Fasergekoppelte Raman-Spektroskopie zur effizienten Charakterisierung von Dampf-Flüssig-Gleichgewichten: RaceVLE

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Jürgen Koß
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471272247

Präzise Stoffdaten bilden die Grundlage der modernen modellbasierten Prozessentwicklung. Der Mangel an adäquaten Daten zu Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichten (VLE) stellt einen gravierenden Engpass in der Prozessentwicklung dar. Um die Gründe dazu auf den Punkt zu bringen: Aktuelle Simulationswerkzeuge sind oft ungenau, während gängige experimentelle Methoden komplex, umständlich und ressourcenineffizient sind.Dieses Projekt dient der Entwicklung eines neuen Geräts zur schnellen und effizienten Messung von Multikomponenten-VLE-Daten durch optische, laserbasierte Raman-Spektroskopie (RS). VLE werden in einer optisch zugänglichen statischen Gleichgewichtszelle gebildet und nicht-invasiv mittels RS charakterisiert. Dieser Ansatz bietet einige Vorteile, die wir bereits in vorangegangenen Arbeiten nachweisen konnten. Dazu gehören kurze Messzeiten, minimaler Substanzverbrauch, sowie der Entfall der physischen Probenahme.Um die Techniken als neue Standardmethode zur Bereitstellung von VLE-Daten zu etablieren, sehen wir die Notwendigkeit unseren vorhandenen Aufbau weiterzuentwickeln. Das derzeitige Design erfordert teure optische Komponenten, optische Labore und Fachkräfte mit weitreichenden Optikkenntnissen. Diese Faktoren hemmen die breite Anwendung dieser vielversprechenden Technik.Das zentrale Ziel dieses Projekts ist es daher, die Barrieren und Voraussetzungen zu senken, um die Zugänglichkeit zur Technologie zu erhöhen. Dabei steht die Entwicklung eines kompakten Demonstrators im Mittelpunkt, um den Weg für eine weite Verbreitung oder sogar Kommerzialisierung der Technik zu ebnen. Die Schlüsselstrategien dazu sind Vereinfachung, Automatisierung, Modularisierung und Zuverlässigkeit. Diese vier Elemente werden in diesem Projekt mit unterschiedlichen Mitteln adressiert. Der optische sowie der mechanische Aufbau werden vereinfacht. So werden z.B. freie Lichtpfade durch Fasern ersetzt, was die Robustheit erhöht und den Einsatz außerhalb von speziellen Laserlaboren ermöglicht. Speziell optimierte Signalerzeugungs- und Detektionspfade für die einzelnen VLE-Phasen führen zu hochwertigen Raman-Spektren, was eine präzise Quantifizierung der Phasenzusammensetzungen ermöglicht. Die Messroutine wird automatisiert, inkl. der Beladung des Geräts, der Kontrolle des Äquilibrierungsprozesses sowie der Aufnahme und Auswertung der Raman-Messungen.Der resultierende Demonstrator wird intern für die Bereitstellung von VLE-Daten genutzt, z.B. innerhalb unseres DFG-Exzellenzclusters, dem RWTH Fuel Science Center (FSC). Forschungs- und Entwicklungsabteilungen in der Industrie oder im akademischen Bereich, die an VLE-Daten interessiert sind (siehe beiliegendes Unterstützungsschreiben), profitieren von unseren zu erwartenden Open-Source-Publikationen zur Apparatur sowie zu neuen VLE-Daten, die in der Endphase dieses Projekts gewonnen werden.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung
• Mitverantwortlich: Leo Alexander Bahr