Modellierung von Membrantrennverfahren am Beispiel der Ultrafiltration in der biotechnologischen und der Pervaporation in der chemischen Verfahrenstechnik

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Membrantrennverfahren sind in der biopharmazeutischen und chemischen Verfahrenstechnik entscheidend. Beispiele sind Ultrafiltration zur Herstellung biologischer Makromoleküle und Pervaporation zur Dehydrierung von Lösungsmitteln. Die industrielle Nachfrage nach Methoden zur Auslegung, Scale-up und Optimierung dieser Verfahren ist hoch. Computergestützte Modellierung, gekoppelt mit realen Messdaten, bietet Vorteile gegenüber empirischen Ansätzen. Die Entwicklung dieser Modelle erfordert ein tiefes Prozessverständnis und Kenntnisse über relevante Transportphänomene. In dieser Arbeit werden Modelle für Pervaporation und Ultrafiltration entwickelt. Für die Pervaporation wird ein physiko-chemisches Modell zur Dehydrierung von Lösungsmitteln erstellt, wobei Modellparameter durch Mini-Plant-Experimente bestimmt und validiert werden. Anhand von Realdaten einer großtechnischen Anlage wird die Skalierbarkeit des Modells nachgewiesen. Für Ultrafiltrationskassetten mit schwebenden Gewebeeinbauten wird ein statistischer Versuchsplan entwickelt, um den Einfluss des Moduldesigns auf die Kassettensleistung zu untersuchen. Eine detaillierte Analyse des Stofftransport- und Druckverlustverhaltens sowie eine statistische Modellierung zielen auf eine optimierte Modulgeometrie ab.