Forschung am Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik

Die Systemverfahrenstechnik zeichnet sich als Disziplin durch ihre integrierende Herangehensweise aus. Probleme werden nicht nur im jeweiligen Anwendungskontext, sondern von einer allgemeineren systemischen Perspektive aus adressiert. Diese Perspektive führt zu einer zentralen Stellung von Modellen sowie mathematischen und informationstechnologischen Werkzeugen in der Systemverfahrenstechnik. Die systemische Vorgehensweise zeigt sich zudem in der wichtigen Rolle, die Prozessentwurf, -regelung und –optimierung in der Systemverfahrenstechnik spielen. Dieses grundsätzliche Vorgehen kommt an unserem Lehrstuhl in diversen verfahrenstechnischen Anwendungsfällen der Bio- und Lebensmittelwissenschaften zum Einsatz.

Partikeltechnik

Viele Feststoffe liegen als diskrete Partikel vor. Dabei beeinflusst die Partikelgröße und –form die Lagerung und Verwendung der verschiedenen Stoffsysteme. Größe und Form sind dabei auch selbst technisch beeinflussbare Größen, die für verschiedene Anwendungen gezielt ausgewählt und entsprechend praktisch realisiert werden müssen. In diesem Umfeld werden am Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik verschiedene partikeltechnologische Fragestellungen durch experimentelle und simulative Verfahren adressiert.

Diskrete Element SimulationDaniel Nasato
Pneumatische Förderung Philipp Schweda
Partikelcoating mit WachsschmelzenMario Wörthmann
Triboelektrische ProteinanreicherungJavier Perez Vaquero
Nanokristalline Zellulose und StärkenanopartikelChristine Hermann
Zuckerzerkleinerung       Ali Khajehesamedini

 Simulation eines Pulverrheometers (links) und einer Ringscherzelle (rechts) mittels der Diskreten-Elemente-Methode (DEM)

Trocknungstechnik

Diverse Produkte im Lebensmittel- oder Pharmabereich müssen für ihre weitere Verwendung getrocknet werden. Die Trocknung führt dabei zu einer Reihe von gewollten wie auch ungewollten Veränderungen der Produkteigenschaften. Um diesen Prozess gezielt für verschiedene Anwendungen nutzen zu können, müssen die grundlegenden Mechanismen verstanden und ihre gezielte Beeinflussbarkeit erschlossen werden. Dies wird am Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik mit verschiedenen Schwerpunktsetzungen durchgeführt.

Amorph-kristalliner Übergang bei ZuckerMartin Schugmann
Gefriertrocknung von Lebensmitteln  Sebastian Gruber

Schematische Darstellung eines teilweise gefriergetrockneten Zuckerpartikels, wie dies z.B. durch Neutronentomographie beobachtet werden kann. ©Schürmann

Transportprozesse in porösen Medien

Porösen Medien spielen in diversen Anwendungen eine wichtige Rolle, etwa in biologischen Strukturen oder in  verschiedenen verfahrenstechnischen Trenn- und Extraktionsverfahren. Poröse Strukturen zeichnen sich durch ihre große innere Oberfläche sowie ihr spezifisches Transportverhalten aus. Am Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik werden verschiedene poröse Medien analysiert und gezielt auf bestimmte Anwendungen hin verbessert

LäuterprozessePeter Bandelt
AnschwemmfiltrationMichael Kuhn, Philip Pergam
KaffeeextraktionVerena Hargarten, Michael Kuhn
Stofftransport in filamentösen MikroorganismenHenri Müller, Stefan Schmideder
Wassertransport in BäumenPetra Först

 Computertomographie von Aspergillus niger (links) und Stofftransportvisualisierung im Inneren eines filamentösen Pilzes (rechts)

Kristallisation

Kristallisation ist ein wichtiger Aufarbeitungs- und Produktgestaltungsschritt in der Pharma- und Lebensmittelindustrie. Wirkstoffe werden gezielt aus Lösungen auskristallisiert, um danach gut abgetrennt und weiterverarbeitet werden zu können. Dabei spielt die Kristallgröße und –form eine zentrale Rolle, welche wiederum durch entsprechende Prozessführungsstrategien beeinflusst werden kann. Am Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik werden verschiedene Kristallisationsprozesse experimentell und theoretisch untersucht und auf mögliche Verbesserungen hin analysiert.

LactosekristallisationSimon Schiele
Optische MesstechnikCornelia Eder
Molekulare Mechanismen der Kristallauflösung pharmazeutischer WirkstoffeFrederik Luxenburger
Methodenentwicklung der molekularen Simulation für Kristall-Lösungs-GrenzflächenEkaterina Elts

 Messung des Kristallwachstums sowie des Konzentrationsverlaufs nahe der Kristalloberfläche mittels Laser-Interferometrie

Wärme- und Stofftransport in komplexen Systemen

Wärme- und Stofftransportprozesse sind allgegenwärtig in Natur und Technik. Für viele ingenieurwissenschaftliche Anwendungen ist es entscheidend diese Prozesse gezielt nutzen und steuern zu können. Besonders anspruchsvoll ist diese Aufgabe für die komplexen Stoffsysteme, die in den Bio- und Lebensmittelwissenschaften vorliegen. Mit besonderem Blick auf diese Anwendungsfelder werden am Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik Wärme- und Stofftransport experimentell und theoretisch untersucht.

Reinigung und Hygienic Design  Lakshmi Narasiman Vijayasarathi
Wärmeübergang in FruchtsuspensionenMohd Tarmizan bin Ibrahim
SchokoladenconchierenPhilip Schmid

 Strömungsinduzierter Wärmeübergang in würfelförmige Geometrie (Fruchtstück in einem Getränk mit verschiedenen Anströmrichtungen), ermittelt durch numerische Strömungsmechanik