04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Acid-base flow battery, based on reverse electrodialysis with bi-polar membranes : stack experiments(2020) Xia, Jiabing; Eigenberger, Gerhart; Strathmann, Heinrich; Nieken, UlrichNeutralization of acid and base to produce electricity in the process of reverse electrodialysis with bipolar membranes (REDBP) presents an interesting but until now fairly overlooked flow battery concept. Previously, we presented single-cell experiments, which explain the principle and discuss the potential of this process. In this contribution, we discuss experiments with REDBP stacks at lab scale, consisting of 5 to 20 repeating cell units. They demonstrate that the single-cell results can be extrapolated to respective stacks, although additional losses have to be considered. As in other flow battery stacks, losses by shunt currents through the parallel electrolyte feed/exit lines increases with the number of connected cell units, whereas the relative importance of electrode losses decreases with increasing cell number. Experimental results are presented with 1 mole L^-1 acid (HCl) and base (NaOH) for open circuit as well as for charge and discharge with up to 18 mA/cm2 current density. Measures to further increase the effciency of this novel flow battery concept are discussed.Item Open Access Numerical methods for the simulation of chemical engineering processes(1994) Dieterich, Erwin; Sorescu, Gheorge; Eigenberger, GerhartFundamental aspects and the current state of the art in simulating the dynamic and steady-state behavior of chemical engineering processes are discussed. The discretization of the spatial derivatives in the equations of change leads to a system of differential algebraic equations (DAE), consisting of ordinary differential equations in the time domain, and algebraic equations. The present paper discusses the necessary steps to solve the DAE, and mentions proven standard software for these steps as well as for the solution of the differential algebraic equations as a whole.Item Open Access Problems of mathematical modelling of industrial fixed-bed reactors(1986) Eigenberger, Gerhart; Ruppel, WilhelmModelling and computer simulation for the purpose of design and operation of industrial fixed-bed reactors are discussed with the aid of examples. Emphasis is laid upon difficulties and problems arising from aiming at an adequate model formulation. The following aspects are discussed in some detail: 1) The influence of heat and mass transport in the catalyst pellet, especially with complex reactions. 2) Relationships between radial heat transfer and radial flow profile and its influence upon the temperature profile in packed tubes with or without heat generation by reaction. 3) Problems of adequate modelling of catalyst activity changes during the course of operation. 4) Scale-up problem of multitubular fixed-bed reactors, i.e. the problem of achieving and maintaining the same operating conditions in and around all the tubes of the bundle.Item Open Access Analyse von Stoffwechselprozessen mit der Fermentationskalorimetrie(1993) Meier-Schneiders, Martin; Grosshans, Ulrich; Busch, Claudia; Eigenberger, GerhartBiologische Aktivität ist mit der Freisetzung von Wärmeenergie verbunden. Die Wärmeproduktion ist dabei proportional zur gesamten Stoffwechselaktivität. Da Wärme kontinuierlich entsteht, eignet sie sich zur Nutzung als On-Iine-Signal. Kalorimetrische Methoden werden in den Biowissenschaften bereits seit Jahrzehnten verwendet. Fermentationskalorimetrie ist eine neu entwickelte Meßtechnik, die insbesondere für die kalorimetrische Vermessung biotechnisch relevanter Fermentationen im Labormaßstab gedacht ist.Item Open Access Modellierung und numerische Simulation von G/L-Blasen-Strömungen(1994) Sokolichin, Alexander; Becker, Stefan; Eigenberger, GerhartIn den letzten Jahren zeigt sich ein Trend zu einer detaillierteren modellmäßigen Beschreibung der Hydrodynamik von Gas(G)/Liquid(L)-Reaktoren, wie z. B. Blasensäulen. Die genauere Erfassung der Hydrodynamik wird dabei als Voraussetzung für eine bessere Reaktorauslegung betrachtet. Wegen der Komplexität der Vorgänge scheint eine enge Kopplung von Experiment und Simulation erforderlich. Über erste Ergebnisse aus einem entsprechenden Forschungsprojekt wird nachstehend berichtet.Item Open Access Elektrodialytische Regenerierung von Ionenaustauscher-Harzen(1993) Johann, Jürgen; Eigenberger, GerhartIonenaustauscher-Harze werden überwiegend zur Abtrennung unenwünschter Ionen aus wäßrigen Lösungen eingesetzt. Die Arbeitskapazität der Harze ist jedoch beschränkt. Deswegen müssen die Harze von Zeit zu Zeit regeneriert werden. Die Regenerierung wird meist im Gegenstrom, bei der Wasservollentsalzung mit Säure und Lauge, bei der Enthärtung mit einer NaCl-Lösung, durchgeführt. Nachteilig ist dabei vor allem der überstochiometrische Bedarf an Regenerierchemikalien, insbesondere bei stark sauren Kationenaustauscher-Harzen. Des weiteren ist im Falle schwermetallionenhaltiger Regenerate eine zusäzliche Aufbereitung derselben z. B. durch Fällung notwendig. Ein neueres Verfahren ist die elektrodialytische Regenerierung der Harze.Die nachstehend beschriebenen experimentellen Ergebnisse am Beispiel der Cu-Ionenabtrennung zeigen die Vorteile im Vergleich zu den herkömmlichen Regenerierverfahren.Item Open Access Neue Entwicklungen und Einsatzbereiche elektrodialytischer Membranverfahren(1994) Kuppinger, Felix; Rapp, Hans-Jürgen; Eigenberger, Gerhart-Item Open Access Abluftoxidation in Monolith-Katalysatoren mit periodischem Wechsel der Strömungsrichtung(1988) Eigenberger, Gerhart; Nieken, UlrichMit steigenden gesetzlichen Anforderungen zur Reduzierung des Schadstoffgehalts gewinnen Verfahren zur oxidativen Umwandlung von Schadstoffen in Abluft zunehmend an Bedeutung. Typische Aufgaben der Abluftreinigung sind gekennzeichnet durch hohe Luftdurchsätze und niedrige Schadstoffkonzentrationen; die adiabate Temperaturerhöhung der Totaloxidation beträgt häufig weniger als 100°C. Das bedeutet, daß der Druckverlust in der Reinigungsanlage niedrig und der Warmerücktausch zwischen Zu- und Ablauf hoch sein muß, um die Betriebskosten niedrig zu halten. Im folgenden wird eine neuartige Betriebsweise der katalytischen Oxidation untersucht, die sich durch effektiven Warmerücktausch, niedrigen Druckverlust und geringes Bauvolumen auszeichnet. Sie beruht auf der Benutzung von Monolith-Katalysatoren in Verbindung mit der von Macros und Mitarb. entwickelten Prozeßführung mit periodischem Wechsel der Strömungsrichtung. Dabei wirkt jeweils der vordere und der hintere Teil des Katalysatorbettes als Regenerator-Wärmeaustauscher.Item Open Access Zum Einfluß einer genaueren Strömungsmodellierung auf die Beschreibung von Festbettreaktoren(1990) Daszkowski, Thomas; Eigenberger, GerhartZur Modellierung und Berechnung von katalytischen Festbettreaktoren gibt es eine große Anzahl von Arbeiten.Dabei ergibt sich, daß bereits recht einfache Modelle das qualitative Verhalten technischer Reaktoren zutreffend beschreiben. Für eine zutreffende quantitative Beschreibung müssen aber in der Regel sowohl die kinetischen Parameter als auch die Parameter des Wärmetransports an die experimentellen Ergebnisse angepaßt werden. Die Extrapolierbarkeit solcher Modelle auf andere Reaktorkonfigurationen ist damit deutlich eingeschränkt. Ein Grund für die mangelnde Extrapolierbarkeit wird in der unvollständigen Beschreibung der Strömungs- und Wärmetransportvorgänge gesehen.Ziel der vorliegenden Mitteilung ist es, die in den vorstehend genannten Arbeiten benutzten Modellvorstellungen weiterzuentwickeln und ihre Aussagen experimentellen Ergebnissen gegenüberzustellen.Item Open Access A reevaluation of fluid flow, heat transfer and chemical reaction in catalyst filled tubes(1992) Daszkowski, Thomas; Eigenberger, GerhartThe problem of heat transfer through the wall in catalyst filled tubes with a tube to particle diameter ratio greater than 4 - 5 and industrial flow rates with and without chemical reaction has been reevaluated through detailed experiments and model calculations. The results confirm and extend findings of Vortmeyer et al. that reaction and heat transfer can only be modeled with independently determined parameters if the radial variation of the axial mass flow velocity is properly considered. In this case the wall heat transfer coefficient hw, and the effective conductivity λr are independent of lenght and have values about 20 to 40 % lower than those obtained from available correlations that are based upon plug flow.