Reactor design and optimization are crucial aspects of chemical and biochemical engineering. With the advent of additive manufacturing, advanced reactor geometries are now possible, offering improved operational efficiency and cost-effectiveness. However, due to this extra flexibility, optimizing over these designs is even more challenging. In this talk, we discuss work that integrates computational fluid dynamics (CFD) simulations with a multi-fidelity Bayesian optimization. We introduce an approach that not only recommends optimal reactor configurations and operating conditions but also determines fidelity (level of accuracy of the CFD simulator) levels based on statistical likelihoods and information content, optimizing accuracy and computational efficiency.
The methodology discussed focuses on plug-flow reactors but can be extended to various reactor types. By maximizing plug-flow performance, we identify crucial design characteristics and validate two novel geometries through 3D printing and experimental validation. Through this data-driven optimization of highly parameterized reactors, we aim to establish a framework for next-generation reactors, highlighting how machine learning and advanced manufacturing processes can revolutionize the performance and sustainability of future chemical processes.

Particles shape our world and everyday life: Macroscopic material and product properties are determined by interactions and processes at the microscopic level, such as agglomeration and breakage. When multiple materials come together, the resulting heterogeneous structures (hetero-agglomerates) are more than just the sum of their parts. One example is the microstructure in lithium-ion batteries, where active material and carbon black particles are combined and structured to provide both high capacity and good electrical conductivity. 
Describing these heterogeneous systems poses its own challenges: Under what conditions do hetero-agglomerates form? How can they be characterized? How are the surface properties of a hetero-agglomerate defined? How and when do hetero-agglomerates break? The recently founded research group “Particle Dynamics in Heterogeneous Systems” (www.pdhs-group.com/) aims to answer these questions both theoretically and experimentally.
This talk gives an overview of our current projects and future ideas. It focuses on challenges, solution strategies, but above all on questions that still need to be answered. Selected (more specific) areas include population balance equations (PBE), data integration via machine learning (hybrid models), continuous extrusion of battery slurries, spray flame synthesis, and multi-scale characterization of hetero-aggregates.
Vortragssprache: deutsch

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Wir freuen uns, Sie zur Abschlussfeier der Absolventinnen und Absolventen der Masterstudiengänge 2024/2025 der KIT-Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik am 20. Juni 2025 einzuladen! Dies ist ein besonderes Ereignis und eine großartige Gelegenheit, um die Arbeit und die Leistungen unserer Studierenden und Lehrenden zu feiern.

Die Entwicklung neuer Produkte und Prozesse in der Lebensmittelindustrie ist ein faszinierendes Zusammenspiel von Wissenschaft und Kreativität. Besonders spannend wird es, wenn wir uns die Lebensmittelextrusion ansehen – ein kontinuierliches Verfahren, das verschiedene Unit Operations in einem Verfahrensraum vereint. Prozessschritte wie Pulverdosierung, Mischen von Rohstoffen, Kneten, Aufschmelzen, Kochen und Formen sind entscheidend für die Performance der Endprodukte. Jeder Schritt wird stark von der Mechanik bzw. den Fließeigenschaften der Rohstoffe, der entstandenen Schmelze und des Endprodukts beeinflusst.
Die Mechanik von Lebensmitteln beschäftigt sich mit den physikalischen Eigenschaften und dem Verhalten von Lebensmitteln unter verschiedenen Kräften und Bedingungen. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Verarbeitung, Lagerung, Textur und letztlich die Akzeptanz der Produkte beim Verbraucher. Ein tiefes Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Lebensmitteln ist entscheidend für die Entwicklung und Optimierung von Verarbeitungsprozessen. Insgesamt ist die Mechanik von Lebensmitteln ein komplexes Feld, das eng mit der Lebensmitteltechnologie und -wissenschaft verknüpft ist und entscheidend dazu beiträgt, innovative und qualitativ hochwertige Lebensmittelprodukte zu entwickeln.
In diesem Vortrag wird der Fokus auf die Textur und Fließeigenschaften von Pulvern, Biopolymerschmelzen und Extrudaten gelegt: Vom Rohstoff über den Prozess bis zum fertigen Produkt. In den verschiedenen Schritten liegt der Fokus auf unterschiedlichen Kennwerten. Bei den Pulvern als Rohstoffe ist vor allem die Fließfähigkeit zum korrekten Dosieren von großer Wichtigkeit. Das Fließverhalten der Schmelzen bei unterschiedlichen Temperaturen und Polymerisierungsgraden spielen im Extrusionsprozess eine ebenso große Rolle die Glasübergangstemperaturen. Die Bipolymerschmelzen werden durch eine Düse bestimmter Geometrie und Temperatur gepresst. Hier sind die viskoelastischen Eigenschaften entscheidend, um Prozessparameter zu steuern (wie Druck und Drehmoment) und Strukturen zu erzeugen, die u.a. auf das Dehn- und Expansionsverhalten der Schmelze berühren. Die Textur eines Lebensmittels ist oft entscheidend für seine Akzeptanz beim Verbraucher.  Hierbei spielen Parameter wie Härte, Elastizität, Klebrigkeit und Knusprigkeit eine wichtige Rolle. In extrudierten Lebensmitteln spielt die Bruchmechanik eine wichtige Rolle, wie und warum Lebensmittel unter Belastung brechen. Dies ist besonders wichtig für knusprige und spröde Produkte wie Chips oder Kekse. Wichtige Faktoren sind hier die Bruchfestigkeit, also die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht, und die Bruchzähigkeit, die Fähigkeit eines Materials, Energie aufzunehmen und zu verteilen, bevor es bricht.