Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMDie Optimierung von Produkten und Prozessen in der Trenntechnik und chemischen Reaktionstechnik (z.B. Filter, Festbettreaktoren) ist eine Herausforderung, nicht zuletzt wegen der skalenübergreifenden Wechselwirkungen zwischen Fluidströmungen und physikalischen/chemischen Vorgängen. Um Forschung und Entwicklung auf diesen Gebieten zu unterstützen, bieten wir problemangepasste Simulationssoftware, -dienstleistungen und Beratung für die folgenden Anwendungsfelder:
Filtersimulation mit FiltEST.
FiltEST
Kompetenzen zur Modellierung und Simulation von Filtrationsprozessen bündeln wir in unserem Filter Element Simulation Tool (FiltEST).
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Simulation Deformation von Filtern.
Verformung von Filtermedien
Wir arbeiten seit vielen Jahren an der adäquaten Modellierung und Simulation der Verformung von Filtermaterialien.
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Simulation mit PoreChem. Die Software simuliert den Fluss, Transport und Reaktionen chemisch reaktiver gelöster Stoffe in aufgelösten porösen Medien.
PoreChem
Die Simulation des reaktiven Stofftransports in porösen Medien lösen wir mit unserem Softwarepaket PoreChem. Es simuliert den Fluss, Transport und Reaktionen chemisch reaktiver gelöster Stoffe in aufgelösten porösen Medien.
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Filtersimulation
Optimieren von Faltenfiltern mit digitalem Zwilling
Gefaltete Filter bieten eine große Filteroberfläche bei vergleichsweise geringem Platzbedarf. Digitale Zwillinge optimieren dank unserer Simulationen auch gefaltete Filter.
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Filtration, Separation und Reaktiver Transport
Filtration
FiltEST (Filter Element Simulation Tool) ist unsere einsatzfertige Simulationssoftware für Filtrationsanwendungen. Mit ihr lassen sich digitale Zwillinge von mehrlagigen Filtermedien, Filterfalten sowie ganzen Filterbauteilen erstellen und Produkteigenschaften wie Filtereffizienz, Standzeit und Schmutzaufnahmekapazität vorhersagen.
Zudem bieten wir Dienstleistungen zur simulationsgestützten Optimierung von Faltenfiltern im Hinblick auf Differenzdruck und Standzeit.
In immer mehr Anwendungen ist die strömungsinduzierte Verformung von Filtermedien nicht mehr vernachlässigbar. Für diese Fälle entwickeln wir Modelle und gekoppelte Methoden zur Simulation von Fluid-Porösen-Struktur-Interaktionen (FPSI). Zusätzlich lässt sich der Einfluss der fertigungsbedingten Kompression des Filtervliesstoffs (z.B. beim Plissieren) auf Filtrationsleistung und Standzeit in der Simulation berücksichtigen.
Um die Wirksamkeit von Schutzmasken zuverlässiger einzuschätzen, verbessern wir kontinuierlich die simulationsbasierte Vorhersage der Aerosolausbreitung für typische Innenraumszenarien. Zudem entwickeln wir Computermodelle für die gesamte Prozesskette von der Vliesstoffherstellung bis zum fertigen Produkt, um die Verfügbarkeit von qualitativ hochwertiger persönlicher Schutzausrüstung zu verbessern.
Separation
Wir entwickeln Modelle und Methoden zur Simulation und Optimierung einer Reihe von Separationstechniken wie z.B. der Sedimentation von Feststoffpartikeln in verdünnten Suspensionen.
Ein flexibel anwendbares und schonendes Trennverfahren ist die Feldflussfraktionierung. Für industrielle Anwendungen haben wir u.a. die Asymmetrische-Fluss- und die Elektrische-Feldflussfraktionierung (AF4, EFFF) modelliert und Simulationen durchgeführt.
Ein weiteres Arbeitsgebiet sind chromatographische Trennprozesse: Hier modellieren und simulieren wir u.a. die Chromatographie mit spährischen Beads oder von Zellen.
Reaktiver Transport
Unsere Software PoreChem ist auf die Simulation von reaktiven Transportvorgängen auf der Porenskala spezialisiert. Sie berechnet den Stofftransport im Porenraum und berücksichtigt dabei Vorgänge wie Abscheidung, Adsorption oder allgemein chemische Reaktionen mit anderen Stoffen. Eine ebenfalls interessante Anwendung ist die simulative Vorhersage von Reaktionskinetiken in Speichergesteinen.
Durch gekoppelte Simulationen können die Vorgänge unter Berücksichtigung von Einflussgrößen wie z.B. der Temperatur detailliert untersucht und hinsichtlich Effizienz, Umsatz und Selektivität verbessert werden. Ferner ist für viele Anwendungen ein Upscaling auf Bauteilebene möglich.