Charakterisierung und Modellierung von Dampfdrücken wässriger Salzlösungen zur Evaluierung der Konzentrataufbereitung mittels Membrandestillation

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist das größte Solarforschungsinstitut Europas. Mit unseren derzeit rund 1.100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern betreiben wir anwendungsorientierte Forschung für die technische Nutzung der Solarenergie und entwickeln Materialien, Systeme und Verfahren für eine nachhaltige Energieversorgung.



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Unternehmen
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Abschlussart
Bachelorarbeit / Masterarbeit / Diplomarbeit
Branche
Forschung und Entwicklung
Anforderungen
Was Sie erwartet

Aufgrund der vielerorts zunehmenden Verknappung der Ressource Wasser sind neue Konzepte und Technologien erforderlich, die sowohl im kommunalen als auch industriellen Bereich erhebliche Wassereinsparungen ermöglichen und steigende Umweltbelastungen reduzieren. In diesem Zusammenhang ergibt sich zunehmend die Notwendigkeit Technologien zur Behandlung von hochkonzentrierten Lösungen wie z.B. Salzlösungen einzusetzen. Als besonders attraktiver und innovativer Ansatz im Bereich der thermischen Separation wurde in den vergangenen Jahren das Membrandestillationsverfahren (MD) weiterentwickelt. Dieses ist in besonderem Maße für die Aufbereitung hochkonzentrierter Salzlösungen und anorganischer Säuren als auch zur Herstellung von hochreinem Produktwasser geeignet. Bei der MD werden hydrophobe, mikroporöse Polymermembranen als Trennschicht zwischen Speisewasser und Permeat eingesetzt. Der Dampfraum lässt sich aufgrund der geringen Dicke der Membranen (30-500µm) auf ein Minimum reduzieren, wodurch sehr große Austauschflächen bei kleiner Anlagengröße realisiert werden können. Die Membranmodule können ausschließlich aus polymeren Werkstoffen industriell hergestellt werden, was ein erhebliches Kostensenkungspotential im Vergleich zu herkömmlichen Verdampferanlagen aus Metall bietet. Auch ist theoretisch eine Aufkonzentration bis an die Sättigungsgrenze und damit ein Einsatz in Zero Liquid Discharge (ZLD) Systemen möglich. Durch eine entsprechende Konfiguration und modulare Verschaltung der Membranmodule können auch für kleine Anlagen effiziente Wärmerückgewinnungskonzepte kostengünstig realisiert werden. Hierdurch entstehen neue Möglichkeiten zur Abwasserbehandlung, Rohstoffrückgewinnung und letztendlich zu Schließung der internen Wasserkreisläufe.

Am Fraunhofer ISE wird seit über 10 Jahren an der Entwicklung von Membrandestillationsprozesse und Anlagen mit Schwerpunkt auf die Anwendung der energieautarken Trinkwasserversorgung gearbeitet. Durch den starken Einfluss der Feedkonzentration auf die Modulleistungsfähigkeit ergibt sich eine besondere Herausforderung in der Anpassung der Modulgestalt auf deren Einsatz zur Behandung von Konzentraten. Die thermodynamische Auslegung und Optimierung der Module erfolgt durch den Einsatz eines Simultionsmodells, welches zentral auf der Berrechnung von lokalen Dampfdruckdifferenzen als Prozesstriebkräfte basiert. Die Kenntnis der Dampfdrücke ist damit eine wesentliche Voraussetzung zur Durchführung der Rechnungen. So sind zwar die Dampfdrücke zu Meerwasser oder einfachen Salzlösungen hinreichend bekannt, doch gerade im Bereich hochkonzentrierter Lösungen, Vielstofflösungen oder schlicht unbekannter Lösungszusammensetzungen ist eine zielorientierte Anwendung der Modelle schwierig, da keine Informationen zu den Dampfdrücken verfügbar sind.Als wichtiges Forschungsthema wurde daher die experimentelle Erfassung von Dampfdruckkurven beliebiger Lösungen zur Ableitung eigener Dampfdruck-Korellationen bzw. zur Validierung theoretischer Ansätze zur Dampfdruckmodellierung identifiziert.Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll hier ein experimentelles Verfahren zur Dampfdruckmessung entwickelt und vielseitig zu o.g. Fragestellungen eingesetzt werden.

Ihre Aufgaben sind:
-Einarbeitung in die Grundlagen der thermischen Separation, speziell der Membrandestillation
-Einarbeitung in die Grundlagen zu Dampfdrucken sowie deren experimentelle Bestimmung
-Entwicklung und Aufbau einer Messvorrichtung zur experimentellen Bestimmung von Dampfdrücken
-Experimentelle Bestimmung von Dampfdruckkurven verschiedener Lösungen (wie z.B. reines Wasser, einfache Modelllösungen, komplexe Modelllösungen, echte Mehrstoffgemische aus der Praxis)
-Validierung theoretischer Ansätze zur Dampfdruckbestimmung
-Anwendung der neuen Dampfdruckkorellationen im vorhandenen Simulationsmodell
-Validierung der Simulationsrechnungen mit Experimenten an vorhandenem -MD-Membrantestzellensystem

Was Sie mitbringen
-Technisches oder naturwissenschaftliches Studium
-Grundlagen in Wärme- und Stoffübertragung
-Interesse an experimentellem Arbeiten
-Teamfähigkeit
-Gute MS-Office-Kenntnisse
-gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift
-Die Tätigkeit ist für 6 Monate ausgelegt
Zusatzinformationen
Fragen zu dieser Position beantwortet gerne
Daniel Winter, Tel.: +49 (0)761 45 88-53 53

Bitte beziehen sich dabei auf Thesius.

Bitte richten Sie Ihre Bewerbung unter Angabe der Kennziffer an:
Daniel.Winter@ise.fraunhofer.de
(Anschreiben, CV und Zeugnisse in einempdf-Dokument mit max. 10 MB)
http://www.ise.fraunhofer.de
Kennziffer: ISE-2016-235



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