1. Aufgabenbereiche und Ausstattung
Das Institut hat die
folgenden Schwerpunkte in Forschung und Lehre:
Zum Institut gehören zwei
Reaktionstechnik/Katalyse-Labors und ein Hochdrucklabor
Größere Geräte:
Reaktionstechnik/Katalyselabors:
Hochdrucklabor:
2. Vom Institut betreute Lehrveranstaltungen
1. Technische Chemie
(TC)
Die Lehrveranstaltung
behandelt die Produktionsverfahren der industriellen Chemie im Überblick.
Ausgehend von den Rohstoffen der anorganischen und organischen Chemie werden
die stofflichen Aspekte der technischen Chemie anhand wichtiger Verfahren aus
den verschiedenen Produktionszweigen dargestellt. Dabei werden der enge Verbund
zwischen Energie, Rohstoffen, Primärchemikalien, Zwischenprodukten und
Endprodukten am Beispiel ausgewählter großtechnischer Produktlinien und
Verfahren erläutert. Weiterhin werden neue Entwicklungen und Tendenzen der
industriellen Chemie diskutiert.
Inhalt:
1. Die Chemische
Industrie
2. Rohstoffe und ihre
Verarbeitung (Erdöl, Kohle, Erdgas, nachwachsende Rohstoffe)
3. Primärchemikalien und
ihre Gewinnung
4. Organische
Zwischenprodukte
5. Organische
Folgeprodukte (Polymere, Tenside, Feinchemikalien,
Spezialchemikalien und Wirkstoffe)
6. Technische
anorganische Chemie
7. Nachhaltige
zukunftsverträgliche Chemie
2. Chemische Reaktionstechnik (RT 1, RT 2)
In der Vorlesung werden
die Grundlagen zur Berechnung, Modellierung und Simulation von Chemiereaktoren
vermittelt. Behandelt werden ideale und reale Reaktoren auch unter
Berücksichtigung des Wärmetransports. Zahlreiche Übungsaufgaben werden
exemplarisch erläutert. In PC-Workshops wird die Reaktormodellierung und
Simulation mit dem Rechnprogramm POLYMATH an Praxisbeispielen erprobt.
Inhalt:
1. Einführung: die Aufgaben
der chemischen Reaktionstechnik
2. Der Chemiereaktor,
Betriebsweise und Grundtypen
3. Physikalisch-chemische
Aspekte der Reaktionstechnik
4. Ideale, isotherm
betriebene Reaktoren
5. Reaktionskinetik und
Reaktordesign
6. Reale Reaktoren
7. Verweilzeit in idealen
und realen Reaktoren
8. Reaktorauslegung unter
Berücksichtigung des Wärmetransports
9. Reaktionen in
Mehrphasenystemen: Fluid-Fluid-Reaktionen, heterogen-katlytische
Reaktionen, Reaktionen im System
Gas/Flüssigkeit/Feststoff
10. Technische Reaktionsführung
11. Reaktormodellierung
und Simulation: PC-Workshop (POLYMATH)
Lehrbuch:
J. Hagen, Chemiereaktoren
– Auslegung und Simulation, Wiley-VCH Weinheim, 2004.
3. Praktikum zur Chemischen Reaktionstechnik
(PRT)
Das Praktikum wird in
Zweiergruppen durchgeführt. Versuche:
4. Technische Katalyse (KAT)
In der Lehrveranstaltung
werden die Grundlagen und Konzepte der homogenen Übergangsmetallkatalyse und
der heterogenen Katalyse vermittelt. Struktur- und Wirkprinzipien moderner
Katalysatoren werden anhand vieler Beispiele aus der Praxis dargestellt.
Anschließend wird ein Einblick in die Entwicklung und Testung von Katalysatoren
im Labor und in der industriellen Praxis vermittelt. Der Einsatz von
Katalysatoren in der chemischen Industrie und in der Umwelttechnik wird mit
ausgewählten Verfahrensbeispielen erläutert.
Inhalt:
1. Einleitung:
Wirkungsweise von Katalysatoren
2. Homogene Katalyse mit
Übergangsmetall-Katalysatoren
3. Heterogene Katalyse:
Kinetik, Mechanismen, Katalysatorkonzepte
4. Einsatzformen und
Eigenschaften technischer Katalysatoren
5. Struktur- und
Wirkprinzipien von Katalysatoren
6. Herstellung, Entwicklung und Erprobung von Katalysatoren
7. Heterogene Katalyse in
der chemischen Technik
8. Katalysatoren in der
Umwelttechnik
Lehrbuch:
J. Hagen, Industrial Catalysis – A Practical Approach, 2nd, completely revised and extended Edition, Wiley-VCH Weinheim, 2005.
5.
Verfahrenstechnische Praktikum (VPT)
Folgende
Schwerpunktversuche zur Katalyse werden in einer Dreiergruppe durchgeführt:
3. Studien-,
Diplom- und Masterarbeiten
Es werden diverse,
fachübergreifende Themen auf den
Gebieten der technischen Chemie, chemischen Reaktionstechnik und technischen
Katalyse angeboten. Es besteht eine sehr gute Kooperation mit führenden Firmen
im In- und Ausland. Wegen der üblichen Geheimhaltung von Industriearbeiten auf
diesem Sektor werden keine einzelnen Themen bekannt gegeben.
Spezielles Angebot:
Kooperation mit der Jiao Tong Universität Shanghai (VR China)
4. Forschung und
Technologietransfer
Forschungsgebiete:
Der Institutsleiter ist
gleichzeitig Leiter der beiden folgenden Steinbeis-Transferzentren an der
Hochschule Mannheim:
Es werden zahlreiche
Transferprojekte im In- und Ausland abgewickelt.
5. Angebote in
der Aus- und Weiterbildung
J. Hagen:
Seminare zur
beruflichen Aus- und Weiterbildung auf
den Gebieten:
H. Müller:
6. Veröffentlichungen
[1] X. Yuan, Z.F. Ma, Q.G. He, J. Hagen, J.
Drillet, V.M. Schmidt: „Electro-
generative hydrogenation of allyl alcohol applying PEM fuel cell reactor“.
Electrochemical Comm. 5
(2003), 189-193.
[2] J. Hagen, CIT plus 8 (2004), S.
34–35: Chemiereaktoren, Modellierung und
Simulation – verständlich und praxisnah.
[3] J. Hagen, Absolvent aktuell, FH Mannheim,
Nr. 16 (Okt. 2004), S. 6-9: Aspekte
einer zeitgemäßen
Ingenieurausbildung – Chemische Reaktionstechnik und
Katalyse.
[4] S. Wolff, G.K. Wolf, J. Hagen: Hydrierung
und Carbonylierung mit durch
Ionenstrahlverfahren hergestellten
mono- und bimetallischen
Schalenkatalysatoren. Chem.
Ing. Techn. 2004 (76), No. 11,
1658-1670.
[5] J. Hagen, Chemie Ingenieur Technik 2005
(77), No. 1-2, S. 1-9: Modellierung
und
Simulation von Chemiereaktoren – Aspekte einer zeitgemäßen
Ingenieurausbildung.
[6] H. Bueb, J.-F. Drillet, J. Hagen, V.M.
Schmidt: Elektrokatalytische Hydrierung
in einem Brennstoffzellenreaktor am Beispiel der Acrylsäure. Chem. Ing. Techn.
2005 (77), No. 6, 771-776.
[7] X. Yuan, Z. Ma, H. Bueb, J.-F. Drillet, J.
Hagen, V.M. Schmidt: Cogeneration of
electricity and
organic chemicals using a polymer electrolyte fuel cell.
Electrochimica Acta 50 (2005), 5172-5180.
[8] P. Albers, K. Seibold, G. Prescher, H.
Müller: XPS and SIMS studies of carbon
deposits on Pt/Al2O3 and Pd/SiO2 catalysts applied in the synthesis of
hydrogen cyanide and selective hydrogenation of acetylene, Applied
Catalysis A: General 176 (1999) S. 135-146.
[9] H. Müller et al.: Verfahren zur Herstellung eines Schalenkatalysators,
Patent US
6,992,040, 31. Jan. 2006