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 Simulation | Daniel Nasato |
Pneumatische Förderung | Philipp Schweda |
Partikelcoating mit Wachsschmelzen | Mario Wörthmann |
Triboelektrische Proteinanreicherung | Javier Perez Vaquero |
Nanokristalline Zellulose und Stärkenanopartikel | Christine 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 Zucker | Martin 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
Läuterprozesse | Peter Bandelt |
Anschwemmfiltration | Michael Kuhn, Philip Pergam |
Kaffeeextraktion | Verena Hargarten, Michael Kuhn |
Stofftransport in filamentösen Mikroorganismen | Henri Müller, Stefan Schmideder |
Wassertransport in Bäumen | Petra 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.
Lactosekristallisation | Simon Schiele |
Optische Messtechnik | Cornelia Eder |
Molekulare Mechanismen der Kristallauflösung pharmazeutischer Wirkstoffe | Frederik Luxenburger |
Methodenentwicklung der molekularen Simulation für Kristall-Lösungs-Grenzflächen | Ekaterina 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 Fruchtsuspensionen | Mohd Tarmizan bin Ibrahim |
Schokoladenconchieren | Philip Schmid |
Strömungsinduzierter Wärmeübergang in würfelförmige Geometrie (Fruchtstück in einem Getränk mit verschiedenen Anströmrichtungen), ermittelt durch numerische Strömungsmechanik