstellungsprozess. Sie dient dabei der Aufreinigung und Isolierung des Wirkstoffes sowie der Erzeugung physikalischer Kristalleigenschaften (Größe, Morphologie, …) für die anschließende Formulierung.

Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung einer Kristallisationsmethode für die Herstellung eines pharmazeutischen Wirkstoffes. Das in einer vorangegangenen Arbeit etablierte Verfahren soll charakterisiert und hinsichtlich relevanter Einstellungsparameter optimiert werden. Dazu steht ein modernes Labor sowie Analytik (FBRM, ATR-FTIR, UHPLC, …) zur Verfügung.

Die Arbeit richtet sich an alle Studierenden der Fachrichtung Chemie, Bio-, Chemie-, Pharmaingenieurwesen, Biotechnologie sowie Maschinenbau (Verfahrenstechnik).

Der Umfang wird der erforderlichen Leistungspunktzahl entsprechend angepasst. Parallel zur Arbeit können Lehrveranstaltungen besucht werden.

Modifizierte Oberflächen als „Anti-Fouling“ Tool

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Annika Hohlen
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

DLC Beschichtungen sind amorphe Kohlenstoffbeschichtungen, die z.B. zur Verringerung des Verschleißes bei Werkzeugen eingesetzt werden. Neben der großen Härte und der Verschleißfestigkeit von DLC Beschichtungen konnte bereits gezeigt werden, dass DLC Beschichtungen ebenfalls die unerwünschte Belagbildung auf wärmeübertragenden Oberflächen, Fouling genannt, verringern können. Damit DLC Beschichtungen als „Anti-Fouling Beschichtungen“ eingesetzt werden können, ist es notwendig ihre Langzeitstabilität zu untersuchen. Des Weiteren kann durch gezieltes einbringen von z.B. Stickstoff oder Sauerstoff in die Oberfläche die Beschichtung an das jeweilige Foulingmaterial angepasst werden.

Daher soll im Rahmen einer BA, SA oder MA zum einen die Stabilität solcher Beschichtungen untersuchtwerden und zum anderen die Wechselwirkung zwischen der Beschichtung und der Foulingablagerung genauer analysiert werden. Dazu kann z.B. die Messung der freien Oberflächenenergie verwendet werden.

Die Arbeit richtet sich an Studierende des Pharma-, Bio-/ Chemieingenieurwesens, der Biotechnologie und der Chemie.

Untersuchung des wärmetechnischen und fluiddynamischen Betriebsverhaltens eines Naturumlaufverdampfers

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Yan Lu
Forschungsgebiet: Naturumlaufverdampfer
 
Beschreibung:

Naturumlaufverdampfer zeichnen sich durch einen sehr guten Wärmeübergang, einen einfachen Aufbau sowie einen pumpenlosen Betrieb aus. Der Umlauf stellt sich aufgrund der Dichtedifferenz zwischen dem flüssigen Einlauf und dem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch im Verdampferrohr ein. Die enge Kopplung von Fluid- und Thermodynamik schränkt jedoch die Einsatzbereiche von Naturumlauf-verdampfern ein, da der Umlauf stark von den Betriebsbedingungen wie Betriebsdruck, Flüssigkeits-stand und treibender Temperaturdifferenz zwischen der Heiz- und Verdampfungsseite beeinflusst wird. Vorarbeiten haben gezeigt, dass mithilfe von Turbulenzpromotoren wie Drahtgestrickeinbauten oder oberflächenstrukturierten Rohren die Einsatzbereiche erweitert werden können. Diese ist für verschiedenen Betriebsbedingungen und Stoffsystemen zu untersuchen.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Einflüsse der Betriebsbedingungen, des Stoffsystems und des eingesetzten Turbulenzpromotors auf das wärmetechnische und fluiddynamische Betriebsverhalten des Naturumlaufverdampfers experimentell untersucht werden. Ein Review der Berechnungs-methode für Naturumlaufverdampfer in der Literatur, eine Versuchsplanung mit Design of Experiment und die Entwicklung eines Matlab-Programms zur Auswertung sind von Interesse.

Diese Studien-/Masterarbeit richtet sich an Studierende des Maschinenbaus/EVT, Bio-/Chemieingenieurswesen oder ähnlicher Fachrichtungen.

Praktikum und Abschlussarbeit am IST: Erarbeitung von Marktanalyse und Marktstrategien mit dem Schwerpunkt „Antifouling“

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Wolfgang Augustin
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Zusammen mit dem Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig wird am Fraunhofer IST seit Jahren am Thema „Antifouling“-Beschichtungen in unterschiedlichen Forschungsprojekten gearbeitet. Dabei ver-steht man unter Fouling störende Beläge in zahlreichen in der Industrie genutzten Geräten und Anlagen. Allgegenwärtig sind z.B. Kalkablagerungen in wasserführenden Komponenten. Außerdem spielt Fouling im Bereich Wärmeübergang eine wichtige Rolle, da durch Fouling eine geringere Energieeffizienz bis hin zum völligen Verlust der Funktion hervorgerufen werden kann.

Gängige Maßnahmen zur Belagminderung umfassen eine sorgfältige Auswahl der verwendeten Materialien, Medien und Oberflächen oder verfahrenstechnische Maßnahmen. Einschränkungen für das Design von Produktionsanlagen und weitere Kosten sind häufig die Folge. Zusätzlicher Aufwand entsteht durch mechanisch und/oder chemisch wirkende Reinigungs-prozeduren, um entstandene Ablagerungen wieder zu entfernen und Komponenten in Stand zu halten.

Der Ansatz des Fraunhofer IST ist es, der Bildung von Belägen mit antiadhäsiven Schichtsystemen entgegenzuwirken. Modifizierte DLC-Schichten (Diamond like Carbon) sind dafür besonders vielversprechend, da sie neben den Antihaft-Eigenschaften auch über sehr gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Verschleißbeständigkeit, verfügen.

Am IST wurden unterschiedliche Antifouling-Schichtsysteme für Anwendungen in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie entwickelt und punktuell erfolgreich getestet. Allerdings fehlt bis jetzt ein Überblick über Marktbedarf und –größe. Außerdem fehlt die systematische Einordnung von Alternativlösungen.

Im Rahmen von studentischen Arbeiten soll eine Markstudie durchgeführt werden, um den Überblick über potenzielle Kunden, deren Anforderungen und den Entwicklungsbedarf zu gewinnen. Mit der Unterstützung von Betreuern sollen anhand der Marktrecherche Fragenkataloge erstellt und Interviews geführt werden. Bei Interesse von Firmen können Besuche organisiert werden, sodass im Rahmen der Arbeit ein guter Überblick über Produktionsabläufe in der Industrie gewonnen werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen ausgewertet und zusammengefasst werden. Die Marktanalyse soll nach der Fertigstellung als Grundlage für die neue strategische Ausrichtung von Thema „Antifouling“ genutzt werden.

Das Fraunhofer IST verfügt über folgende Lizenzen: Frost und Sullivan – mit Vollzugriff auf Marktstudien und Technologie-studien; Hoppenstedt Firmendatenbank (Bisnode) zu derzeit 600.000 Unternehmen; AMADEUS Firmendatenbank; MARKUS Firmendatenbank.

Charakterisierung von Adsorbentien für die Bio- und Pharmaverfahrenstechnik mittels dynamischer Methoden

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Dave Hartig
Forschungsgebiet: Adsorption
 
Beschreibung:

Die biotechnologische Herstellung rekombinanter Arzneimittel hat in der modernen Pharmazie einen großen Stellenwert eingenommen. Immer mehr Medikamente bestehen aus therapeutisch wirksamen Proteinen oder aus anderen biologisch hergestellten Molekülen. Diese Moleküle werden oft fermentativ produziert und anschließend mittels chromatographischer Verfahrens aufgereinigt. Somit nimmt die Suche nach geeigneten Adsorbentien als Chromatographiematrix eine wichtige Stellung in der Prozessentwicklung ein. Am Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik wurde an einem Zeolith/Zucker-System eine neuartige ECP-Methode entwickelt, welche das Screening von Adsorbentien vereinfacht und auch in frühen Stufen der Prozessentwicklung integriert werden kann. Diese neue Methode soll zusammen mit anderen dynamischen Methoden eingesetzt werden, um Adsorbentien umfassend zu charakterisieren.

In dieser Arbeit sollen Einkomponentenisothermen mittels dynamischer Methoden bestimmt werden. Darauf aufbauen soll die Adsorptionsenthalpie verschiedener Stoffe berechnet werden. Je nach zeitlichem Umfang der Arbeit soll der Einfluss verschiedener Puffer und Lösungsmittel auf die Adsorptionsenthalpie untersucht werden. Diese Arbeit richtet sich an alle Studierende der Studiengänge Bioingenieurwesen, Maschinebau, EVT, Biotechnologie o.ä. Praktische Erfahrungen mit Adsorption oder Chromatographie sind nicht erforderlich, erleichtern aber sicher den Einstieg.

Der Umfang der Arbeit wird der erforderlichen Leistungspunktzahl entsprechend angepasst. Es ist die Möglichkeit gegeben parallel zur Arbeit Lehrveranstaltungen zu besuchen.

Etablierung einer Methode für die Erzeugung von reproduzierbaren Foulingschichten

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: ab sofort
Betreuer: Annika Hohlen
Forschungsgebiet: Fouling
 
Beschreibung:

Ob Sportschuhe, Autoverkleidungen oder Getränkeflaschen, Polymere sind aus unserem Alltag nicht mehr weg zu denken. Damit Polymere mit maximalen Profit erwirtschaftet werden können, müssen die Herstellungsprozesse und –verfahren möglichst effizient und kostensparend sein. Bei der Synthese von Polymeren kommt es jedoch durch die betriebsbedingte Verschmutzung von wärmeübertragenden Oberflächen, auch Fouling genannt, zu einer Verschlechterung der Wärmeübertragung und damit zu erhöhten Energiekosten, erhöhten Wartungskosten und einer geringeren Verfügbarkeit der Anlage. Damit eine optimale Prozessführung gewährleistet werden kann, ist es für die kunststoffproduzierende Industrie von großem Interesse Polymerfouling zu vermeiden oder zumindest zu verhindern. Daher wird im Rahmen eines AIF Forschungsprojektes, das Foulingverhalten eines reagierenden Polymers untersucht werden.

In Anlehnung an das Forschungsprojekt soll in einer Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit eine neuartige Methode zur Charakterisierung des Foulingverhaltens von reagierenden Stoffsystemen etabliert werden. Dabei sind drei wichtige Aufgabenkomplexe zu bearbeiten, die je nach Interesse, Umfang oder Startpunkt der Arbeit gewählt werden können. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Etablierung einer Modellpolymerisationsreaktion im Labormaßstab inklusive der Erprobung entsprechender Analytik. Ein weiterer Schwerpunkt kann auf den Umbau des Reaktors zu einer für Foulingversuche geeignete Anlage gelegt werden. Hierbei soll ein Spinning Disc Apparatus in den Deckel des Reaktors integriert werden. Ziel ist es dann im letzten Schritt eine Methode zu etablieren, mit der reproduzierbare Foulingschichten erzeugt werden können, um anschließend Einflussparameter auf das Foulingverhalten eines reagierenden Polymers zu untersuchen.

Von der Batch- zu konti-Synthese: neue Herstellungsverfahren für pharmazeutische Wirkstoffe

  Forschungspraktikum   Masterarbeit   Studienarbeit   Bachelorarbeit
     
Beginn: Ab sofort
Betreuer: Moritz Rehbein
Forschungsgebiet: Pharmaverfahrenstechnik
 
Beschreibung:

In Kooperation mit dem Institut für Medizinische und Pharmazeutische Chemie wird im Projekt „µ-Props“ unter Anderem an neuen, innovativen Herstellungsverfahren für pharmazeutische Wirkstoffe gearbeitet. Ziel ist dabei, die Synthese und Aufarbeitung vom batch-Prozess hin zu einem kontinuierlichen Verfahren zu übertragen, um so gleichbleibend hohe Produktqualitäten, geringe Ressourcenverschwendung und Abfallproduktion zu erreichen. Als Modellwirkstoff dient dabei KuFal194, ein vielversprechender, potenzieller Wirkstoff für die Forschung an Alzheimer und Down Syndrom.

Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung der ersten Vorstufen des Wirkstoffes. Dazu soll zunächst das entsprechende Laborprotokoll am ICTV umgesetzt und die Synthese so etabliert werden. Anschließend erfolgt eine Optimierung des Prozesses hinsichtlich gesteigerter Ausbeuten und reduzierter Reaktionszeiten, wofür moderne Apparate zur Verfügung stehen. Auch die Aufarbeitung der Produkte soll untersucht und optimiert werden. Verfahren, die hier zum Einsatz kommen sind typische Grundoperationen z.B. flüssig/flüssig Extraktion, Kristallisation sowie Verdampfung und Trocknung, die auf die Anforderungen der entsprechenden Substanzen angepasst werden.
Diese Arbeit richtet sich an Studierende des Bio-, Chemie- und Pharmaingenieurwesens, die Spaß an Laborarbeit haben und sich für das spannende Feld der pharmazeutischen Prozesse interessieren. Der Umfang der Arbeit kann an die entsprechende Leistungspunktzahl angepasst werden.

Cleaning Mechanisms of Food Fouling Layers (ENGLISH)

  Research internship   Master thesis   Research project   Bachelor thesis
     
Start: -
Contact: Nathalie Gottschalk
Area of research: Fouling / Fluid Dynamic Gauging
 
Description:

The cleaning of production plants in the food industry plays for reasons of hygiene, product quality and economic efficiency a big role and still rescues a considerable optimization potential. For the choice of the optimum cleaning parameters, like cleaning temperature, concentration of cleaning agents and cleaning time, is the knowledge of the removal and cleaning behavior of the deposits of great importance. Fluid Dynamic Gauging is a measurement technique used to study this behavior of soft deposit layers in a liquid environment.

This thesis project aims at the investigation of adhesion and cohesion forces of model systems for food fouling layers by fluid dynamic gauging measurement. The research activity will include the production of reproducible fouling layers, the characterization of the fouling layers (e.g. compressibility), fluid dynamic gauging measurements and characterization of the substrates (e.g. surface free energy and surface roughness). Experiments will be planned by Design of Experiments to optimize research results and allow mathematical modelling.

The project is directed at students of pharmaceutical, biological and chemical process engineering, mechanical engineering (specialization: process engineering), biotechnology, food technology and chemistry.

 


  aktualisiert am 24.11.2017
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