Was ist Verfahrenstechnik?

– Und was hat sie mit Smoothies zu tun?

Die Experimente dieser Smoothie-Mission haben dir gezeigt, dass Inhalte der Studiengänge Verfahrenstechnik oder Chemie- und Bioingenieurwesen gar nicht so weit weg sind von Erfahrungen, die du in der Küche machen kannst. Das unten stehende Fließbild zeigt noch einmal die Zusammenhänge in der Übersicht. Durch Klicken auf das Bild wird die Übersicht noch größer.

Was ist Verfahrenstechnik?

Definition

Verfahrenstechnik ist die ingenieurwissenschaftliche Disziplin, die sich mit der Entwicklung und Optimierung von Prozessen zur Stoffumwandlung befasst. Dabei ändern sich Zusammensetzung, Art oder Eigenschaften der Stoffe. Diese Umwandlung erfolgt gezielt in mehreren Schritten und kann sowohl chemische, physikalische als auch biologische Prozesse umfassen. Ziel ist es Produkte herzustellen, die spezifische Eigenschaften und Qualitäten aufweisen. Dabei liegt ein großer Fokus auf der Effizienz der Prozesse um sie wirtschaftlich und nachhaltig zu gestalten.

Prozessablauf

Der Prozess der Stoffumwandlung wird typischerweise in zwei Hauptphasen unterteilt:

Upstream-Prozesse: Diese beinhalten die Vorbereitung und Behandlung der Rohstoffe. Hierzu gehören Schritte wie das Mahlen, Mischen, Lösen, Auftrennen oder generelles Vorbereiten der Ausgangsmaterialien.

Downstream-Prozesse: Diese umfassen die Aufarbeitung und Veredelung der Zwischen- und Endprodukte. Dazu gehören Auftrennung von Produktgemischen, Aufreinigung, Trocknung und Verpackung.

Etwas anschaulicher bitte?

Die Verfahrenstechnik lässt sich anschaulich mit einer Küche oder einem Labor vergleichen. In einer Küche werden Zutaten (Rohstoffe) durch verschiedene Kochtechniken (Verfahren) in Gerichte (Produkte) umgewandelt. Hierbei müssen die einzelnen Schritte präzise aufeinander abgestimmt sein, um ein gelungenes Endprodukt zu erhalten. Schritte im Upstream umfassen z. B. das Waschen und Schneiden der Zutaten während Downstream z. B. Gewürzbeutel entfernt werden, mit Schnittlauch garniert oder einfach angerichtet und serviert wird.

Ein wesentlicher Aspekt der Verfahrenstechnik ist aber das sogenannte Scale-Up, also die Übertragung der Prozesse von kleinen Labor- oder Pilotanlagen (private Küche) auf großtechnische Produktionsanlagen (Mensa/Kantine). Dieser Schritt ist besonders herausfordernd, da sich Prozesse nicht immer linear verhalten und spezielle Anpassungen erfordern, um in größerem Maßstab sicher, effizient und wirtschaftlich zu funktionieren.

Die Verfahrenstechnik eine Schlüsseltechnologie, die in vielen Industrien Anwendung findet, darunter Chemie, Pharmazie, Lebensmitteltechnik und Umwelttechnik. Sie ermöglicht die effiziente und nachhaltige Herstellung von Produkten, die aus unserem täglichen Leben nicht wegzudenken sind.

Übersicht der verschiedenen Bereiche der Verfahrenstechnik

1. Chemische Verfahrenstechnik

Grundoperationen/Aufgaben:

Auslegung von Reaktoren
Entwicklung von Katalysatoren
Optimale Reaktionsbedingungen ermitteln (Druck, Temperatur, Konzentration, Reaktionszeit, Katalysator, Reaktionskinetik)

Anwendungen in der Industrie:

Synthese von Chemikalien (z. B. Ammoniaksynthese für Düngemittel)
Petrochemie (z. B. Cracken von Erdöl)
Herstellung von Polymeren (z. B. Polyethylen und Polypropylen)
Produktion von Feinchemikalien und Pharmazeutika

2. Biotechnologische Verfahrenstechnik

Grundoperationen/Aufgaben:

Fermentation: Nutzung von Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze)
Optimale Fermentationsparameter ermitteln (pH-Wert, Temperatur, Sauerstoffversorgung)
Entwicklung und Einsatz von Enzymen für die Produktion spezifischer Produkte