Why are simulations necessary?
Vermeidung von Experimenten mit gefährlichen Substanzen (explosive, toxische Stoffe).
Bewertung komplexer Systeme, die nicht von Hand lösbar sind (Mehrkomponentengemische, Hybridprozesse, Rückführungen).
Kostenreduktion durch virtuelle Tests statt physischer Experimente.
What is flow sheeting good for?
Optimierung bestehender Anlagen.
Entwurf neuer Prozesse.
Integration neuer Technologien.
Beseitigung von Engpässen (Process Debottlenecking).
What are important steps in order to build your own 1D or 2D membrane model?
Modell wählen: Mechanistisch, CFD, hybride Methoden.
Massenerhaltung aufstellen: Massenbilanz, Stoffströme.
Energiebilanz berücksichtigen: Temperaturabhängigkeit.
Nichtideale Effekte einbauen: Konzentrationspolarisation, Joule-Thomson-Effekt, reales Gasverhalten.
Differentielle Gleichungen verwenden: Da Konzentrationen und Drücke sich entlang der Membran ändern.
Which membrane module is most commonly used?
Hohlfasermodul (hollow fiber module) ist am häufigsten genutzt.
Vorteil: Hohe spezifische Oberfläche für Massentransport.
What is the modeling difference between a hollow fiber module and an enthalpy exchanger?
Hohlfasermodul:
Konzentrations- oder Partialdruckdifferenz als Triebkraft.
Massentransport basiert auf Diffusion durch eine poröse oder dichte Membran.
Enthalpieaustauscher:
Berücksichtigt Wärmetransport zusätzlich zum Stofftransport.
Energiebilanz ist entscheidend.
Which parameters are always given for simulations?
Membranbezogene Parameter:
Permeabilität/Selektivität der Membran.
Geometrie (z. B. Membranfläche, Modullänge).
Betriebsbedingungen:
Druck, Temperatur, Stoffströme.
Wärmeübergang (bei Wärmeaustauschprozessen)
How high (in %) are the membrane costs in a membrane process?
Membrankosten machen meist nur 10–30 % der Gesamtprozesskosten aus.
Andere Kosten dominieren (Kompressoren, Pumpen, Wärmetauscher).
What are the dominating costs in a membrane process?
Treibende Kraft (Druck, Temperaturunterschiede) → Hauptkostentreiber.
Ausrüstungskosten (Kompressoren, Pumpen).
Energiekosten für Druckerzeugung und Permeatbehandlung.
Why is optimization important?
Kostenreduktion durch effizienteren Betrieb.
Maximierung der Produktreinheit.
Minimierung des Energieverbrauchs.
Erhöhung der Lebensdauer der Membranen durch optimierte Betriebsbedingungen.
Which goals can be tackled with process optimization?
Fließbildoptimierung:
Wahl der besten Prozesskonfiguration.
Betriebsbedingungen optimieren:
Bestimmung optimaler Zwischendrücke, Temperaturen, Strömungsraten.
Materialoptimierung:
Auswahl der besten Membran-Selektivität und Permeabilität.
Kostensenkung:
Minimierung von Energieverbrauch und Materialkosten.
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