Projekt-/Bachelor-/Masterprojekt- und Masterarbeiten in der Arbeitsgruppe Schultz
Inhouse-Arbeiten stellen ein besonderes Qualitätsmerkmal dar, da den Studierenden hierbei sowohl streng anwendungs- und industrienahe Erfahrungen als auch das ingenieurswissenschaftliche Laborarbeiten zu Teil werden.
In der Arbeitsgruppe Schultz können jederzeit Inhouse-Abschlussarbeiten (Projekt-/Bachelor-/Masterprojekt- und Masterarbeiten) zu aktuellen Themen der Forschung angefertigt werden. Da die Laborplätze hierzu in Ihrer Anzahl limittiert und diese zudem sehr begehrt sind, ist eine frühzeitige Anfrage/Bewerbung zu empfehlen.
Geeignete KandidatInnen werden garantiert optimal betreut und haben die Möglichkeit, an modernen Geräten (Druckreaktoren, Rührapparaten, Kolonnen etc.) zu arbeiten sowie innovative Messsysteme zu nutzen (Particle Image Velocimetry (PIV), Laser Induced Fluorescense (LIF), Hochgeschwindigkeitskameras, Shadowgrafie, etc.).
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Infrastruktur des ILOC zu nutzen.
Die Themen werden zu aktuellsten Forschungsgebieten und zudem oft in Kooperation mit Industrieunternehmen angefertigt.
Schwerpunkte/Fragestellungen:
- Fragestellungen aus dem Bereich Stoff- und Wärmetransport sowie Chemische Technik
- Rühr- und Mischtechnik
- Fluid- und Partikelströmungen
- Computational Fluid Dynamics (CFD)
- Gashydrate:
- Flow Insurance, Verhinderung von Gashydratbildung in Pipelines
- Gastrennung per Gashydratbildung,
- Gasspeicherung in Form von Gashydraten,
- Gastransport in Form von Gashydraten,
- CO2-Deponierung in Form von Gashydraten,
- Energiegewinnung aus Gashydraten
- (Ab-)Wasseraufbereitung und Meerwasserentsalzung per Gashydratbildung
Aktuelle Themenangebote:
Achtung: Abhängig von Anzahl der aktuell in Arbeit befindlichen Abschlussarbeiten muss die Limitierung durch die Zahl der verfügbaren Arbeitsplätze beachtet werden. Dies kann bei hoher Frequentierung zu Verzögerung oder gar Ablehnung eines Themas führen und muss im persönlichen Gespräch unter Berücksichtigung des gewünschten Zeitraumes geklärt werden.
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Thema: Rühr- und Mischtechnik
In der Arbeitsgruppe Schultz werden seit einigen Jahren intensiv Rührprozesse untersucht, insbesondere mithilfe (laser)optischer Messmethoden wie der Particle Image Velocimetry (PIV), der Laser-induced Fluorescence (LIF) sowie der Shadowgraphy. Diese Methoden geben Aufschluss über die Strömungsverhältnisse sowie die Abläufe von Mischprozessen in Reaktoren.
Abschlussarbeiten auf diesem Themengebiet beinhalten u. A.:
- Arbeit mit einem 3D-CAD-Zeichenprogramm zur maßgeschneiderten Entwicklung von Bauteilen
- Erstellung von Bauteilen mittels 3D-Druck, CNC-Fräse, Lasercutter inklusive entsprechender Nachbearbeitung (z.B. Feilen, Polieren, Kleben)
- Auf- und Zusammenbau von Modellen für laseroptische Untersuchungen
- Durchführung von optischen Messungen sowie deren computergestützte Auswertung
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Sie bringen mit:
- Fortgeschrittenes Studium mit dem Schwerpunkt Technische Chemie
- Gute MS-Office-Kenntnisse
- Eine selbstständige, verantwortungsbewusste Arbeitsweise
Bei Interesse und/oder Fragen melden Sie sich bei Prof. Schultz, Raum R 306.
- Themengebiet 1: Strömungsfelder und Mischzeit in gerührten Systemen mit Bodenrührern
Eine besondere, bislang nur wenig untersuchte Konfiguration stellen Bodenrührer dar. Dabei wird auf die klassische, von oben eingebrachte Welle verzichtet und der Rührer unten im Apparat angebracht, was etwa für die Aufwirbelung von Partikeln besonders förderlich sein kann. Anders als für die klassischen Rührkonfigurationen (s. z.B. DIN 28131) existieren für Bodenrührer jedoch noch keine Erfahrungswerte, nach denen industrielle Reaktoren ausgelegt werden können.
In einer vorangegangenen Abschlussarbeit wurde ein System zur labortechnischen Untersuchung von Bodenrührern konzipiert. Mithilfe der 3D-Druck-Technik wurden einige Modelle von Reaktoren und Rührern erstellt. Diese vielversprechende Basis soll nun weiter ausgebaut werden.
Ziele sind die experimentelle Erfassung der Prozesse in Systemen mit Bodenrührern, die Optimierung von v.a. geometrischen Parametern sowie die Formulierung von Empfehlungen zur Auslegung industrieller Rührreaktoren.
- Themengebiet 2: Optimierung mehrstufiger Rührerkonfigurationen
Die bekannten Normen DIN 28130 und DIN 28131 beschränken sich jedoch nur auf Systeme mit einem einzelnen Rührorgan, bei denen die Füllhöhe des Reaktors H gleich dem Durchmesser D ist. In der industriellen Praxis jedoch sind auch Reaktoren mit mehrstufigen Rührsystemen und H/D > 1 verbreitet, für die noch keine allgemein gültigen Auslegungsempfehlungen existieren.
Für die optimale Auslegung mehrstufiger Rührsysteme ist der Abstand der Rührorgane zueinander von großer Wichtigkeit. Wird dieser zu groß gewählt, so bildet jeder Rührer sein eigenes Strömungsfeld aus und bewirkt nur in seiner unmittelbaren Umgebung die gewünschte Mischwirkung. Um den gesamten Reaktor gut durchmischen zu können, müssen die Strömungsfelder der einzelnen Rührer einander überlappen und wechselwirken.
Es sollen zunächst im einstufigen System die charakteristischen Ausmaße der Strömungsfelder verschiedener Rührorgane und deren Abhängigkeit von geometrischen und Prozessparametern ermittelt werden.
Weiterhin soll der Mischprozess in mehrstufigen Systemen in Abhängigkeit des Abstandes untersucht und diese Ergebnisse mit den Erkenntnissen über die Strömungsfelder in Einklang gebracht werden.
Schlussendlich sollen allgemeingültige Empfehlungen zur Auslegung mehrstufiger Rührprozesse formuliert werden. Es sollen die vielversprechendsten Kombinationen aus Rührorganen und Einbauten identifiziert und die optimale Geometrie ermittelt werden.
- Themengebiet 3: Fluorescent PIV
Für die Particle Image Velocimetry werden Tracerpartikel eingesetzt, die der Strömung folgen. Anhand des von diesen Partikeln reflektierten Lichtes lässt sich der zurückgelegte Weg und somit die Strömungsfelder erfassen.
Durch den Einsatz fluoreszierender Tracerpartikeln eröffnet sich die Option, einen optischen Filter vor die Kamera zu schalten, der das einfallende Laserlicht und somit auch sämtliche Reflektionen ausblendet und nur das durch die Fluoreszenz emittierte Licht mit anderer Wellenlänge hindurchlässt.
Um die hohen Kosten kommerziell verfügbarer Partikel zu vermeiden, sollen diese im Labor selbst hergestellt werden. Dies beinhaltet die Recherche möglicher Herstellungsverfahren, die Herstellung selbst, die Bestimmung der Dichte und der Partikelgrößenverteilung sowie Testmessungen im PIV-System im Vergleich mit den klassischen Tracerpartikeln.
Sofern dieser Schritt erfolgreich ist, können weiterführende Versuche, insbesondere zu PIV-Untersuchungen von Suspensionen durchgeführt werden.
- Themengebiet 4: Zwei-Farben-LIF
Die Technik der Laser Induced Fluorescence bietet neben der etablierten Untersuchung von Mischprozessen auch die Möglichkeit zur Aufklärung von Temperaturfeldern. Die Fluoreszenzintensität von Farbstoffen ist typischerweise proportional zur Intensität des einfallenden Lichtes sowie zur Konzentration des Stoffes, bei einigen Stoffen zusätzlich abhängig von der Temperatur.
Eine besondere Methode stellt dabei die Zwei-Farben-LIF dar. Während ein temperatursensitiver Farbstoff die Erfassung von Temperaturänderungen ermöglicht, sorgt der Zusatz eines zweiten, nicht temperatursensitiven Farbstoffes dafür, dass störende Effekte wie Schwankungen der Laserlichtintensität erfasst und eliminiert werden können.
Zunächst soll ein dafür geeigneter Versuchsaufbau erstellt und validiert werden.
Mit dieser Methode sollen schließlich Wärmeübertragungsprozesse in technischen Apparaten, v.a. in Rührreaktoren mit Einbauten, untersucht und visualisiert werden, um Erkenntnisse für die Auslegung solcher Apparate zu gewinnen.
- Themengebiet 5: Vergleich verschiedener Messmethoden für Mischprozesse
Die Laser Induced Fluorescence ist die an der HS Niederrhein etablierte Methode zur Untersuchung von Mischvorgängen in Rührreaktoren. Der große Vorteil dieser Methode besteht darin, dass zu jedem Zeitpunkt an jedem Ort des Untersuchungsgebietes eine Konzentration bestimmt werden kann.
Es existieren auch diverse andere Methoden zur Ermittlung der Mischzeit. Insbesondere die Entfärbungsmethode bzw. colorimetrische Methode ist nach wie vor weit verbreitet. Dabei wird eine saure oder basische Lösung mit einem Indikator (z.B. Phenolphthalein) versetzt und vorgelegt und mit dem entsprechenden Gegenpart neutralisiert, was zu einer Entfärbung oder einem Farbschlag des Indikators führt.
Für diese Methode wird zwar kein zusätzliches Equipment wie Laser benötigt, weswegen sie laut Literatur v.a. für Vorversuche herangezogen wird, um ein grundsätzliches Verständnis des Mischvorgangs zu ermöglichen. Es wird typischerweise nur ein einzelner Wert für die Mischzeit bezogen auf den gesamten Reaktor bestimmt.
Als mögliche Weiterentwicklung soll dieser Prozess der Entfärbung mithilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet und die erhaltenen Videosequenzen anschließend mithilfe von geeigneter Software ausgewertet werden. Die erhaltenen Ergebnisse sowie der Informationsgehalt sollen schließlich mit denen der LIF vergleichen werden.
