Lehre

Ein breites Spektrum an Vorlsungen und Praktikum aus den Bereichen chemischer Stoffumwandlung im industriellen Maßstab sowie angewandte Materialwissenschaften zählen zu den Lehrangeboten des ITC.

Das Fach Technische Chemie im Chemiestudium

Das Fach Technische Chemie behandelt die Grundlagen und die praktische Ausführung chemischer Stoffumwandlungen im industriellen Maßstab sowie angewandte Materialwissenschaften. Es führt die Studentinnen und Studenten in Lehre und Forschung an ihre spätere Berufstätigkeit in der chemischen Industrie heran.

Links zur Lehre

Schwerpunkte in der Lehre sind:

  • die Stofftrennung und Stoffaufbereitung (mechanische und thermische Grundverfahren),
  • die Theorie und Praxis chemischer Reaktoren (chemische Reaktionstechnik),
  • die Beschreibung ausgewählter, ökonomisch bedeutender und technisch besonders interessanter Produktionsverfahren,
  • die heterogene Katalyse,
  • Darstellung des Rohstoff- und Energiebedarfs der chemischen Industrie und des Wandels auf diesen Sektoren,
  • industrielle Chemie und Umweltschutz,
  • Nutzung von modernen Hochleistungs-Feststoffen (z.B. von Zeolithen und Metall-organischen Gerüstverbindungen) in der Technik

Das Technisch-Chemische Praktikum ist ein Wahlmodul.

Die moderne technische Chemie bedient sich der Arbeitsmethoden der angewandten physikalischen Chemie, aber auch der anorganischen und organischen Chemie. Sie nutzt ferner Methoden angrenzender Disziplinen der Ingenieur- und Naturwissenschaften, etwa der Verfahrenstechnik, der Physik oder der angewandten Mineralogie.

Vorlesungen Studiengang Bachelor Chemie

1. Einführung in die chemische Reaktionstechnik

1.1 Übergeordnete Ziele

1.2 Inhalte der Reaktionstechnik

2. Grundbegriffe der Reaktionstechnik

2.1 Allgemeine Definition von Reaktionssystemen

2.2 Allgemeine Definition von Reaktoren

2.3 Quantitative Beschreibung von Reaktionen mit lokalen Größen

2.4 Quantitative Beschreibung von Reaktionen mit integralen Größen

3. Thermodynamik

3.1.1 Hauptsatz und Anwendung in der Reaktionstechnik

3.2.2 Hauptsatz und Anwendung in der Reaktionstechnik

4. Stöchiometrie

4.1 Grundgleichung der Stöchiometrie

4.2 Elementbilanz (Bilanzierbarkeit)

5. Kinetik chemischer Reaktionen (Mikrokinetik)

5.1 Typen kinetischer Ansätze

5.2 Irreversible Reaktion n-ter Ordnung

5.3 Reversible Reaktion

5.4 1,1-Folgereaktionen

5.5 1,1-Parallelreaktionen

5.6 Reaktionsnetzwerke

6. Typen chemischer Reaktionsapparate

6.1 Homogene Reaktion in flüssiger Phase

6.2 Homogene Reaktion in Gasphase

6.3 Heterogen katalysierte Reaktionen

6.4 Gas/Flüssig-Reaktionen

7. Berechnung chemischer Reaktoren

7.1 Stoffbilanzen (isothermer Reaktoren)

7.1.1 Diskontinuierlicher, idealer Rührkessel (BSTR)

7.1.2 Kontinuierlicher, idealer Rührkessel (CSTR)

7.1.4 Kontinuierliches, ideales Strömungsrohr (PFTR)

7.1.5 Vergleich und Diskussion idealer Reaktoren

7.2. Wärmebilanzen (nicht-isothermer Reaktoren)

7.2.1 Diskontinuierlicher, idealer Rührkessel (BSTR)

7.2.2 Kontinuierlicher, idealer Rührkessel (CSTR)

7.2.4 Kontinuierliches, ideales Strömungsrohr (PFTR)

8. Verweilzeitverteilung

8.1 Definition

8.2 Experimentelle Bestimmung

8.3 Verweilzeitverteilung idealer Reaktoren

8.4 Verweilzeitverteilung realer Reaktoren

9. Reaktionstechnik heterogen katalysierter Reaktionen

Wahlpflichtmodul im Forschungsprofil „Advanced Synthesis and Catalysis“, Master Chemie, 3. Semester

 10. Mikroreaktionstechnik

1. Einleitung: Zur Problematik der Beschreibung chemischer Verfahren, der Bedeutung von Grundoperationen, sowie deren prinzipielle Beschreibung.

2. Mechanische Verfahren: Zerkleinern, Agglomerieren, Mischen, und Trennen.

3. Einführung in Fluide Systeme

4. Grundlagen des Wärmetransports

5. Thermische Trennverfahren

6. Trennung mittels Extraktion

7. Trennung mittels Sorption

8. Rückblick und Zusammenfassung

Das Praktikum besteht aus sechs Einzelversuchen mit Themengebieten aus den Vorlesungen zu Mechanischen und Tehermischen Grundoperationen und der Chemischen Reaktionstechnik.

Die Versuche sind:

  1. Thermische Trennung flüssiger Gemische
  2. Extraktion
  3. Thermische Trennung von Gasen und die heterogen katalysierte Isomerisierung von n-Hexan
  4. Wärmetransport
  5. Verweilzeit-Verteilungscharakteristika von Reaktoren
  6. Photoreaktoren

 

Masterstudium

1. Einführung

1.1. Gliederung

1.2. Literaturempfehlungen

1.3. Normfließbilder

1.4. Klassifizierung chemischer Produkte und Verfahren

1.5. Wirtschaftliche Aspekte

1.6. Chemische Industrie: Trends, Fakten, Zahlen

2. Rohstoffe der chemischen Industrie

2.1. Definitionen

2.2. Reichweite und Verfügbarkeit (Erdöl, Erdgas, Kohle)

2.3. Entstehung, Exploration und Förderung (Erdöl, Erdgas, Kohle)

3. Erdölverarbeitung Teil I: Kraftstoffraffinerie

3.1. Allgemeines

3.2. Produkte der Kraftstoffraffinerie

3.3. Rohöldestillation

3.4. Katalytisches Cracken (Fluid Catalytic Cracking)

3.5. Hydrocracken

3.6. Hydrotreating

3.7. Claus-Prozess

3.8. Katalytisches Reformieren

3.9  Trends in der Kraftstoffraffinerie

3.10 Raffineriekapazitäten

4. Erdölverarbeitung Teil II: Petrochemische Raffinerie

4.1. Allgemeines

4.2. Thermisches Cracken (Steamcracken)

4.3. Thermisches Cracken (Hochtemperaturpyrolyse)

4.4. Verwendung der petrochemischen Grundchemikalien

5. Erdgasverarbeitung

5.1. Steamreforming (Synthesegaserzeugung)

5.2. Methanol-Synthese

5.3. Methanol-to-Hydrocarbons

5.4. Fischer-Tropsch-Synthese

6. Kohleverarbeitung

6.1. Kohleentgasung (Verkokung/Verschwelung)

6.2. Kohlevergasung

6.3. Kohlehydrierung

6.4. Acetyen-Erzeugung

6.5. Grundchemikalien auf Basis von Kohle

7. Anorganische Grundchemikalien

7.1. Anorganische Schwefelverbindungen

7.2. Anorganische Stickstoffverbindungen

7.3. Chlor und Natronlauge

1. Einführung

1.1. Bedeutung und Einordnung der heterogenen Katalyse

1.2. Beispiel: Selektivoxidationen

1.3. Strategien der Katalysatorentwicklung

1.3.1. Wissensbasiert

1.3.2. Empirisch

1.4. Literaturempfehlungen

1.5. Vorlesungsgliederung 

2. Wechselwirkung von Molekülen mit Festkörperoberflächen

2.1. Sorption

2.1.1. Physisorption

2.1.2. Chemisorption

2.2. Molekulare Betrachtung

2.2.1. Energetische Faktoren

2.2.2. Sterische Faktoren

2.2.3. Elektronische Faktoren

2.3. Beispiele

2.3.1. Aktivierung von H2O2 an TS-1

2.3.2. CO-Oxidation an Ru

3. Mikrokinetik

3.1. Ableitung von Reaktionsgeschwindigkeitsansätzen

3.1.1. Methoden

3.2. Allgemeine Beispiele

3.2.1. Monomolekulare heterogen katalysierte Reaktionen

3.2.2. Bimolekulare heterogen katalysierte Reaktionen

3.3. Modelldiskriminierung

3.4. Konkrete Beispiele

3.4.1. N2O-Zersetzung

3.4.2. CO-Oxidation

3.4.3. Ethen-Epoxidation

4. Katalysatordeaktivierung

4.1. Phänomenologie der Deaktivierung

4.2. Deaktivierungsmechanismen

4.2.1. Vergiftung

4.2.2. Verkokung

4.2.3. Sinterung

4.2.4. Austrag über die Gasphase

4.3. Beispiele

4.4. Verringerung der Deaktivierung und Regenerierung

  1. Motivation und Einführung
  2. Herstellungsverfahren und "Mikroeffekte"
  3. Ein- und mehrphasige Prozessführung in mikrostrukturierten Reaktoren
  4. Beispiel aus dem Institut: Ethoxylierung im Mikrostrukturreaktor
  5. Intensivierung des Wärme- und Stoffübergangs
  6. Mehrphasenreaktionen in Mikrostrukturreaktoren
  7. Photoreaktionen in Mikrostrukturreaktoren
  8. Potentiale mikrostrukturierter Reaktoren – stark exotherme Reaktionen
  9. Potentiale mikrostrukturierter Reaktoren – stoffübergangsempfindliche Reaktionen
  10. Auslegungsaspekte
  11. Beispiel aus dem Institut: Photoreaktionen in Mikrostrukturreaktor
  12. Anwendungsbeispiel aus der Literatur
  13. Anwendungsbeispiel aus der Literatur
1. Einführung

1.1. Historisches

1.2. Definitionen

 1.2.1. Reaktionsgeschwindigkeitsgrößen

 1.2.2. Zeitgrößen

1.3. Feste Katalysatoren

1.3.1.   Klassifizierung

1.3.2.   Herstellung

1.3.3.   Textur

2. Katalysatorscreening

2.1. Prinzipielle Vorgehensweisen

2.2. Umsatzgrad-Probleme

 2.2.1. Irreversible Reaktionen

 2.2.2. Reversible Reaktionen

2.3. Selektivitätsprobleme

2.4.Übung

3. Mikrokinetik

3.1. Vorüberlegungen

3.1.1. Einführung der Belegungsgrade

3.1.2. Langmuir-Isotherme

3.2. Kinetik monomolekularer Reaktionen

3.3. Kinetik bimolekularer Reaktionen

3.4 Sonderfälle

3.4.1 Dissoziative Adsorption

3.4.2 Bifunktionelle Katalysatoren

3.5. Beispiele

3.5.1. N2O-Zersetzung

3.5.2. Hydrierende Entschwefelung

3.5.3.CO-Oxidation

3.5.4. Ethen-Epoxidation

4. Makrokinetik

  4.1. Einführung

  4.2. Äußerer Stofftransport (Filmdiffusion)

  4.3. Innerer Stofftransport (Porendiffusion)

  4.4. Überlagerung von Transportphänomenen

5. Reaktoren für heterogen-katalysierte Gasphasen-Reaktionen 

5.1. Laborreaktoren

5.2. Industrie-Reaktoren

  1. Einführung in die Prinzipien und die Fachbegriffe der Charakterisierung
  2. Mikroskopische Methoden
  3. Elektronen- und Ionenspektroskopie
  4. Diffraktionsmethoden
  5. Sorptionsmethoden
  6. Thermische und Gravimetrische Methoden
  7. Schwingungsspektroskopie
  8. Spektroskopie elektronischer Übergänge
  9. Festkörper-NMR-Spektroskopie
  10. Röntgenenabsorptionsspektroskopie (XAS)
  11. Testreaktionen
  12. Die Kombination von Methoden
  1. Einleitung
  2. Strukturen von Metallkatalysatoren

            2.1 Metallkristallstrukturen

            2.2 Metalloberflächenstrukturen

            2.3 Oberflächendefekten

  1. Methoden der Oberflächenchemie

            3.1 Niedrigenergie Elektronendiffraktion (LEED)

            3.2 Röntgenphotoelektronen Spektroskopie (XRD)

            3.3 Auger-Elektronenspektroskopie (AES)

            3.4 Hoch-Auflösenden Elektronen Energieverlust Spektroskopie (HREELS)

  1. Elektronischenstruktur von Metallen

            4.1 Dipolschichten und Arbeitsfunktionen

            4.2 Density-of-States Diagramme

            4.3 Oberflächenenergie

            4.4 Wulff-Konstruktionen und Nanopartikelstrukturen

  1. Adsorption und Super-lattice Bildung

            5.1 Einleitung zur Chemisorption

            5.2 Superlattice Strukturen

            5.3 Enthalpie der Chemisorption

            5.4 Chemisorption Beispiel: CO

            5.5 Chemisorption Beispiel: H2

  1. Reaktionsbeispiel: Ethylenhydrierung mit Pt Katalysatoren
  2. Reaktionsbeispiel: Ammoniaksynthese mit Fe Katalysatoren
  3. Reaktionsbeispiel: CO Oxidation mit Pd
  4. Redoxaktiven Metalloxide: Mars-van-Krevelen Oxidationen mit V2O5
  5. Surface Organometallic Chemistry

            10.1 Einleitung

            10.2 Surface Structures of SiO2 and Al2O3

            10.3 Immobilization on silica and alumina

  1. Methods of SOMC

            11.1 Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS)

            11.2 Festkörper NMR

            11.3 IR Spektroskopie

  1. Beispiele aus SOMC

            12.1 Philipps Katalysator für Ethylen-Polymerisierung

            12.2 Alkanmetathese mit Metallhydride

  1. Molekulare Heterogene Katalyse

            13.1 Einleitung

            13.2 Linkerchemie

            13.3 Bindung an der Oberfläche

            13.4 Oberflächeneffekten 

Abschlussarbeiten und Forschungspraktika

Kontakt

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Elias Klemm

Prof. Dr.-Ing.

Institutsleiter

Claudia Oppong Peprah

 

Assistenz der Institutsleitung

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