• Interfaces in MPF (boundary layers, surfactants)
• Hydrodynamics & pressure drop in Film Flows
• Hydrodynamics & pressure drop in Gas-Liquid Pipe Flows
• Hydrodynamics & pressure drop in Bubbly Flows
• Mass Transfer in Film Flows
• Mass Transfer in Gas-Liquid Pipe Flows
• Mass Transfer in Bubbly Flows
• Reactive mass Transfer in Multiphase Flows
• Film Flow: Application Trickle Bed Reactors
• Pipe Flow: Application Turbular Reactors
• Bubbly Flow: Application Bubble Column Reactors

Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Verlag Sauerländer, Aarau, Frankfurt (M), 1971.
Clift, R.; Grace, J.R.; Weber, M.E.: Bubbles, Drops and Particles, Academic Press, New York, 1978.
Fan, L.-S.; Tsuchiya, K.: Bubble Wake Dynamics in Liquids and Liquid-Solid Suspensions, Butterworth-Heinemann Series in Chemical Engineering, Boston, USA, 1990.
Hewitt, G.F.; Delhaye, J.M.; Zuber, N. (Ed.): Multiphase Science and Technology. Hemisphere Publishing Corp, Vol. 1/1982 bis Vol. 6/1992.
Kolev, N.I.: Multiphase flow dynamics. Springer, Vol. 1 and 2, 2002.
Levy, S.: Two-Phase Flow in Complex Systems. Verlag John Wiley & Sons, Inc, 1999.
Crowe, C.T.: Multiphase Flows with Droplets and Particles. CRC Press, Boca Raton, Fla, 1998.

In this Problem-Based Learning unit the students have to design a multiphase reactor for a fast chemical reaction concerning optimal hydrodynamic conditions of the multiphase flow. 

The four students in each team have to:

• collect and discuss material properties and equations for design from the literature,
• calculate the optimal hydrodynamic design,
• check the plausibility of the results critically,
• write an exposé with the results.

This exposé will be used as basis for the discussion within the oral group examen of each team.

Bird, R.B.; Stewart, W.R.; Lightfoot, E.N.: Transport Phenomena, John Wiley & Sons Inc (2007), ISBN 978-0-470-11539-8.

Brauer, H.; Mewes, D.: Stoffaustausch einschließlich chemischer Reaktion; Verlag Sauerländer, Aarau und Frankfurt am Main (1971), ISBN: 3794100085.

Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen, Sauerländer, 1971, 

Clift, R.; Grace, J.R.; Weber, M.E.: Bubbles, Drops, and Particles, Verlag Academic Press, 1978, ISBN 012176950X, 9780121769505

Deckwer, W.-D.: Reaktionstechnik in Blasensäulen, Salle Verlag und Verlag Sauerländer, Aarau, Frankfurt am Main, Berlin, München, Salzburg (1985), DOI 10.1002/CITE.330590530

Deckwer, W.-D.: Bubble Column Reactors. Wiley, New York (1992), DOI 10.1002/AIC.690380821.

Fan, L.; Tsuchiya, K.: Bubble wake dynamics in liquids and liquid-solid suspension. Butterworth-Heinemann, (1990), DOI 10.1016/c2009-0-24002-5.

Kraume, M., Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik, Springer Berlin, 2020, ISBN 978-3-662-60392-5.

Lienhard, J. H. (2019). A Heat Transfer Textbook, Dover Publications. ISBN:9780486837352, 0486837351.

• Introduction - Transport Processes in Chemical Engineering
• Molecular Heat- and Mass Transfer: Applications of Fourier's and Fick's Law
• Convective Heat and Mass Transfer: Applications in Process Engineering
• Unsteady State Transport Processes: Cooling & Drying
• Transport at fluidic Interfaces: Two Film, Penetration, Surface Renewal
• Transport Laws & Balance Equations  with turbulence, sinks and sources
• Experimental Determination of Transport Coefficients
• Design and Scale Up of Reactors for Heat- and Mass Transfer
• Reactive Mass Transfer 
  
• Processes with Phase Changes – Evaporization and Condensation 
• Radiative Heat Transfer - Fundamentals
• Radiative Heat Transfer - Solar Energy
  

1. Baehr, Stephan: Heat and Mass Transfer, Wiley 2002.
2. Bird, Stewart, Lightfood: Transport Phenomena, Springer, 2000.
3. John H. Lienhard: A Heat Transfer Textbook,  Phlogiston Press, Cambridge Massachusetts, 2008.
4. Myers: Analytical Methods in Conduction Heat Transfer, McGraw-Hill, 1971.
5. Incropera, De Witt: Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley, 2002.
6. Beek, Muttzall: Transport Phenomena, Wiley, 1983.
7. Crank: The Mathematics of Diffusion, Oxford, 1995. 
8. Madhusudana: Thermal Contact Conductance, Springer, 1996.
9. Treybal: Mass-Transfer-Operation, McGraw-Hill, 1987.

   
   
   

   
   

• Introduction: overview, history of chromatography, LC (HPLC), GC, SFC
• Fundamentals of linear (analytical) chromatography, retention time/factor, separation factor, peak resolution, band broadening, Van-Deemter equation
• Fundamentals of nonlinear chromatography, discontinuous and continuous preparative chromatography (annular, true moving bed - TMB, simulated moving bed - SMB)
• Adsorption equilibrium: experimental determination of adsorption isotherms and modeling
• Equipment for chromatography, production and characterization of chromatographic adsorbents
  
• Method development, scale up methods, process design, modeling of chromatographic processes, economic aspects
• Applications: e.g. normal phase chromatography, reversed phase chromatography, hydrophobic interaction chromatography, chiral chromatography, bioaffinity chromatography, ion exchange chromatography

• Schmidt-Traub, H.: Preparative Chromatography of Fine Chemicals and Pharmaceutical Agents. Weinheim: Wiley-VCH (2005) - eBook
• Carta, G.: Protein chromatography: process development and scale-up. Weinheim: Wiley-VCH (2010)
• Guiochon, G.; Lin, B.: Modeling for Preparative Chromatography. Amsterdam: Elsevier (2003)
• Hagel, L.: Handbook of process chromatography: development, manufacturing, validation and economics. London ;Burlington, MA Academic (2008) - eBook

• Introduction: overview about the separation process in biotechnology and pharmacy
• Handling of multicomponent systems
• Adsorption of biologic molecules
• Crystallization of biologic molecules
• Reactive extraction
• Aqueous two-phase systems
• Micellar systems: micellar extraction and micellar chromatographie
• Electrophoresis
•  Choice of the separation process for the specific systems

• Basic knowledge of separation processes for biotechnological and pharmaceutical processes
• Identification of specific features and limitations in bio-related systems
• Proof of economical value of the process

"Handbook of Bioseparations", Ed. S. Ahuja

http://www.elsevier.com/books/handbook-of-bioseparations-2/ahuja/978-0-12-045540-9

"Bioseparations Engineering" M. R. Ladish

http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0471244767.html

1. Introduction: Impact and potential of enzyme-catalysed processes in biotechnology.

2. History of microbial and enzymatic biotransformations.

3. Chirality - definition & measurement

4. Basic biochemical reactions, structure and function of enzymes.

5. Biocatalytic retrosynthesis of asymmetric molecules

6. Enzyme kinetics: mechanisms, calculations, multisubstrate reactions.

7. Reactors for biotransformations.

• K. Faber: Biotransformations in Organic Chemistry, Springer, 5th Ed., 2004
• A. Liese, K. Seelbach, C. Wandrey: Industrial Biotransformations, Wiley-VCH, 2006
• R. B. Silverman: The Organic Chemistry of Enzyme-Catalysed Reactions, Academic Press, 2000
• K. Buchholz, V. Kasche, U. Bornscheuer: Biocatalysts and Enzyme Technology. VCH, 2005.
• R. D. Schmidt: Pocket Guide to Biotechnology and Genetic Engineering, Woley-VCH, 2003

1. Introduction

2. Production and Down Stream Processing of Biocatalysts

3. Analytics (offline/online)

4. Reaction Engineering & Process Control

• Definitions
• Reactors
• Membrane Processes
• Immobilization

5. Process Optimization

• Simplex / DOE / GA

6. Examples of Industrial Processes

• food / feed
• fine chemicals

7. Non-Aqueous Solvents as Reaction Media

• ionic liquids
• scCO2
• solvent free

•  A. Liese, K. Seelbach, C. Wandrey: Industrial Biotransformations, Wiley-VCH, 2006
•  H. Chmiel: Bioprozeßtechnik, Elsevier, 2005
•  K. Buchholz, V. Kasche, U. Bornscheuer: Biocatalysts and Enzyme Technology, VCH, 2005
•  R. D. Schmidt: Pocket Guide to Biotechnology and Genetic Engineering, Woley-VCH, 2003

Prozessmodellierung: Einführung, Mathematische Modellierung, Modellbausteine, strukturierte Modellentwicklung, Analyse von Modellgleichungen

Prozesssimulation: Numerik, Validierung, Fließbildsimulation, Lösungsstrategien

Prozessführung: Prozessgrößen, Regelkreise, Regelkreisstrukturen, modellgestützte Verfahren, anlagenweite Regelung, Digitalisierung in der Industrie

1. Reale Reaktoren (Definition der Verweilzeitverteilungen und der Verweilzeitsummenfunktion, Messmethoden für Verweilzeitverteilungen, Kenntnis der Verweilzeitverteilungen idealer Reaktoren, Modellierung realer Reaktoren, Segregationsmodell, Zellenmodell, Dispersionsmodell, Ersatzschaltungen)

2. Heterogene Katalyse (Definition eines Katalysators, Funktionsprinzip eines Katalysators, Vulkankurve, Homogene Katalyse, Heterogene Katalyse und Biokatalyse, Definition von Physisorption und Chemisorption, Turn-Over Frequenz (TOF), Prinzip von Sabatier, Bronstedt-Evans-Polyani-Gleichung, Adsorptionsisothermen ein- und mehrkomponentiger Systeme, Kinetische Modelle Heterogen-Katalytischer Reaktionen, Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal, Potenzansätze, Messmethoden für heterogen-katalytische Reaktionskinetiken, Mikrokinetische Modellierung, Charakterisierung von Katalysatoren)

3. Diffusionseffekte in der Heterogenen Katalyse (Diffusionsarten, Knudsen-Diffusion, Molekulare Diffusion, Oberflächendiffusion, Single-File Diffusion, Bezugssysteme, Stefan-Maxwell-Gleichungen, Ficksches Gesetz, Porenwirkungsgrades, Auswirkungen von Diffusionshemmung, Damköhler-Beziehung, Material- und Waerme-Bilanzen Heterogen-Katalytischer Reaktoren)

4. Labormessverfahren in der Heterogenen Katalyse (Temperatur, Druck, Konzentrationen, Massendurchflussmesser, Laborreaktoren, Statistische Versuchsplanung)

1. Vorlesungsfolien R. Horn

2. Skript zur Vorlesung F. Keil

3. M. Baerns, A. Behr, A. Brehm, J. Gmehling, H. Hofmann, U. Onken, A. Renken, Technische Chemie, Wiley-VCH

4. G. Emig, E. Klemm, Technische Chemie, Springer

5. A. Behr, D. W. Agar, J. Jörissen, Einführung in die Technische Chemie 

6. E. Müller-Erlwein, Chemische Reaktionstechnik 2012, 2. Auflage, Teubner Verlag

7. J. Hagen, Chemiereaktoren: Auslegung und Simulation, 2004, Wiley-VCH

8. H. S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall B

9. H. S. Fogler, Essentials of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall

10. O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons, 1998 

11. L. D. Schmidt, The Engineering of Chemical Reactions, Oxford Univ. Press, 2009

12. J. B. Butt, Reaction Kinetics and Reactor Design, 2000, Marcel Dekker

13. R. Aris, Elementary Chemical Reactor Analysis, Dover Pubn. Inc., 2000

14. M. E. Davis, R. J. Davis, Fundamentals of Chemical Reaction Engineering, McGraw Hill 15. G. F. Froment, K. B. Bischoff, J. De Wilde, Chemical Reactor Analysis and Design, John Wiley & Sons, 2010                                                        

16. A. Jess, P. Wasserscheid, Chemical Technology  An Integrated Textbook, WILEY-VCH

17. C. G. Hill, An Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design, John Wiley & Sons

1. Reale Reaktoren (Definition der Verweilzeitverteilungen und der Verweilzeitsummenfunktion, Messmethoden für Verweilzeitverteilungen, Kenntnis der Verweilzeitverteilungen idealer Reaktoren, Modellierung realer Reaktoren, Segregationsmodell, Zellenmodell, Dispersionsmodell, Ersatzschaltungen)

2. Heterogene Katalyse (Definition eines Katalysators, Funktionsprinzip eines Katalysators, Vulkankurve, Homogene Katalyse, Heterogene Katalyse und Biokatalyse, Definition von Physisorption und Chemisorption, Turn-Over Frequenz (TOF), Prinzip von Sabatier, Bronstedt-Evans-Polyani-Gleichung, Adsorptionsisothermen ein- und mehrkomponentiger Systeme, Kinetische Modelle Heterogen-Katalytischer Reaktionen, Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal, Potenzansätze, Messmethoden für heterogen-katalytische Reaktionskinetiken, Mikrokinetische Modellierung, Charakterisierung von Katalysatoren)

3. Diffusionseffekte in der Heterogenen Katalyse (Diffusionsarten, Knudsen-Diffusion, Molekulare Diffusion, Oberflächendiffusion, Single-File Diffusion, Bezugssysteme, Stefan-Maxwell-Gleichungen, Ficksches Gesetz, Porenwirkungsgrades, Auswirkungen von Diffusionshemmung, Damköhler-Beziehung, Material- und Waerme-Bilanzen Heterogen-Katalytischer Reaktoren)

4. Labormessverfahren in der Heterogenen Katalyse (Temperatur, Druck, Konzentrationen, Massendurchflussmesser, Laborreaktoren, Statistische Versuchsplanung)

1. Vorlesungsfolien R. Horn

2. Skript zur Vorlesung F. Keil

3. M. Baerns, A. Behr, A. Brehm, J. Gmehling, H. Hofmann, U. Onken, A. Renken, Technische Chemie, Wiley-VCH

4. G. Emig, E. Klemm, Technische Chemie, Springer

5. A. Behr, D. W. Agar, J. Jörissen, Einführung in die Technische Chemie 

6. E. Müller-Erlwein, Chemische Reaktionstechnik 2012, 2. Auflage, Teubner Verlag

7. J. Hagen, Chemiereaktoren: Auslegung und Simulation, 2004, Wiley-VCH

8. H. S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall B

9. H. S. Fogler, Essentials of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall

10. O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons, 1998 

11. L. D. Schmidt, The Engineering of Chemical Reactions, Oxford Univ. Press, 2009

12. J. B. Butt, Reaction Kinetics and Reactor Design, 2000, Marcel Dekker

13. R. Aris, Elementary Chemical Reactor Analysis, Dover Pubn. Inc., 2000

14. M. E. Davis, R. J. Davis, Fundamentals of Chemical Reaction Engineering, McGraw Hill 15. G. F. Froment, K. B. Bischoff, J. De Wilde, Chemical Reactor Analysis and Design, John Wiley & Sons, 2010                                                        

16. A. Jess, P. Wasserscheid, Chemical Technology  An Integrated Textbook, WILEY-VCH

17. C. G. Hill, An Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design, John Wiley & Sons

Durchführung und Auswertung mehrerer Versuche aus dem Gebiet der Chemischen Reaktionstechnik.

* Fehlerfortpflanzung und Fehleranalyse
* Stationäre Wicke-Kallenbach Diffusionsmessungen im Katalysatorpellet
* Wechselwirkung von Diffusion und Reaktion im Katalysatorpellet, Dissoziation von Methanol auf Zinkoxid
* Stofftransport in einem Gas/Flüssigkeitssystem
* Stabilität eines kontinuierlichen Rührkessels (Hydrolyse von Essigsäureanhydrid)

Skript zur Vorlesung, als Buch in der TU-Bibliothek

Praktikumsskript

Levenspiel, O.: Chemical reaction engineering; John Wiley & Sons, New York, 3. Ed., 1999 VTM 309(LB)

Smith, J. M.: Chemical Engineering Kinetics, McGraw Hill, New York, 1981.

Hill, C.: Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design, John Wiley, New York, 1977.

Fogler, H. S. : Elements of Chemical Reaction Engineering , Prentice Hall, 2006

M. Baerns, A. Behr, A. Brehm, J. Gmehling, H. Hofmann, U. Onken, A. Renken: Technische Chemie, VCH , 2006

G. F. Froment, K. B. Bischoff: Chemical Reactor Analysis and Design, Wiley, 1990

Design of bioreactors and peripheries:

• reactor types and geometry
• materials and surface treatment
• agitation system design
• insertion of stirrer
• sealings
• fittings and valves
• peripherals
• materials
• standardization
• demonstration in laboratory and pilot plant

Sterile operation:

• theory of sterilisation processes
• different sterilisation methods
• sterilisation of reactor and probes
• industrial sterile test, automated sterilisation
• introduction of biological material
• autoclaves
• continuous sterilisation of fluids
• deep bed filters, tangential flow filters
• demonstration and practice in pilot plant

Instrumentation and control:

• temperature control and heat exchange 
• dissolved oxygen control and mass transfer 
• aeration and mixing 
• used gassing units and gassing strategies
• control of agitation and power input 
• pH and reactor volume, foaming, membrane gassing

Bioreactor selection and scale-up:

• selection criteria
• scale-up and scale-down
• reactors for mammalian cell culture

Integrated biosystem:

• interactions and integration of microorganisms, bioreactor and downstream processing
• Miniplant technologies 

Team work with presentation:

• Operation mode of selected bioprocesses (e.g. fundamentals of batch, fed-batch and continuous cultivation)

• Storhas, Winfried, Bioreaktoren und periphere Einrichtungen, Braunschweig: Vieweg, 1994
• Chmiel, Horst, Bioprozeßtechnik; Springer 2011
• Krahe, Martin, Biochemical Engineering, Ullmann‘s Encyclopedia of Industrial Chemistry
• Pauline M. Doran, Bioprocess Engineering Principles, Second Edition, Academic Press, 2013
• Other lecture materials to be distributed  

Introduction to Biosystems Engineering (Exercise)

Experimental basis and methods for biosystems analysis

• Introduction to genomics, transcriptomics and proteomics
• More detailed treatment of metabolomics
• Determination of in-vivo kinetics
• Techniques for rapid sampling
• Quenching and extraction
• Analytical methods for determination of metabolite concentrations

Analysis, modelling and simulation of biological networks

• Metabolic flux analysis
• Introduction
• Isotope labelling
• Elementary flux modes
• Mechanistic and structural network models
• Regulatory networks
• Systems analysis
• Structural network analysis
• Linear and non-linear dynamic systems
• Sensitivity analysis (metabolic control analysis)

Modelling and simulation for bioprocess engineering

• Modelling of bioreactors
• Dynamic behaviour of bioprocesses 

Selected projects for biosystems engineering

• Miniaturisation of bioreaction systems
• Miniplant technology for the integration of biosynthesis and downstream processin
• Technical and economic overall assessment of bioproduction processes

E. Klipp et al. Systems Biology in Practice, Wiley-VCH, 2006

R. Dohrn: Miniplant-Technik, Wiley-VCH, 2006

G.N. Stephanopoulos et. al.: Metabolic Engineering, Academic Press, 1998

I.J. Dunn et. al.: Biological Reaction Engineering, Wiley-VCH, 2003

Lecture materials to be distributed

Introduction to Biosystems Engineering

Experimental basis and methods for biosystems analysis

• Introduction to genomics, transcriptomics and proteomics
• More detailed treatment of metabolomics
• Determination of in-vivo kinetics
• Techniques for rapid sampling
• Quenching and extraction
• Analytical methods for determination of metabolite concentrations

Analysis, modelling and simulation of biological networks

• Metabolic flux analysis
• Introduction
• Isotope labelling
• Elementary flux modes
• Mechanistic and structural network models
• Regulatory networks
• Systems analysis
• Structural network analysis
• Linear and non-linear dynamic systems
• Sensitivity analysis (metabolic control analysis)

Modelling and simulation for bioprocess engineering

• Modelling of bioreactors
• Dynamic behaviour of bioprocesses 

Selected projects for biosystems engineering

• Miniaturisation of bioreaction systems
• Miniplant technology for the integration of biosynthesis and downstream processin
• Technical and economic overall assessment of bioproduction processes

E. Klipp et al. Systems Biology in Practice, Wiley-VCH, 2006

R. Dohrn: Miniplant-Technik, Wiley-VCH, 2006

G.N. Stephanopoulos et. al.: Metabolic Engineering, Academic Press, 1998

I.J. Dunn et. al.: Biological Reaction Engineering, Wiley-VCH, 2003

Lecture materials to be distributed

Lecture and PBL

- Methods in genetics / molecular cloning

- Industrial relevance of microbes and their biocatalysts

- Biotransformation at extreme conditions

- Genomics

- Protein engineering techniques

- Synthetic biology

Relevante Literatur wird im Kurs zur Verfügung gestellt.

Grundwissen in Molekularbiologie, Genetik, Mikrobiologie und Biotechnologie erforderlich.

Lehrbuch: Brock - Mikrobiologie / Microbiology (Madigan et al.)

• History of microbiology and biotechnology
• Enzymes
• Molecular biology
• Fermentation
• Downstream Processing
  
• Industrial microbiological processes
• Technical enzyme application
• Biological Waste Water treatment 

Microbiology,  2013, Madigan, M., Martinko, J. M., Stahl, D. A., Clark, D. P. (eds.), formerly „Brock“, Pearson

Industrielle Mikrobiologie, 2012, Sahm, H., Antranikian, G., Stahmann, K.-P., Takors, R. (eds.) Springer Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo. 

Angewandte Mikrobiologie, 2005, Antranikian, G. (ed.), Springer, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo.

Im Projektierungskurs sollen die Studierenden in Arbeitsgruppen den Gesamtkomplex einer energie- oder verfahrenstechnischen Anlage planen, die einzelnen Anlagenkomponenten auslegen und berechnen sowie eine vollständige Kostenkalkulation erarbeiten. Bei der Projektierung sind sicherheitstechnische Aspekte zu berücksichtigen sowie das Genehmigungsverfahren/Behördenengineering.

Dieses Laborpraktikum behandelt einen vollständigen Prozess ausgehend von Substraten wie Glukose über mehrere Verfahrensschritte hin zu einem Wertprodukt.

Es wird die Produktion des halbsynthetischen Beta-Laktam-Antibiotikums Amoxicillin untersucht und als industrieller Beispielprozess sowohl mit Mikroorganismen als auch zellfreien Enzymen durchgeführt. Im ersten Schritt, der Fermentation von Penicillium chrysogenum zur Produktion von Penicillin G, wird am Institut für Bioprozess- und Biosystemtechnik von Prof. Zeng durchgeführt. Nach der Gewinnung von Penicillin G wird dieses mit einer Penicillinacylase aus Escherichia coli zu 6-Aminopenicillansäure hydrolysiert, welches anschließend zu Amoxicillin acyliert wird. Die enzymatischen Verfahrensschritte werden am Insitut für Technisches Biokatalyse von Prof. Liese durchgeführt.

Zum Praktikum gehört ein Kolloquium.

Liese A, Seelbach K, Wandrey C, Industrial Biotransformations, Wiley-VCH, 2006

Chmiel H, Einführung in die Bioverfahrenstechnik, Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, 2006

Schügerl K, Bioreaktionstechnik: Bioprozesse mit Mikroorganismen und Zellen. Prozeßüberwachung, Birkhäuser, 1997

Participation in actual projects:

- From gene to product in heterologous hosts

- Molecular biology

- Enzyme assays

- Taxonomy

-Molekulare Biotechnologie: Grundlagen und Anwendungen David Clark.

-Watson Molekularbiologie 6., aktualisierte Auflage. James D. Watson, Tania A. Baker, Stephen P. Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard Losick

-Allgemeine Mikrobiologie. Georg Fuchs, Marc Bramkamp, Petra Dersch, Thomas Eitinger, Johann Heider

-Course Script of the respective lecture and practical course script

1. Einführung in die elektrochemische Energiewandlung
2. Funktion und Aufbau von Elektrolyten
3. Die Niedertemperatur-Brennstoffzellen
   • Bauformen
   • Thermodynamik der PEM-Brennstoffzelle
   • Kühl- und Befeuchtungsstrategie
4. Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle
   • Die MCFC
   • Die SOFC
   • Integrationsstrategien und Teilreformierung
5. Brennstoffe
   • Bereitstellung von Brennstoffen
   • Reformierung von Erdgas und Biogas
   • Reformierung von flüssigen Kohlenwasserstoffen
6. Energetische Integration und Regelung von Brennstoffzellen-Systemen

• Hamann, C.; Vielstich, W.: Elektrochemie 3. Aufl.; Weinheim: Wiley - VCH, 2003

• Grundbegriffe und handelbare Produkte in Energiemärkten
• Primärenergiemärkte
• Strommärkte
• Europäisches Emissionshandelssystem
• Einfluss von Erneuerbaren Energien
• Realoptionen
• Risikomanagement

Innerhalb der Übung werden die verschiedenen Aufgabenstellungen aktiv diskutiert und auf verschiedene Anwendungsfälle angewandt.

1. Einführung in die tiefe geothermische Nutzung
2. Geologische Grundlagen I
3. Geologische Grundlagen II
4. Geologisch-thermische Aspekte
5. Gesteinsphysikalische Aspekte
6. Geochemische Aspekte
7. Exploration tiefer geothermischer Reservoire
8. Bohrungstechnologien, Verrohrung und Ausbau
9. Bohrlochgeophysik
10. Untertägige Systemcharakterisierung und Reservoirengineering
11. Mikrobiologie und Obertägige Systemkomponenten
12. Angepasste Anlagenkonzepte, Kosten und Umweltaspekt

• Dipippo, R.: Geothermal Power Plants: Principles, Applications, Case Studies and Environmental Impact. Butterworth Heinemann; 3rd revised edition. (29. Mai 2012)
• www.geo-energy.org
• Edenhofer et al. (eds): Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation; Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2012.
• Kaltschmitt et al. (eds): Erneuerbare Energien: Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Springer, 5. Aufl. 2013.
• Kaltschmitt et al. (eds): Energie aus Erdwärme. Spektrum Akademischer Verlag; Auflage: 1999 (3. September 2001)
• Huenges, E. (ed.): Geothermal Energy Systems: Exploration, Development, and Utilization. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; Auflage: 1. Auflage (19. April 2010)

Charakterisierung von Abwasser
Stoffwechseltypen von Mikroorganismen
Kinetik biologischer Stoffumwandlung
Berechnung von Bioreaktoren zur Abwasserreinigung
Konzepte in der biologischen Abwasserreinigung
Design WWTP
Exkursion zur Kläranlage Seevetal Klüsing
Biofilme
Biofilmreaktoren
Anaerobe Verfahren
Resoursen orientierte Sanitärtechnik
Zukünftige Herausforderungen in der Abwasserforschung

Gujer, Willi
Siedlungswasserwirtschaft : mit 84 Tabellen
ISBN: 3540343296 (Gb.) URL: http://www.gbv.de/dms/bs/toc/516261924.pdf URL: http://deposit.d-nb.de/cgi-bin/dokserv?id=2842122&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm
Berlin [u.a.] : Springer, 2007
TUB_HH_Katalog
Henze, Mogens
Wastewater treatment : biological and chemical processes
ISBN: 3540422285 (Pp.)
Berlin [u.a.] : Springer, 2002
TUB_HH_Katalog
Imhoff, Karl (Imhoff, Klaus R.;)
Taschenbuch der Stadtentwässerung : mit 10 Tafeln
ISBN: 3486263331 ((Gb.))
München [u.a.] : Oldenbourg, 1999
TUB_HH_Katalog
Lange, Jörg (Otterpohl, Ralf; Steger-Hartmann, Thomas;)
Abwasser : Handbuch zu einer zukunftsfähigen Wasserwirtschaft
ISBN: 3980350215 (kart.) URL: http://www.gbv.de/du/services/agi/52567E5D44DA0809C12570220050BF25/000000700334
Donaueschingen-Pfohren : Mall-Beton-Verl., 2000
TUB_HH_Katalog
Mudrack, Klaus (Kunst, Sabine;)
Biologie der Abwasserreinigung : 18 Tabellen
ISBN: 382741427X URL: http://www.gbv.de/du/services/agi/94B581161B6EC747C1256E3F005A8143/420000114903
Heidelberg [u.a.] : Spektrum, Akad. Verl., 2003
TUB_HH_Katalog
Tchobanoglous, George (Metcalf & Eddy, Inc., ;)
Wastewater engineering : treatment and reuse
ISBN: 0070418780 (alk. paper) ISBN: 0071122508 (ISE (*pbk))
Boston [u.a.] : McGraw-Hill, 2003
TUB_HH_Katalog
Henze, Mogens
Activated sludge models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3
ISBN: 1900222248
London : IWA Publ., 2002
TUB_HH_Katalog
Kunz, Peter
Umwelt-Bioverfahrenstechnik
Vieweg, 1992
Bauhaus-Universität., Arbeitsgruppe Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, ;)
Abwasserbehandlung : Gewässerbelastung, Bemessungsgrundlagen, Mechanische Verfahren, Biologische Verfahren, Reststoffe aus der Abwasserbehandlung, Kleinkläranlagen
ISBN: 3860682725 URL: http://www.gbv.de/dms/weimar/toc/513989765_toc.pdf URL: http://www.gbv.de/dms/weimar/abs/513989765_abs.pdf
Weimar : Universitätsverl, 2006
TUB_HH_Katalog
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall
DWA-Regelwerk
Hennef : DWA, 2004
TUB_HH_Katalog
Wiesmann, Udo (Choi, In Su; Dombrowski, Eva-Maria;)
Fundamentals of biological wastewater treatment
ISBN: 3527312196 (Gb.) URL: http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?id=2774611&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm
Weinheim : WILEY-VCH, 2007
TUB_HH_Katalog

Survey on advanced wastewater treatment

reuse of reclaimed municipal wastewater

Precipitation

Flocculation

Depth filtration

Membrane Processes

Activated carbon adsorption

Ozonation

"Advanced Oxidation Processes"

Disinfection

Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, McGraw-Hill, Boston 2003

Wassertechnologie, H.H. Hahn, Springer-Verlag, Berlin 1987

Membranverfahren: Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung, T. Melin und R. Rautenbach, Springer-Verlag, Berlin 2007

Trinkwasserdesinfektion: Grundlagen, Verfahren, Anlagen, Geräte, Mikrobiologie, Chlorung, Ozonung, UV-Bestrahlung, Membranfiltration, Qualitätssicherung, W. Roeske, Oldenbourg-Verlag, München 2006

Aggregate organic compounds (sum parameters)

Industrial wastewater

Processes for industrial wastewater treatment

Precipitation

Flocculation

Activated carbon adsorption

Recalcitrant organic compounds

Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, McGraw-Hill, Boston 2003

Wassertechnologie, H.H. Hahn, Springer-Verlag, Berlin 1987

Membranverfahren: Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung, T. Melin und R. Rautenbach, Springer-Verlag, Berlin 2007

Trinkwasserdesinfektion: Grundlagen, Verfahren, Anlagen, Geräte, Mikrobiologie, Chlorung, Ozonung, UV-Bestrahlung, Membranfiltration, Qualitätssicherung, W. Roeske, Oldenbourg-Verlag, München 2006

• Participants Workshop: Design of the most attractive productive Town
• Keynote lecture and video
• The limits of Urbanization / Green Cities
• The tragedy of the Rural: Soil degradation, agro chemical toxification, migration to cities
• Global Ecovillage Network: Upsides and Downsides around the World
• Visit of an Ecovillage
• Participants Workshop: Resources for thriving rural areas, Short presentations by participants, video competion
• TUHH Rural Development Toolbox
  
• Integrated New Town Development
• Participants workshop: Design of New Towns: Northern, Arid and Tropical cases
• Outreach: Participants campaign
• City with the Rural: Resilience, quality of live and productive biodiversity
  
  

• Ralf Otterpohl 2013: Gründer-Gruppen als Lebensentwurf: "Synergistische Wertschöpfung in erweiterten Kleinstadt- und Dorfstrukturen", in „Regionales Zukunftsmanagement Band 7: Existenzgründung unter regionalökonomischer Perspektive, Pabst Publisher, Lengerich
• http://youtu.be/9hmkgn0nBgk (Miracle Water Village, India, Integrated Rainwater Harvesting, Water Efficiency, Reforestation and Sanitation)
• TEDx New Town Ralf Otterpohl: http://youtu.be/_M0J2u9BrbU

• Keynote lecture and video
• Water & Soil: Water availability as a consequence of healthy soils
• Water and it’s utilization, Integrated Urban Water Management
• Water & Energy, lecture and panel discussion pro and con for a specific big dam project
• Rainwater Harvesting on Catchment level, Holistic Planned Grazing, Multi-Use-Reforestation
• Sanitation and Reuse of water, nutrients and soil conditioners, Conventional and Innovative Approaches
  
• Why are there excreta in water? Public Health, Awareness Campaigns
  
• Rehearsal session, Q&A
  

• Montgomery, David R. 2007: Dirt: The Erosion of Civilizations, University of California Press
• Liu, John D.: http://eempc.org/hope-in-a-changing_climate/ (Integrated regeneration of the Loess Plateau, China, and sites in Ethiopia and Rwanda)
• http://youtu.be/9hmkgn0nBgk (Miracle Water Village, India, Integrated Rainwater Harvesting, Water Efficiency, Reforestation and Sanitation)

1. Rechtliche Grundlagen (Gesetz, Verordnung, Richtlinie, Standard/Norm)
2. Berechnungsgrundlagen Druckgeräte (AD-Regelwerk, ASME-Regelwerk, GL Vorschriften, weitere Berechungsmethoden)
3. Spannungshypothesen
4. Werkstoffauswahl, Fertigungsverfahren
5. Dünnwandige Behälter
6. Dickwandige Behälter
7. Sicherheitseinrichtungen
8. Sicherheitsanalysen
    
   Anwendungsschwerpunkte
          
9. Unterwassertechnik (bemannte und unbemannte Druckbehälter, PVHO Code)
   
10. Dampfkessel
    
11. Wärmetauscher
12. LPG, LEG Transport-tanks (Bilobe Bauart, IMO Type C tanks)

1.      Introduction: Overview, achieving high pressure, range of parameters.

2.       Influence of pressure on properties of fluids: P,v,T-behaviour, enthalpy, internal energy,     entropy, heat capacity, viscosity, thermal conductivity, diffusion coefficients, interfacial tension.

3.      Influence of pressure on heterogeneous equilibria: Phenomenology of phase equilibria

4.      Overview on calculation methods for (high pressure) phase equilibria).
Influence of pressure on transport processes, heat and mass transfer.

5.      Separation processes at elevated pressures: Absorption, adsorption (pressure swing adsorption), distillation (distillation of air), condensation (liquefaction of gases)

6.      Supercritical fluids as solvents: Gas extraction, cleaning, solvents in reacting systems, dyeing, impregnation, particle formation (formulation)

7.      Reactions at elevated pressures. Influence of elevated pressure on biochemical systems: Resistance against pressure

Part III :  Industrial production

8.      Reaction : Haber-Bosch-process, methanol-synthesis, polymerizations; Hydrations, pyrolysis, hydrocracking; Wet air oxidation, supercritical water oxidation (SCWO)

9.      Separation : Linde Process, De-Caffeination, Petrol and Bio-Refinery

10.  Industrial High Pressure Applications in Biofuel and Biodiesel Production

11.  Sterilization and Enzyme Catalysis

12.  Solids handling in high pressure processes, feeding and removal of solids, transport within the reactor.

13.   Supercritical fluids for materials processing.

14.  Cost Engineering

After a successful completion of this module, the student should be able to

-         understand of the influences of pressure on properties of compounds, phase equilibria, and production processes.

-         Apply high pressure approches in the complex process design tasks

-         Estimate Efficiency of high pressure alternatives with respect to investment and operational costs

1.  Presence  (28 h)

2. Oral presentation of original scientific article (15 min) with written summary

3. Written examination and Case study 

    ( 2+3 : 32 h Workload)

60 hours total

Literatur:

Script: High Pressure Chemical Engineering.
G. Brunner: Gas Extraction. An Introduction to Fundamentals of Supercritical Fluids and the Application to Separation Processes. Steinkopff, Darmstadt, Springer, New York, 1994.

• Introduction/Overview on Properties of Supercritical Fluids (SCF)and their Application in Gas Extraction Processes
• Solubility of Compounds in Supercritical Fluids and Phase Equilibrium with SCF
• Extraction from Solid Substrates: Fundamentals, Hydrodynamics and Mass Transfer
• Extraction from Solid Substrates: Applications and Processes (including Supercritical Water)
• Countercurrent Multistage Extraction: Fundamentals and Methods, Hydrodynamics and Mass Transfer
• Countercurrent Multistage Extraction: Applications and Processes
• Solvent Cycle, Methods for Precipitation
• Supercritical Fluid Chromatography (SFC): Fundamentals and Application
• Simulated Moving Bed Chromatography (SMB)
• Membrane Separation of Gases at High Pressures
• Separation by Reactions in Supercritical Fluids (Enzymes)

G. Brunner: Gas Extraction. An Introduction to Fundamentals of Supercritical Fluids and the Application to Separation Processes. Steinkopff, Darmstadt, Springer, New York, 1994.

Numerische Verfahren für Anfangswertprobleme

• Einschrittverfahren
  
• Mehrschrittverfahren
• Steife Probleme
• Differentiell-algebraische Gleichungen vom Index 1

Numerische Verfahren für Randwertaufgaben

• Mehrzielmethode
• Differenzenverfahren
  

• E. Hairer, S. Noersett, G. Wanner: Solving Ordinary Differential Equations I: Nonstiff Problems.
• E. Hairer, G. Wanner: Solving Ordinary Differential Equations II: Stiff and Differential-Algebraic Problems.
• D. Griffiths, D. Higham: Numerical Methods for Ordinary Differential Equations.

1. Material- and Energybalance of the two-dimensionsal zweidimensionalen pseudo-homogeneous reactor model

2. Numerical solution of ordinary differential equations (Euler, Runge-Kutta, solvers for stiff problems, step controlled solvers)

3. Reactor design with one-dimensional models (ethane cracker, catalyst deactivation, tubular reactor with deactivating catalyst, moving bed reactor with regenerating catalyst, riser reactor, fluidized bed reactor)

4. Partial differential equations (classification, numerical solution Lösung, finite difference method, method of lines)

5. Examples of reactor design (isothermal tubular reactor with axial dispersion, dehydrogenation of ethyl benzene, wrong-way behaviour)

6. Boundary value problems (numerical solution, shooting method, concentration- and temperature profiles in a catalyst pellet, multiphase reactors, trickle bed reactor)

1. Lecture notes R. Horn

2. Lecture notes F. Keil

3.  G. F. Froment, K. B. Bischoff, J. De Wilde, Chemical Reactor Analysis and Design, John Wiley & Sons, 2010

4. R. Aris, Elementary Chemical Reactor Analysis, Dover Pubn. Inc., 2000

Heterogeneous Catalysis and Chemical Reaction Engineering are inextricably linked. About 90% of all chemical intermediates and consumer products (fuels, plastics, fertilizers etc.) are produced with the aid of catalysts. Most of them, in particular large scale products, are produced by heterogeneous catalysis viz. gaseous or liquid reactants react on solid catalysts. In multiphase reactors gases, liquids and a solid catalyst are present.

Heterogeneous catalysis plays also a key role in any future energy scenario (fuel cells, electrocatalytic splitting of water) and in environmental engineering (automotive catalysis, photocatalyic abatement of water pollutants).

Heterogeneous catalysis is an interdisciplinary science requiring knowledge of different scientific disciplines such as

• Materials Science (synthesis and characterization of solid catalysts)
• Physics (structure and electronic properties of solids, defects)
• Physical Chemistry (thermodynamics, reaction mechanisms, chemical kinetics, adsorption, desorption, spectroscopy, surface chemistry, theory)
• Reaction Engineering (catalytic reactors, mass- and heat transport in catalytic reactors, multi-scale modeling, application of heterogeneous catalysis)

• J.M. Thomas, W.J. Thomas: Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis, VCH
• I. Chorkendorff, J. W. Niemantsverdriet, Concepts of Modern Catalysis and Kinetics, WILEY-VCH
• B.C. Gates: Catalytic Chemistry, John Wiley
• R.A. van Santen, P.W.N.M. van Leeuwen, J.A. Moulijn, B.A. Averill (Eds.): Catalysis: an integrated approach, Elsevier
• D.P. Woodruff, T.A. Delchar: Modern Techniques of Surface Science, Cambridge Univ. Press
• J.W. Niemantsverdriet: Spectrocopy in Catalysis, VCH
• F. Delannay (Ed.): Characterization of heterogeneous catalysts, Marcel Dekker
• C.H. Bartholomew, R.J. Farrauto: Fundamentals of Industrial Catalytic Processes (2nd Ed.),Wiley

Bioeconomy is the production, utilization and conservation of biological resources, including related knowledge, science, technology, and innovation, to provide information products, processes, and services across all economic sectors aiming towards a sustainable biobased technology. In this course the significance of various topics including the production and processing of biomass, economics, logistic as well as management will be discussed. Technologies aiming at the production of renewable biological resources and the conversion of these resources and waste streams into value-added products, such as food, feed, bio-based products (textiles, bioplastics, chemicals, pharmaceuticals) and bioenergy will be presented. Biological tools including microorganisms and enzymes will be introduced. This approach with a focus on chemical and process engineering will provide a smooth transition from crude oil-based industry to Sustainable Circular Bioeconomy taking into consideration the environmental issues. This sustainable use of renewable resources for industrial purposes will ensure environmental protection and a long-term balance of social and economic gains.

- Micro kinetics, formal kinetics, molecularity, reaction order, integrated rate laws

- Complex reactions, reversible reactions, consecutive reactions, parallel reactions, approximation methods: steady-state, pseudo-first order, numerical solution of rate equations , example : Belousov-Zhabotinskii reaction

- Experimental methods of kinetics, integral approach, differential approach, initial rate method, method of half-life, relaxation methods

- Collision theory, Maxwell velocity distribution, collision numbers, line of centers model

- Transition state theory, partition functions of atoms and molecules, examples, calculating reaction equilibria on the basis of molecular data only, heats of reaction, calculating rates of reaction by means of statistical thermodynamics

- Kinetics of heterogeneous reactions, peculiarities of heterogeneous reactions, mean-field approximation, Langmuir adsorption isotherm, reaction mechanisms, Langmuir-Hinshelwood Mechanism, Eley-Rideal Mechanism, steady-state approximation, quasi-equilibrium approximation, most abundant reaction intermediate (MARI), reaction order, apparent activation energy, example: CO oxidation, transition state theory of surface reactions, Sabatier´s principle, sticking coefficient, parameter fitting

- Explosions, cold flames

J. I. Steinfeld, J. S. Francisco, W. L . Hase: Chemical Kinetics & Dynamics, Prentice Hall

K. J. Laidler: Chemical Kinetics, Harper & Row Publishers

R. K. Masel. Chemical Kinetics & Catalysis , Wiley

I. Chorkendorff,, J. W. Niemantsverdriet: Concepts of modern Catalysis and Kinetics, Wiley

Kaltschmitt M., Hartmann H. (Hrsg.): Energie aus Bioamsse, Springer Verlag, 2001, ISBN 3-540-64853-4

Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Schriftenreihe Nachwachsende Rohstoffe,

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. www.nachwachsende-rohstoffe.de

Bockisch M.: Nahrungsfette und -öle, Ulmer Verlag, 1993, ISBN 380000158175

• Basic values for optical systems and lighting technology
• Spectrum, black-bodies, color-perception
• Light-Sources und their characterization
• Photometrics
• Ray-Optics
• Matrix-Optics
• Stops, Pupils and Windows
• Light-field Technology
• Introduction to Wave-Optics
• Introduction to Holography

Prozess- und Anlagentechnik I und II

Thermische Grundoperationen

Wärme- und Stoffübertragung

Strömungsmechanik I und II

I. Wiederholung Grundlagen:

1. Rohrbündel Wärmeübetrager
2. Dampfkessel und Kältemaschinen
3. Pumpen und Turbinen
4. Strömung in Rohrleitungssystemen
5. Pumpen und Mischen nicht-newtonscher Fluide
6. Anforderungen eines detaillierten Anlagen-Aufstellungsplans

II. Selbstständiges Rechnen:

1. Das Planen und Auslegen eines spezifischen Anlagenteils einer Bioraffinerie in Gruppenarbeit (z.B. Ethanoldestillation oder Fermentation) auf Basis realistischer Annahmen aus der Industrie.
   • Massen- & Energiebilanzen (Aspen)
   • Spezifische Apparate Auslegung (Wärmetauscher/Pumpen/Behälter/Rohre etc.)
   • Isolierungen, Wanddicken und Behälter Material
   • Energie-, Dampf-, Kühlbedarf
   • Armaturen und Messinstrumente sowie Sicherheitseinrichtungen
   • Vorgabe der Hauptregelkreise
2. Dabei wird der Zusammenhang und die Abhängigkeiten verschiedener Phänomene deutlich und die Beschreibung des Prozesses erfolgt anhand einer tatsächlich existierenden Anlage.
3. Im Detail Engineering wird besonders auf Aspekte der Anlagenplanung eingegangen, die bei der realen Umsetzung zur Konstruktion entscheidend sind. So kann ein hoher Detailgrad erreicht werden mit dem es möglich ist einen Aufstellungsplan zu konzipieren.
4. Je nach Zeitbedarf und Gruppengröße werden auch Kostenabschätzung und die Erstellung eines ausführlichen R&I Fließbildes betrachtet

Perry, R.;Green, R.: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8^th Edition, McGraw Hill Professional, 2007

Sinnot, R. K.: Chemical Engineering Design, Elsevier, 2014

• CAPE = Computer-Aided-Project-Engineering
  
• EINFÜHRUNG IN DIE THEORIE
  • Klassen von Simulationsprogrammen
  • Sequentiell-modularer Ansatz
  • Gleichungsorientierter Ansatz
  • Simultan-modularer Ansatz
  • Allgemeine Vorgehensweise bei der Bearbeitung von Modellierungsaufgaben
  • Spezielle Vorgehensweise zur Lösung von Modellen mit Rückführungen
• COMPUTER-ÜBUNGEN zu erneuerbaren Energieprojekten MIT ASPEN PLUS® UND ASPEN CUSTOM MODELER®
  • Anwendungsbereich, Potential und Grenzen von Aspen Plus® und Aspen Custom Modeler®
  • Benutzung der integrierten Datenbanken für Stoffdaten
  • Methoden zur Abschätzung nicht vorhandener physikalischer Stoffdaten
  • Benutzung der Modellbibliotheken und Prozesssynthese
  • Anwendung von Design-Spezifikationen und Sensitivitätsanalysen
  • Lösung von Optimierungsproblemen

Innerhalb des Seminars werden die verschiedenen Aufgabenstellungen aktiv diskutiert und auf verschiedene Anwendungsfälle angewandt.

• Aspen Plus® - Aspen Plus User Guide
• William L. Luyben; Distillation Design and Control Using Aspen Simulation; ISBN-10: 0-471-77888-5
  

The lecture offers a general introduction to the basics and possibilities of applied mathematical optimization and deals with application areas on different scales from kinetics identification, optimal design of unit operations to the optimization of entire (sub)processes, and production planning. In addition to the basic classification and formulation of optimization problems, different solution approaches are discussed. Besides deterministic gradient-based methods, metaheuristics such as evolutionary and genetic algorithms and their application are discussed as well.

- Introduction to Applied Optimization

- Formulation of optimization problems

- Linear Optimization

- Nonlinear Optimization

- Mixed-integer (non)linear optimization

- Multi-objective optimization

- Global optimization

Weicker, K., Evolutionäre Algortihmen, Springer, 2015

Edgar, T. F., Himmelblau D. M., Lasdon, L. S., Optimization of Chemical Processes, McGraw Hill, 2001

Biegler, L. Nonlinear Programming - Concepts, Algorithms, and Applications to Chemical Processes, 2010

Kallrath, J. Gemischt-ganzzahlige Optimierung: Modellierung in der Praxis, Vieweg, 2002

I. Introduction

       1. Fundamentals of steady state process simulation

       1.1. Classes of simulation tools
       1.2. Sequential-modularer approach
       1.3. Operating mode of ASPEN PLUS
       2. Introduction in ASPEN PLUS
       2.1. GUI
       2.2. Estimation methods of physical properties
       2.3. Aspen tools (z.B. Designspecification)
       2.4. Convergence methods

II. Exercices using ASPEN PLUS and ACM

            Application of model databank, process synthesis

            Design specifications

            Sensitivity analysis
            Optimization tasks
            Industrial cases

- G. Fieg: Lecture notes
- Seider, W.D.; Seader, J.D.; Lewin, D.R.: Product and Process Design Principles: Synthesis, Analysis,
  and Evaluation; Hoboken, J. Wiley & Sons, 2010

Practical implementation of safety analyses (methods)

Safety-related parameters and methods for their determination

Hazard characteristics according to the Chemicals Act

GHS (Globally Harmonized System) for the classification and labelling of chemicals

Hazardous substances

Toxicology

Personal safety

Safety considerations in plant design

Inherently safe process design

Technical measures for plant safety

Bender, H.: Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen; Weinheim (2005)
Bender, H.: Das Gefahrstoffbuch. Sicherer Umgang mit Gefahrstoffen in der Praxis; Weinheim (2002)
Birett, K.: Umgang mit Gefahrstoffen; Heidelberg (2011)
Birgersson, B.; Sterner, O.; Zimerson, E.: Chemie und Gesundheit; Weinheim (1988)

R. Dittmeyer, W. Keim, G. Kreysa, A. Oberholz, Chemische Technik, Prozesse und Produkte, Band 1

    Methodische Grundlagen, VCH, 2004-2006, S. 719

H. Pohle, Chemische Industrie, Umweltschutz, Arbeitsschutz, Anlagensicherheit, VCH, Weinheim, 1991

J. Steinbach, Chemische Sicherheitstechnik, VCH, Weinheim, 1995

G. Suter, Identifikation sicherheitskritischer Prozesse, P&A Kompendium, 2004

In dieser Lehrveranstaltung wird ein Überblick über die wichtigsten biotechnologischen Produktionsprozesse gegeben. Neben den einzelnen Verfahren und deren spezifischen Anforderungen werden auch übergreifende Aspekte der industriellen Realität adressiert wie z.B.

• Asset Lifecycle
• Digitalisierung in der Bioprozess-Industrie
• Grundprinzipien der industriellen Bioverfahrensentwicklung
• Nachhaltigkeits-Aspekte bei der Entwicklung bioverfahrenstechnischer Prozesse

Chmiel H (ed). Bioprozesstechnik, Springer 2011, ISBN: 978-3-8274-2476-1

Bailey, James and David F. Ollis: Biochemical Engineering Fundamentals. ‑2nd ed.; New York: McGraw Hill, 1986. 

Becker, Th. et al. (2008) Biotechnology. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. http://www.mrw.interscience.wiley.com/emrw/9783527306732/ueic/article/a04_107/current/abstract

Doran, Pauline M.: Bioprocess Engineering Principles, Academic Press, 2003

Hass, V. und R. Pörtner: Praxis der Bioprozesstechnik. Spektrum Akademischer Verlag (2011), 2. Auflage

Krahe M (2003) Biochemical Engineering. Ullmann´s Encyclopedia of Industrial Chemistry. http://www.mrw.interscience.wiley.com/ueic/articles/b04_381/frame.html

Schuler, M.L. / Kargi, F.: Bioprocess Engineering - Basic concepts

Diese Lehrveranstaltung gibt einen Einblick in die Methodik bei der Entwicklung von Prozessen der Industriellen Biotechnologie. Wichtige Teilaspekte hierbei sind beispielweise die Entwicklung der Fermentation und der Aufarbeitungsschritte zum jeweiligen Zielmolekül, die Integration der Teilschritte zu einem Gesamtverfahren sowie die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Chmiel H (ed). Bioprozesstechnik, Springer 2011, ISBN: 978-3-8274-2476-1 [Titel anhand dieser ISBN in Citavi-Projekt übernehmen]

Bailey, James and David F. Ollis: Biochemical Engineering Fundamentals. ‑2nd ed.; New York: McGraw Hill, 1986.

Becker, Th. et al. (2008) Biotechnology. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. http://www.mrw.interscience.wiley.com/emrw/9783527306732/ueic/article/a04_107/current/abstract

Doran, Pauline M.: Bioprocess Engineering Principles, Academic Press, 2003

Hass, V. und R. Pörtner: Praxis der Bioprozesstechnik. Spektrum Akademischer Verlag (2011), 2. Auflage

Krahe M (2003) Biochemical Engineering. Ullmann´s Encyclopedia of Industrial Chemistry. http://www.mrw.interscience.wiley.com/ueic/articles/b04_381/frame.html

Schuler, M.L. / Kargi, F.: Bioprocess Engineering - Basic concepts

The lecture focuses primarily on presenting and discussing established imaging techniques relevant to the field of engineering including (a) optical and infrared imaging, (b) magnetic resonance imaging, (c) X-ray imaging and tomography. Moreover, it presents and discusses a range of more recent imaging modalities. The students will learn:

1. what these imaging techniques can measure (such as sample density or concentration, material transport, chemical composition, temperature),
2. how the measurement techniques work (physical measurement principles, hardware requirements, image reconstruction), and
3. how to determine the most suited imaging methods for a given problem.

Wang, M. (2015). Industrial Tomography. Cambridge, UK: Woodhead Publishing. 

Available as e-book in the library of TUHH: https://katalog.tub.tuhh.de/Record/823579395

Content: The module focuses primarily on discussing established imaging techniques including (a) optical and infrared imaging, (b) magnetic resonance imaging, (c) X-ray imaging and tomography, and (d) ultrasound imaging and also covers a range of more recent imaging modalities. The students will learn:

1. what these imaging techniques can measure (such as sample density or concentration, material transport, chemical composition, temperature),
2. how the measurements work (physical measurement principles, hardware requirements, image reconstruction), and
3. how to determine the most suited imaging methods for a given problem.

Learning goals: After the successful completion of the course, the students shall:

1. understand the physical principles and practical aspects of the most common imaging methods,
2. be able to assess the pros and cons of these methods with regard to cost, complexity, expected contrasts, spatial and temporal resolution, and based on this assessment
3. be able to identify the most suited imaging modality for any specific engineering challenge in the field of chemical and bioprocess engineering.

Wang, M. (2015). Industrial Tomography. Cambridge, UK: Woodhead Publishing. 

Available as e-book in the library of TUHH: https://katalog.tub.tuhh.de/Record/823579395

Contents

- Common variables and terms for characterizing turbulence (energy spectra, energy cascade, etc.)

- An overview of Lagrange analysis methods and experiments in fluid mechanics

- Critical examination of the concept of turbulence and turbulent structures.

-Calculation of the transport of ideal fluid elements and associated analysis methods (absolute and relative diffusion, Lagrangian Coherent Structures, etc.)

- Implementation of a Runge-Kutta 4th-order in Matlab

- Introduction to particle integration using ODE solver from Matlab

- Problems from turbulence research

- Application analytical methods with Matlab.

Structure:

- 14 units a 2x45 min. 

- 10 units lecture

- 4 Units Matlab Exercise- Go through the exercises Matlab, Peer2Peer? Explain solutions to your colleague

Learning goals:

Students receive very specific, in-depth knowledge from modern turbulence research and transport analysis. → Knowledge

The students learn to classify the acquired knowledge, they study approaches to further develop the knowledge themselves and to relate different data sources to each other. → Knowledge, skills

The students are trained in the personal competence to independently delve into and research a scientific topic. → Independence

Matlab exercises in small groups during the lecture and guided Peer2Peer discussion rounds train communication skills in complex situations. The mixture of precise language and intuitive understanding is learnt. → Knowledge, social competence

Required knowledge:

Fluid mechanics 1 and 2 advantageous

Programming knowledge advantageous

Bakunin, Oleg G. (2008): Turbulence and Diffusion. Scaling Versus Equations. Berlin [u. a.]: Springer Verlag.

Bourgoin, Mickaël; Ouellette, Nicholas T.; Xu, Haitao; Berg, Jacob; Bodenschatz, Eberhard (2006): The role of pair dispersion in turbulent flow. In: Science (New York, N.Y.) 311 (5762), S. 835-838. DOI: 10.1126/science.1121726.

Davidson, P. A. (2015): Turbulence. An introduction for scientists and engineers. Second edition. Oxford: Oxford Univ. Press.

Graff, L. S.; Guttu, S.; LaCasce, J. H. (2015): Relative Dispersion in the Atmosphere from Reanalysis Winds. In: J. Atmos. Sci. 72 (7), S. 2769-2785. DOI: 10.1175/JAS-D-14-0225.1.

Grigoriev, Roman (2011): Transport and Mixing in Laminar Flows. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.

Haller, George (2015): Lagrangian Coherent Structures. In: Annu. Rev. Fluid Mech. 47 (1), S. 137-162. DOI: 10.1146/annurev-fluid-010313-141322.

Kameke, A. von; Huhn, F.; Fernández-García, G.; Muñuzuri, A. P.; Pérez-Muñuzuri, V. (2010): Propagation of a chemical wave front in a quasi-two-dimensional superdiffusive flow. In: Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics 81 (6 Pt 2), S. 66211. DOI: 10.1103/PhysRevE.81.066211.

Kameke, A. von; Huhn, F.; Fernández-García, G.; Muñuzuri, A. P.; Pérez-Muñuzuri, V. (2011): Double cascade turbulence and Richardson dispersion in a horizontal fluid flow induced by Faraday waves. In: Physical review letters 107 (7), S. 74502. DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.074502.

Kameke, A.v.; Kastens, S.; Rüttinger, S.; Herres-Pawlis, S.; Schlüter, M. (2019): How coherent structures dominate the residence time in a bubble wake: An experimental example. In: Chemical Engineering Science 207, S. 317-326. DOI: 10.1016/j.ces.2019.06.033.

Klages, Rainer; Radons, Günter; Sokolov, Igor M. (2008): Anomalous Transport: Wiley.

LaCasce, J. H. (2008): Statistics from Lagrangian observations. In: Progress in Oceanography 77 (1), S. 1-29. DOI: 10.1016/j.pocean.2008.02.002.

Neufeld, Zoltán; Hernández-García, Emilio (2009): Chemical and Biological Processes in Fluid Flows: PUBLISHED BY IMPERIAL COLLEGE PRESS AND DISTRIBUTED BY WORLD SCIENTIFIC PUBLISHING CO.

Onu, K.; Huhn, F.; Haller, G. (2015): LCS Tool: A computational platform for Lagrangian coherent structures. In: Journal of Computational Science 7, S. 26-36. DOI: 10.1016/j.jocs.2014.12.002.

Ouellette, Nicholas T.; Xu, Haitao; Bourgoin, Mickaël; Bodenschatz, Eberhard (2006): An experimental study of turbulent relative dispersion models. In: New J. Phys. 8 (6), S. 109. DOI: 10.1088/1367-2630/8/6/109.

Pope, Stephen B. (2000): Turbulent Flows. Cambridge: Cambridge University Press.

Rivera, M. K.; Ecke, R. E. (2005): Pair dispersion and doubling time statistics in two-dimensional turbulence. In: Physical review letters 95 (19), S. 194503. DOI: 10.1103/PhysRevLett.95.194503.

Vallis, Geoffrey K. (2010): Atmospheric and oceanic fluid dynamics. Fundamentals and large-scale circulation. 5. printing. Cambridge: Cambridge Univ. Press.

• generation of numerical grids with a common grid generator
• selection of models and boundary conditions
• basic numerical simulation with OpenFoam within the TUHH CIP-Pool

• Introduction into partial differential equations
• Basic equations
• Boundary conditions and grids
• Numerical methods
• Finite difference method
• Finite volume method
• Time discretisation and stability
• Population balance
• Multiphase Systems
• Modeling of Turbulent Flows
• Exercises: Stability Analysis 
• Exercises: Example on CFD - analytically/numerically 

Paschedag A.R.: CFD in der Verfahrenstechnik: Allgemeine Grundlagen und mehrphasige Anwendungen, Wiley-VCH, 2004 ISBN 3-527-30994-2.

Ferziger, J.H.; Peric, M.: Numerische Strömungsmechanik. Springer-Verlag, Berlin, 2008, ISBN: 3540675868.

Ferziger, J.H.; Peric, M.: Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer, 2002, ISBN 3-540-42074-6

- foundations of problem solving and system modeling, discrete event systems
- properties of processes, modeling using automata and Petri-nets
- design considerations for processes (mutex, deadlock avoidance, liveness)
- optimal scheduling for processes
- optimal decisions when planning manufacturing systems, decisions under uncertainty
- software design and software architectures for automation, PLCs

J. Lunze: „Automatisierungstechnik“, Oldenbourg Verlag, 2012
Reisig: Petrinetze: Modellierungstechnik, Analysemethoden, Fallstudien; Vieweg+Teubner 2010
Hrúz, Zhou: Modeling and Control of Discrete-event Dynamic Systems; Springer 2007
Li, Zhou: Deadlock Resolution in Automated Manufacturing Systems, Springer 2009
Pinedo: Planning and Scheduling in Manufacturing and Services, Springer 2009

• Phase equilibria in multicomponent systems
  
• Partioning in biorelevant systems
• Calculation of phase equilibria in colloidal systems: UNIFAC, COSMO-RS (exercises in computer pool)
• Calculation of partitioning coefficients in biological membranes: COSMO-RS (exercises in computer pool)
• Application of equations of state (vapour pressure, phase equilibria, etc.) (exercises in computer pool) 
• Intermolecular forces, interaction Potenitials
• Introduction in statistical thermodynamics
  

exercises in computer pool, see lecture description for more details

1. Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Verlag Sauerländer, Aarau, Frankfurt (M), 1971.
2. Brauer, H.; Mewes, D.: Stoffaustausch einschließlich chemischer Reaktion. Frankfurt: Sauerländer 1972.
3. Crowe, C. T.: Engineering fluid mechanics. Wiley, New York, 2009.
4. Durst, F.: Strömungsmechanik: Einführung in die Theorie der Strömungen von Fluiden. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2006.
5. Fox, R.W.; et al.: Introduction to Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 1994.
6. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Eine Einführung in die Physik und die mathematische Modellierung von Strömungen. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2006.
7. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Einführung in die Physik von technischen Strömungen: Vieweg+Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2008.
8. Kuhlmann, H.C.:  Strömungsmechanik. München, Pearson Studium, 2007
9. Oertl, H.: Strömungsmechanik: Grundlagen, Grundgleichungen, Lösungsmethoden, Softwarebeispiele. Vieweg+ Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2009.
10. Schade, H.; Kunz, E.: Strömungslehre. Verlag de Gruyter, Berlin, New York, 2007.
11. Truckenbrodt, E.: Fluidmechanik 1: Grundlagen und elementare Strömungsvorgänge dichtebeständiger Fluide. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2008.
12. Schlichting, H. : Grenzschicht-Theorie. Springer-Verlag, Berlin, 2006.
13. van Dyke, M.: An Album of Fluid Motion. The Parabolic Press, Stanford California, 1882.  
14. White, F.: Fluid Mechanics, Mcgraw-Hill, ISBN-10: 0071311211, ISBN-13: 978-0071311212, 2011.
    

• Differenzialgleichungen zum Impuls-, Wärme- und Stoffaustausch   
• Beispiele für Vereinfachungen der Navier-Stokes Gleichungen  
• Instationärer Impulsaustausch
• Freie Scherschichten, Turbulenz und Freistrahl 
• Partikelumströmungen – Feststoffverfahrenstechnik
• Kopplung Impuls- und Wärmetransport - Thermische VT
• Kopplung Impuls- und Wärmetransport - Thermische VT
• Rheologie – Bioverfahrenstechnik
• Kopplung Impuls- und Stofftransport – Reaktives Mischen, Chemische VT
• Strömung in porösen Medien – heterogene Katalyse
  
• Pumpen und Turbinen - Energie- und Umwelttechnik 
• Wind- und Wellenkraftanlagen - Regenerative Energien
• Einführung in die numerische Strömungssimulation
  

1. Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Verlag Sauerländer, Aarau, Frankfurt (M), 1971.
2. Brauer, H.; Mewes, D.: Stoffaustausch einschließlich chemischer Reaktion. Frankfurt: Sauerländer 1972.
3. Crowe, C. T.: Engineering fluid mechanics. Wiley, New York, 2009.
4. Durst, F.: Strömungsmechanik: Einführung in die Theorie der Strömungen von Fluiden. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2006.
5. Fox, R.W.; et al.: Introduction to Fluid Mechanics. J. Wiley & Sons, 1994.
6. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Eine Einführung in die Physik und die mathematische Modellierung von Strömungen. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2006.
7. Herwig, H.: Strömungsmechanik: Einführung in die Physik von technischen Strömungen: Vieweg+Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2008.
8. Kuhlmann, H.C.:  Strömungsmechanik. München, Pearson Studium, 2007
9. Oertl, H.: Strömungsmechanik: Grundlagen, Grundgleichungen, Lösungsmethoden, Softwarebeispiele. Vieweg+ Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2009.
10. Schade, H.; Kunz, E.: Strömungslehre. Verlag de Gruyter, Berlin, New York, 2007.
11. Truckenbrodt, E.: Fluidmechanik 1: Grundlagen und elementare Strömungsvorgänge dichtebeständiger Fluide. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2008.
12. Schlichting, H. : Grenzschicht-Theorie. Springer-Verlag, Berlin, 2006.
13. van Dyke, M.: An Album of Fluid Motion. The Parabolic Press, Stanford California, 1882.  

Introduction: definition, fluidization regimes, comparison with other types of gas/solids reactors
Typical fluidized bed applications
Fluidmechanical principle
Local fluid mechanics of gas/solid fluidization
Fast fluidization (circulating fluidized bed)
Entrainment
Solids mixing in fluidized beds
Application of fluidized beds to granulation and drying processes

Kunii, D.; Levenspiel, O.: Fluidization Engineering. Butterworth Heinemann, Boston, 1991.

Experiments:

• Determination of the minimum fluidization velocity
• heat transfer
• granulation
• drying

Kunii, D.; Levenspiel, O.: Fluidization Engineering. Butterworth Heinemann, Boston, 1991.

Exercises and calculation examples for the lecture Fluidization Technology

Kunii, D.; Levenspiel, O.: Fluidization Engineering. Butterworth Heinemann, Boston, 1991.

• Central part of this module is a group work on a subtopic of the lectures. The focus of these projects will be based on an interview with a target audience, practitioners or scientists.

• The group work is divided into several Milestones and Assignments. The outcome will be presented in a final presentation at the end of the semester.
  
  
  

• J. Lange, R. Otterpohl 2000: Abwasser - Handbuch zu einer zukunftsfähigen Abwasserwirtschaft. Mallbeton Verlag (TUHH Bibliothek)
• Winblad, Uno and Simpson-Hébert, Mayling 2004: Ecological Sanitation, EcoSanRes, Sweden (free download)
• Schober, Sabine: WTO/TUHH Award winning Terra Preta Toilet Design: http://youtu.be/w_R09cYq6ys

• Living Soil - THE key element of Rural Development
• Participatory Approaches
• Rainwater Harvesting
• Ecological Sanitation Principles and practical examples
  
• Permaculture Principles of Rural Development
• Performance and Resilience of Organic Small Farms
• Going Further: The TUHH Toolbox for Rural Development
  
• EMAS Technologies, Low cost drinking water supply
  

• Miracle Water Village, India, Integrated Rainwater Harvesting, Water Efficiency, Reforestation and Sanitation: http://youtu.be/9hmkgn0nBgk
• Montgomery, David R. 2007: Dirt: The Erosion of Civilizations, University of California Press

1. Einleitung

2. Grundlagen der Wärmetechnik 2.1 Wärmeleitung 2.2 Konvektiver Wärmeübergang 2.3. Wärmestrahlung 2.4. Wärmedurchgang 2.5. Verbrennungstechnische Kennzahlen 2.6 Elektrische Erwärmung 2.7 Wassdampfdiffusion

3. Heizungssysteme 3.1. Warmwasserheizungen 3.2 Anlagen zur Warmwasserbereitung 3.3 Rohrnetzberechnung 3.4 Wärmeerzeuger 3.5 Warmluftheizungen 3.6 Strahlungsheizungen

4. Wärme- und Wärmebehandlungssysteme 4.1 Industrieöfen 4.2 Schmelzanlagen 4.3 Trocknungsanlagen 4.4 Schadstoffemissionen 4.5 Schornsteinberechnungsverfahren 4.6 Energiemesssysteme

5. Verordnung und Normen 5.1 Gebäude 5.2 Industrielle und gewerbliche Anlagen

• Schmitz, G.: Klimaanlagen, Skript zur Vorlesung
  
• VDI Wärmeatlas, 11. Auflage, Springer Verlag, Düsseldorf 2013
  
• Herwig, H.; Moschallski, A.: Wärmeübertragung, Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden 2009
  
• Recknagel, H.;  Sprenger, E.; Schrammek, E.-R.: Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik 2013/2014, 76. Auflage, Deutscher Industrieverlag, 2013
  

The lecture on membrane technology supply provides students with a broad understanding of existing membrane treatment processes, encompassing pressure driven membrane processes, membrane application in electrodialyis, pervaporation as well as membrane distillation. The lectures main focus is the industrial production of drinking water like particle separation or desalination; however gas separation processes as well as specific wastewater oriented applications such as membrane bioreactor systems will be discussed as well.

Initially, basics in low pressure and high pressure membrane applications are presented (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis). Students learn about essential water quality parameter, transport equations and key parameter for pore membrane as well as solution diffusion membrane systems. The lecture sets a specific focus on fouling and scaling issues and provides knowledge on methods how to tackle with these phenomena in real water treatment application. A further part of the lecture deals with the character and manufacturing of different membrane materials and the characterization of membrane material by simple methods and advanced analysis.

The functions, advantages and drawbacks of different membrane housings and modules are explained. Students learn how an industrial membrane application is designed in the succession of treatment steps like pre-treatment, water conditioning, membrane integration and post-treatment of water. Besides theory, the students will be provided with knowledge on membrane demo-site examples and insights in industrial practice. 

• T. Melin, R. Rautenbach: Membranverfahren: Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung (2., erweiterte Auflage), Springer-Verlag, Berlin 2004.
• Marcel Mulder, Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands
• Richard W. Baker, Membrane Technology and Applications, Second Edition, John Wiley & Sons, Ltd., 2004

1. Stoffliche Eigenschaften: Rheologie, Transportgrößen, Meßtechnik, Qualitätsaspekte

2. Prozesse bei Umgebungsbedingungen, bei erhöhten Temperaturen und Drücken

3. Energetische Bewertung 

4. Ausgewählte Prozesse: Speiseölherstellung; Röstkaffee

M. Bockisch: Handbuch der Lebensmitteltechnologie , Stuttgart, 1993

R. Eggers: Vorlesungsmanuskript

Im Rahmen des Praxiskurses Brautechnologie werden zunächst nochmals die Grundlagen der enzymatischen und mikrobiologischen Fermentation von Lebensmittel wiederholt.

Im Verlauf des Kurses wird den Studierenden die Herstellung von Bier als Beispiel für einen wichtigen Prozess der Lebensmittelherstellung erklärt. Dabei wird die Auswahl und Verarbeitung geeigneter Rohstoffe, die verschiedenen mechanischen und biotechnologischen Unit Operations, Aspekte des Abpacken/Abfüllen des Endproduktes und die abschliessende Sensorik/Qualitätskontrolle behandelt.

Sämtliche Arbeitsschritte  werden von den Studierenden im Pilotmassstab durchgeführt. Ziel ist es das der/die Student*in sich am Beispiel Bier eine holistische Sicht der Lebensmittelherstellung aneignet.

Ludwig Narziss: Abriss der Bierbrauerei, 7. Auflage, Wiley VCH

• Allgemeine Einleitung
• Was sind Biokraftstoffe?
• Märkte & Entwicklungen
• Gesetzliche Rahmenbedingungen
• Treibhausgaseinsparungen
• Generationen der Biokraftstoffe
  • Bioethanol der ersten Generation
    • Rohstoffe
    • Fermentation
    • Destillation
  • Biobutanol / ETBE
  • Bioethanol der zweiten Generation
    • Bioethanol aus Stroh
  • Biodiesel der ersten Generation
    • Rohstoffe
    • Produktionsprozess
    • Biodiesel & Rohstoffe
  • HVO / HEFA
  • Biodiesel der zweiten Generation
    • Biodiesel aus Algen
• Biogas als Kraftstoff
  • Biogas der ersten Generation
    • Rohstoffe
    • Fermentation
    • Reinigung zu Biomethan
  • Biogas der zweiten Generation & Vergasungsverfahren
  • Methanol / DME aus Holz und Tall oil©

• Skriptum zur Vorlesung
• Drapcho, Nhuan, Walker; Biofuels Engineering Process Technology
• Harwardt; Systematic design of separations for processing of biorenewables
• Kaltschmitt; Hartmann; Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren
• Mousdale; Biofuels - Biotechnology, Chemistry and Sustainable Development
• VDI Wärmeatlas
  

• Ökobilanzen
  • Exemplarisches Beispiel zur Bewertung von CO2 Einsparungspotentialen durch alternative Kraftstoffe -- Wahl der Systemgrenzen und Datenbanken
• Bioethanolherstellung
  • Anwendungsaufgabe in der die Grundlagen der thermischen Trennverfahren (Rektifikation, Extraktion) thematisiert werden. Dabei liegt der Fokus auf einer Kolonnenauslegung, inkl. Wärmebedarf, Stufenanzahl, Rücklaufverhältnis...
• Biodieselherstellung
  • Verfahrenstechnische Optionen der Fest/Flüssigtrennung, inklusive Grundgleichungen zum Abschätzen von Leistung, Energiebedarf, Trennschärfe und Durchsatz
• Biomethanproduktion
  • Chemische Reaktionen, die bei der Herstellung von Biokraftstoffen relevant sind, inklusive Gleichgewichte, Aktivierungsenergien, shift-Reaktionen

Skriptum zur Vorlesung

1) Markets for Agricultural Commodities
What are the major markets and how are markets functioning
Recent trends in world production and consumption.
World trade is growing fast. Logistics. Bottlenecks.
The major countries with surplus production
Growing net import requirements, primarily of China, India and many other countries.
Tariff and non-tariff market barriers. Government interferences.

2) Closer Analysis of Individual Markets
Thomas Mielke will analyze in more detail the global vegetable oil markets, primarily palm oil, soya oil,
rapeseed oil, sunflower oil. Also the raw material (the oilseed) as well as the by-product (oilmeal) will
be included. The major producers and consumers.
Vegetable oils and oilmeals are extracted from the oilseed. The importance of vegetable oils and
animal fats will be highlighted, primarily in the food industry in Europe and worldwide. But in the past
15 years there have also been rapidly rising global requirements of oils & fats for non-food purposes,
primarily as a feedstock for biodiesel but also in the chemical industry.
Importance of oilmeals as an animal feed for the production of livestock and aquaculture
Oilseed area, yields per hectare as well as production of oilseeds. Analysis of the major oilseeds
worldwide. The focus will be on soybeans, rapeseed, sunflowerseed, groundnuts and cottonseed.
Regional differences in productivity. The winners and losers in global agricultural production.

3) Forecasts: Future Global Demand & Production of Vegetable Oils
Big challenges in the years ahead: Lack of arable land for the production of oilseeds, grains and other
crops. Competition with livestock. Lack of water. What are possible solutions? Need for better
education & management, more mechanization, better seed varieties and better inputs to raise yields.
The importance of prices and changes in relative prices to solve market imbalances (shortage
situations as well as surplus situations). How does it work? Time lags.
Rapidly rising population, primarily the number of people considered “middle class” in the years ahead.
Higher disposable income will trigger changing diets in favour of vegetable oils and livestock products.
Urbanization. Today, food consumption per caput is partly still very low in many developing countries,
primarily in Africa, some regions of Asia and in Central America. What changes are to be expected?
The myth and the realities of palm oil in the world of today and tomorrow.
Labour issues curb production growth: Some examples: 1) Shortage of labour in oil palm plantations in
Malaysia. 2) Structural reforms overdue for the agriculture in India, China and other countries to
become more productive and successful, thus improving the standard of living of smallholders.

Ziel dieses Kurses ist es, die physikalischen, chemischen und biologischen als auch die technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Grundlagen aller Optionen der Energieerzeugung aus Biomasse aus deutscher und internationaler Sicht zu diskutieren. Zusätzlich unterschiedlichen Systemansätze zur Nutzung von Biomasse für die Energieerzeugung, Aspekte der Bioenergie im Energiesystem zu integrieren, technische und wirtschaftliche Entwicklungspotenziale und die aktuelle und erwartete zukünftige Verwendung innerhalb des Energiesystems vorgestellt.
Der Kurs ist wie folgt aufgebaut:

• Biomasse als Energieträger im Energiesystem, die Nutzung von Biomasse in Deutschland und weltweit, Übersicht über den Inhalt des Kurses
• Photosynthese , die Zusammensetzung der organischen Stoffe , Pflanzenproduktion , Energiepflanzen , Reststoffen, organischen Abfällen
• Biomasse Bereitstellung Ketten für holzige und krautige Biomasse , Ernte und Bereitstellung , Transport, Lagerung, Trocknung
  - Thermo - chemische Umwandlung von biogenen Festbrennstoffen
  • Grundlagen der thermo- chemischen Umwandlung
  • Direkte thermo- chemische Umwandlung durch Verbrennung: Verbrennungstechnologien für kleine und Großanlagen , Strom- Erzeugungstechnologien , Abgasbehandlungstechnologien, Asche und ihre Verwendun
  • Vergasung: Vergasungstechnologien, Gasreinigungstechnologien, Optionen zur Nutzung des gereinigten Gases für die Bereitstellung von Wärme, Strom und/oder Brennstoffe
  • Schnelle und langsame Pyrolyse : Technologien für die Bereitstellung von Bio-Öl und / oder für die Bereitstellung von Kohle -, Öl- Reinigungstechnologien , Optionen um die Pyrolyse- Öl und Kohle als Energieträger als auch als Rohstoff verwenden
• Physikalisch-chemische Umwandlung von Biomasse , die Öle und / oder Fette : Grundlagen , Ölsaaten und Ölfrüchte, Pflanzenölproduktion , die Produktion von Biokraftstoff mit standardisierten Merkmalen ( Umesterung , Hydrierung, Co-Processing in bestehenden Raffinerien) , Optionen der Nutzung dieser Kraftstoffe, Optionen zur Verwendung der Rückstände (d.h. Mehl, Glycerin)
  • Bio-chemische Umwandlung von Biomasse
  • Grundlagen der bio-chemische Umwandlung
  • Biogas: Prozess- Technologien für Anlagen mit landwirtschaftlichen Rohstoffen , Klärschlamm ( Klärgas ), organische Abfallfraktion (Deponiegas ) , Technologien für die Bereitstellung von Biomethan , die Verwendung des aufgeschlossenen Schlamm
  • Ethanol-Produktion: Prozesstechnologien für Einsatzmaterial, Zucker, Stärke oder Cellulose , die Verwendung von Ethanol als Kraftstoff, Verwendung der Schlempe

Kaltschmitt, M.; Hartmann, H. (Hrsg.): Energie aus Biomasse; Springer, Berlin, Heidelberg, 2009, 2. Auflage

Die Versuche des Praktikums verdeutlichen die unterschiedlichen Aspekte der Wärmegewinnung aus biogenen Festbrennstoffen. Dazu werden zunächst unterschiedliche Biomassen (wie z.B. Holz, Stroh oder landwirtschaftliche Reststoffe) untersucht; hierbei liegt der Schwerpunkt auf dem Heiz- und Brennwert der Biomasse. Weiterhin wird die verwendete Biomasse pelletiert, die Pelleteigenschaften analysiert und ein Verbrennungsversuch an einer Pellet-Einzelraumfeuerung durchgeführt. Dabei werden die gasförmigen und festen Schadstoffemissionen, besonders der entstehende Feinstaub, gemessen und in einem weiteren Versuch die Zusammensetzung des Feinstaubes untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt des Praktikums liegt auf der Betrachtung von Optionen zur Reduzierung des Feinstaubes aus der Biomasseverbrennung. Im Praktikum wird eine Methode zur Feinstaubreduzierung erarbeitet und getestet. Alle Versuche werden ausgewertet und die Ergebnisse vorgestellt.

Innerhalb des Laborpraktikums diskutieren die Studierenden verschiedene technischwissenschaftliche Aufgabenstellungen, sowohl fachspezifisch und fachübergreifend. Sie
sprechen verschiedene Lösungsansätze der Aufgabenstellung durch und beraten über die theoretische oder praktische Umsetzung.

- Kaltschmitt, Martin; Hartmann, Hans; Hofbauer, Hermann: Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. 3. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2016. -ISBN 978-3-662-47437-2
- Versuchsskript