Filtration, Separation und Reaktiver Transport

Die Optimierung von Produkten und Prozessen in der Trenntechnik und chemischen Reaktionstechnik (z.B. Filter, Festbettreaktoren) ist eine Herausforderung, nicht zuletzt wegen der skalenübergreifenden Wechselwirkungen zwischen Fluidströmungen und physikalischen/chemischen Vorgängen.Um Forschung und Entwicklung auf diesen Gebieten zu unterstützen, bieten wir problemangepasste Simulationssoftware, -dienstleistungen und Beratung für die folgenden Anwendungsfelder:

Filtration

FiltEST (Filter Element Simulation Tool) ist unsere einsatzfertige Simulationssoftware für Filtrationsanwendungen. Mit ihr lassen sich digitale Zwillinge von mehrlagigen Filtermedien, Filterfalten sowie ganzen Filterbauteilen erstellen und Produkteigenschaften wie Filtereffizienz, Standzeit und Schmutzaufnahmekapazität vorhersagen. 

Zudem bieten wir Dienstleistungen zur simulationsgestützten Optimierung von Faltenfiltern im Hinblick auf Differenzdruck und Standzeit.

In immer mehr Anwendungen ist die strömungsinduzierte Verformung von Filtermedien nicht mehr vernachlässigbar. Für diese Fälle entwickeln wir Modelle und gekoppelte Methoden zur Simulation von Fluid-Porösen-Struktur-Interaktionen (FPSI). Zusätzlich lässt sich der Einfluss der fertigungsbedingten Kompression des Filtervliesstoffs (z.B. beim Plissieren) auf Filtrationsleistung und Standzeit in der Simulation berücksichtigen.

Um die Wirksamkeit von Schutzmasken und die zuverlässiger einzuschätzen, verbessern wir kontinuierlich die simulationsbasierte Vorhersage der Aerosolausbreitung für typische Innenraumszenarien. Zudem entwickeln wir Computermodelle für die gesamte Prozesskette von der Vliesstoffherstellung bis zum fertigen Produkt, um die Verfügbarkeit von qualitativ hochwertiger persönlicher Schutzausrüstung zu verbessern.

Separation

Wir entwickeln Modelle und Methoden zur Simulation und Optimierung einer Reihe von Separationstechniken wie z.B. der Sedimentation von Feststoffpartikeln in verdünnten Suspensionen.

Ein flexibel anwendbares und schonendes Trennverfahren ist die Feldflussfraktionierung. Für industrielle Anwendungen haben wir u.a. die Asymmetrische-Fluss- und die Elektrische-Feldflussfraktionierung (AF4, EFFF) modelliert und Simulationen durchgeführt.

Ein weiteres Arbeitsgebiet sind chromatographische Trennprozesse: Hier modellieren und simulieren wir u.a. die Chromatographie mit spährischen Beads oder von Zellen.

Reaktiver Transport

Unsere Software PoreChem ist auf die Simulation von reaktiven Transportvorgängen auf der Porenskala spezialisiert. Sie berechnet den Stofftransport im Porenraum und berücksichtigt dabei Vorgänge wie Abscheidung, Adsorption oder allgemein chemische Reaktionen mit anderen Stoffen. Eine ebenfalls interessante Anwendung ist die simulative Vorhersage von Reaktionskinetiken in Speichergesteinen.

Durch gekoppelte Simulationen können die Vorgänge unter Berücksichtigung von Einflussgrößen wie z.B. der Temperatur detailliert untersucht und hinsichtlich Effizienz, Umsatz und Selektivität verbessert werden. Ferner ist für viele Anwendungen ein Upscaling auf Bauteilebene möglich.

Beispielprojekte

 

MaTBiZ: Biologische Zelltrennung simulieren

Im Projekt »MaTBiZ« simulieren wir biologische Zelltrennungsvorgänge, um – mithilfe von additiven Verfahren – Filtermedien zu optimieren.

 

»AVATOR«

Im Projekt »AVATOR« – Anti-Virus-Aerosol: Testing, Operation, Reduction untersuchen wir gemeinsam mit mehreren Fraunhofer-Instituten Wege zur Verminderung der Infektionsgefahr durch Aerosol-getragene Viren in geschlossenen Räumen. 

 

ResKin – Simulationen von Prozessen im Reservoirgestein

Das Vorhersehen von chemischen Reaktionen und Kinetik steht im Mittelpunkt. Wir unterstützen mit unseren Softwaretools zur Simulation der Prozesse.

 

Chromatographie mit sphärischen Beads

Im Projekt AMSCHA beschäftigen wir uns mit der »Analyse, Modellierung und Simulation von chromatographischen Aufreinigungsverfahren«.

 

Simulation von Dieselpartikelfiltern

Zusammen mit der Robert Bosch GmbH arbeiten wir an der Entwicklung neuester Partikelfiltersysteme im Abgasstrang von Dieselfahrzeugen.

 

Digitalisierte Optimierung von Faltenfiltern

Gefaltete Filter bieten eine große Filteroberfläche bei vergleichsweise geringem Platzbedarf.

 

Nano-Meltblown-Fasern

Das Verbundprojekt NaBlo bereitet auf Basis von Feinstfaser-Meltblown-Medien die Voraussetzungen zur Herstellung von Filtersystemen vor, welche helfen, die Feinstaubbelastung zu reduzieren.

 

Verformung von Filtermedien

Wir arbeiten seit vielen Jahren an der adäquaten Modellierung und Simulation der Verformung von Filtermaterialien.

 

Simulation asymmetrischer Fluss-Feldfluss-Fraktionierung

Separierung von Nano- und Mikropartikeln in Lösungen und Dispersionen.