Multifunktionale Bauteile automatisch entstehen lassen in Forschung und industrieller Umsetzung
Bauteile, die in der Anwendung komplexe, miteinander verknüpfte Funktionalitäten erzeugen, sind oft im Design kompliziert und benötigen eine präzisen Auslegung. Am Beispiel von Prozesstechnik-Bauteilen zeigen wir neue Konzepte für ein automatisiertes Design.
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Energieeffiziente Stofftrennung durch Auskondensation aus dem heißen Gasstrom: Integration von Wärmeaustausch mit Wiederaufheizung, gekühltem porösem Aerosolabscheider, Gas-Flüssig-Trennung und Unterkühlung in nur einem Bauteil, zur Separierung von Methanol/Wasser und von H2/CO2 bei 50 bar (druckgeprüft bis 300 bar). Copyright: Siemens AG, KIT-IKFT -
Copyright: Karlsruher Institut für Technologie -
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Hochintegrierte Anlagen mittels Additiver Fertigung (AM) steigern die Effizienz von Hochdruck-P2X-Reaktionen wie der Methanolsynthese. Ein digitaler Engineering-Workflow verbindet Prozesssimulation, generative 3D-Konstruktion und Optimierungstools für maßgeschneiderte Komponenten. Das Projekt 3D-PROCESS untersuchte zwei Ansätze: (1) Reaktordesign mittels thermodynamischer Modellierung und katalytischer Kinetik (Rhinoceros/Grasshopper) und (2) parametrisierte Trenntechnik (NX CAD) mit Wärmeübertragungsmodellen. Die digitale Toolchain integriert FEM (Strukturspannung), CFD (Strömungs-/Thermoverhalten) und Prozesssimulationen. Ein automatisiertes Reaktordesign-Tool verkürzte die Entwicklungszeit auf ~50 Minuten durch Umwandlung von Eingaben (Druck, Temperatur, Katalysatoreigenschaften) in optimierte 3D-Geometrien. Prototypen, darunter ein kompakter Separator mit integriertem Wärmetauscher und Sensoren, wurden im Labor erfolgreich getestet. AM-poröse Metallstrukturen intensivieren Prozesse und reduzieren Montagekomplexität. Gefördert vom Bundeswirtschaftsministerium, zeigt das Projekt, dass digitale Zwillinge und AM skalierbare, individualisierte Chemieanlagen ermöglichen. Dieser Ansatz fördert Zirkularität durch simulationsgestütztes Design und agile Fertigung für nachhaltige Methanolproduktion.
Vortragssprache: ENG
Referent*innen (2)
Prof. Dr.-Ing. Christoph Klahn
Tenure Track Professor, Karlsruher Institut für Technologie
