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Dr.-Ing. Alexander Holbach

Dr.-Ing. Alexander Holbach Photo of Dr.-Ing. Alexander Holbach

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Kurzlebenslauf

Alexander Holbach studierte seit 2005 Bioingenieurwesen an der Technischen Universität Dortmund. Das Studium beendete er mit der Diplomarbeit „Thermische Konvektionen und deren Stabilität in rotierenden, dünnen Tropfen“. Von Juli 2011 bis Dezember 2014 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe ApparateDesign der Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen und beschäftigte sich während seiner Promotion mit der Untersuchung von Mehrphasenströmungen in der Mikroverfahrenstechnik.

Forschungsgebiete

1. Flüssig/Flüssig-Strömungen in mikrostrukturierten Kanälen

Auf der molekularen Ebene laufen schnelle Reaktionen in der Zeitspanne von 10-13 bis 10-12 Sekunden ab, während sie in makroskopischen Apparaten Minuten oder Stunden dauern. Auf diese Diskrepanz wird in der Mikroverfahrenstechnik eingegangen und versucht, im Reaktor den optimalen Raum mit einer angepassten Prozessführung zu gewährleisten. Dabei wird durch die Vergrößerung des Oberflächen/Volumenverhältnisses der Stoff- und Wärmetransport wesentlich verbessert. Stofftransport-limitierende Prozesse in zweiphasigen flüssig/flüssig-Systemen können somit deutlich beschleunigt werden. Dies führt bei Upstream-Prozessen zu einer höheren Selektivität, Ausbeute und Produktqualität und bei Downstream-Prozessen zu einer schnelleren und Ressourcen-schonenden Umsetzung.

In mikrostrukturierten Kanälen sind dabei mehrere flüssig/flüssig-Strömungsformen möglich. Zwei, die in dieser Arbeit näher untersucht werden sollen, sind die Pfropfen- (slug-flow) und die Tropfenströmung (drop-flow). In der Pfropfenströmung bilden sich aufgrund der Scherkräfte zur Wand Wirbel (Taylor-Wirbel) in den jeweiligen Phasen aus. In der Tropfenströmung ist die Konvektion der kontinuierlichen Phase je nach Größe der Tropfen und des Kanals entweder durch ein laminares Strömungsprofil oder durch Taylor-Wirbel geprägt. [Holbach et al., GPS, 2, 2013] [Scheiff et al., CET, 36, 2013]

tropfenstrmung2

Abb. 1: Schematische Darstellungen der Pfropfenströmung (links) und der Tropfenströmung (rechts)

2. Prozessintensivierung der Gegenstromextraktion in miniaturisierten Kolonnen

Für die Prozessintensivierung der Gegenstromextraktion wurde eine neue millistrukturierte Kolonne entwickelt (siehe Abbildung). Sie hat einen Innendurchmesser von 15 mm und wird gerührt-pulsiert betrieben. Die einzelnen Zellen der Kolonne sind gerührt, um eine große spezifische Grenzfläche und einen guten Stofftransport zu realisieren. Durch einen stark ausgeprägten Koaleszenzbereich an den Böden wird die Rückvermischung zwischen den Zellen vermindert. Das Aufbrechen des Koaleszenzbereiches geschieht über kontinuierliches Pulsieren der Flüssigkeitssäule. [Holbach et al. CEP, 80, 2014]

In der millistrukturierten Kolonne wird unter anderem die enantioselektive Extraktion untersucht. Die enantioselektive Extraktion (ELLE) stellt neben den bestehenden Verfahren der Racematspaltung, wie SMB-Chromatographie oder Kristallisation, eine kostengünstige und flexible Alternative dar. Die verfahrenstechnische Herausforderung bei der ELLE besteht darin viele Gleichgewichtsstufen in kleinen Volumina zu erzeugen um dadurch mit geringen Selektivitäten eine vollständige Trennung eines racemischen Gemisches zu ermöglichen. [Holbach et al., CIT, 86, 5, 2014] [Holbach et al., AIChE J, 2014]

kolonne

Abb. 2: Miniaturisierte Extraktionskolonne


Publications

Journal Articles

journalE. C. Sindermann, A. Holbach, A. de Haan, N. Kockmann

Single stage and countercurrent extraction of 5-hydroxymethylfurfural from aqueous phase systems

Chem. Eng. J., 2016, vol. 283, p. 251-259, 10.1016/j.cej.2015.07.029

journalA. Holbach, J. Godde, R. Mahendrarajah, N. Kockmann

Enantioseparation of Chiral Aromatic Acids in Process Intensified Liquid-Liquid Extraction Columns

AIChE J., 2015, vol. 61(1), p. 266-276, 10.1002/aic.14654

journalA. Holbach, S. Soboll, B. Schuur, N. Kockmann

Chiral Separation of 3,5-Dinitrobenzoyl-(R,S)-Leucine in Process Intensified Extraction Columns

Ind. Eng. Chem. Res., 2015, vol. 54, p. 8266-8276, 10.1021/acs.iecr.5b00896


Conference Proceedings

proceedingA. Holbach, R. Mahendrarajah, B. Schuur, N. Kockmann

Enantioselektive Extraktion in miniaturisierten Kolonnen

Chem. Ing. Tech., 2014, vol. 86, p. 1456, 10.1002/cite.201450246

proceedingA. Holbach, N. Kockmann

Microchannel Device for Droplet Generation, Mixing, and Phase Separation for Counter-current Flow Extraction

ASME-ICNMM 2013, 2013, p. V001T03A011, 10.1115/ICNMM2013-73106

proceedingA. Holbach, N. Kockmann

Kontinuierliches Mixer-Settler-Konzept für die Tropfenströmung in mikrostrukturierten Kanälen

Chem. Ing. Tech., 2012, vol. 84, p. 1398, 10.1002/cite.201250167


Talks

talkS.K. Kurt, S. Soboll, A. Holbach, N. Kockmann

Design, characterization, and utilization of a micromixer-settler for continuous liquid-liquid extraction processes

ProcessNet-Jahrestreffen Extraktion und Mischvorgänge, 16.-17.03.2015, Heidelberg, DE

talkA. Holbach, B. Schuur, N. Kockmann

Enantioselective Extraction in Process Intensified Columns

AIChE Annual Meeting, 16.-21.11.2014, Atlanta , USA

talkA. Holbach, J. Godde, N. Kockmann

Process development of enantioselective extraction of aromatic acids in intensified lab columns

12th International Solvent Extraction Conference - ISEC 2014, 07.-11.09.2014, Würzburg, DE


Posters

posterA. Holbach, E. Çaliskan, D. Jaritsch, J. Godde, N. Kockmann

Prozessintensivierung mit millistrukturierten Extraktionskolonnen

ProcessNet-Jahrestreffen Trenntechnik, 25.09.2013, Würzburg, DE

posterA. Holbach, N. Kockmann

Microstructured stirred-pulsating extraction column

ECCE9, 22.-24.04.2013, Den Hague, NL

posterA. Holbach, J. Hoffmann, N. Kockmann

Prozessintensivierung der kontinuierlichen Gegenstromextraktion in millistrukturierten Apparaten

ProcessNet-Jahrestreffen Extraktion und Mehrphasenströmung, 19.-20.03.2013, Baden-Baden, DE


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