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Studium: Chemie-Ingenieurwesen - 6. Semester

Vertiefung Materialwissenschaften (gemischt mit Biotechnologie)

Stundenplan im 6. Semester:

Fächer:

- MVT2: Mechnische Verfahrenstechnik 2 (Großmann)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- TVT2: Thermische Verfahrenstechnik 2 (Stichlmair)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- PuAT: Prozeß- und Anlagentechnik (Strohmeier)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- REAKT: Katalyse und Reaktionstechnik (Lercher)
  Zeitaufwand: 3 SWS + 1 SWS Übung

- Thermodynamik 2 (Sattelmayer)
  Zeitaufwand: 2 SWS (+ 1 SWS Übung)

- Aufarbeitung von Bioprodukten (Wenzig)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- Biotechnologie: Molekulare Biotechnologie (Buchner) oder
- Seminar über Polymerisationskinetik und -technik / Polymere in der Medizin (Nuyken)
  Zeitaufwand: 3 SWS

- Wirtschaftlichkeitsberechnungen und Kostenmanagement im Anlagenbau (Strohmeier)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- Ähnlichkeit und dimensionslose Kennzahlen (Stichlmair)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- Materialwissenschaften: Makromolekulare Chemie 2 (Nuyken)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- Materialwissenschaften: Mechanische Eigenschaften der Werkstoffe (Werner)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- Materialwissenschaften: Nicht-metallische Werkstoffe und Halbleiter (Veprek)
  Zeitaufwand: 2 SWS

- Praktikum: Materialwissenschaften (3 Teile: Polymere Materialien, Charakterisierung fester Stoffe, Mechnische Eigenschaften)
  Zeitaufwand: 3 SWS

- English for Technical Purposes
  Zeitaufwand: 2 SWS

Dies ergibt einen Zeitaufwand von 34 SWS.

Mechnische Verfahrenstechnik 2

Thermische Verfahrenstechnik 2

• Kristallisation: Phasengleichgewicht, Verdampfungs-/Kühlungskristallisation, Enthalpiebilanz, Kinetik
  
• Extraktion: Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht, Berechnung von Extraktoren, Gegenstrom-/Gleichstrombetrieb
  
• Adsorption: Sorptionsgleichgewichte, Adsorptionswärme, Festbettadsorber, Kinetik
  
• Trocknen: Beharrungs-/Kühlgrenztemperatur, h/x-Diagramm, Mollier-Diagramm, Kinetik

mehr hier: http://www.fvt.mw.tum.de/lehre/vorl_thermvt.htm

Prozeß- und Anlagentechnik

• Überblick von der Planung bis zur Inbetriebnahme einer Anlage
  
• Anlagen-Engineering: Verfahrensbeschreibung, Kostenschätzung, Planungsgrundlagen, Netzplantechnik, Bauelemente, Genehmigungsverfahren
  Management-Techniken
  
• Investitionsantrag, Zahlungsplan, systematische Gewinnerzielung
  
• Fertigungsplanung: Betriebsanalyse, Standortwahl, Los- und Fließfertigung
  
• Stahlbau: Vergleich Stahl-Beton, Trägerverbindungen, Brandschutz, Explosionsschutz, Fertigung
  
• Lagertechnik: Kommissionierung, Optimierung der Umschlagsleistung
  
• Regelungs- und Steuerungstechnik
  
• Pumpen und Verdichter: Daten und Kennlinien, Strömungsförderer, Dichtungssysteme
  
• Kostenstruktur verfahrenstechnischer Anlagen
  
• Wirtschaftlichkeitsberechnung einer Investition: Voraussagemethoden, Sensibilitäts-Analyse

Katalyse und Reaktionstechnik

Thermodynamik und Kinetik

• Stöchiometrie und Ablauf einer chemischen Reaktion o Thermodynamische Aspekte einer chemischen Reaktion
• Grundbegriffe der Reaktionskinetik
• Grundzüge der (heterogenen) Katalyse
• Mikrokinetik von Reaktionsabläufen (Oberflächenchemie, Formalkinetiken v. Typ ?Hougen-Watson', Analytik)
• Makrokinetik = Mikrokinetik + Stofftransport (Nutzungsgrad-Konzept, Regime von Stoffübergang und Porendiffusion)

Reaktionsapparate und Prozeßführung

• Reaktor-Typen
• Mikro- und Makrovermischung / Segregation
• Verweilzeitverhalten von Reaktoren o Reaktorberechnungen
• Verweilzeit und Reaktion
• Optimierungs-Strategien für eindeutige und für komplexe Reaktionen (Umsatzoptimierung, Selektivitätsprobleme, Konzentrationsführung)
• Wärmehaushalt von Reaktoren (adiabatisch, isotherm, polytrop, aus den Wärmebilanzen hergeleitete Berechnungen)

Ziele

• Konzeptionelles Lösen von Problemen in der Reaktionstechnik
• Numerische Behandlung von Problemen

Makromolekulare Chemie 2

• Elektrische leitfähige Polymere
  
• Polymere für Leuchtdioden
  
• Polymere für den Photodruck
  
• Mikroverkapselung
  
• Controlled Release Technologie
  
• Polymere Netzwerke und ihre Charakterisierung
  
• Block- und Pfropfcopolymere
  
• Polymere mit Heteroatomen (Phosphor, Schwefel,...)
  
• Temperaturstabile Polymere
  
• Hochleistungspolymere
  
• Stoffkunde der Massenkunststoffe (Polypropylen, Polystyrol, PVC,...)
  
• Moderne Entwicklungen auf dem Gebiet der Polymere

Mechanische Eigenschaften der Werkstoffe

• Aufbau kristalliner Stoffe, Baufehler (Wiederholung)
• Grundlagen der Festigkeitssteigerung
• Verformungsarten
• Metallische Werkstoffe für besondere Anwendungen (Auswahl)

Grundlagen der Materialwissenschaften: Nicht-metallische Werkstoffe und Halbleiter

Grundlagen:

• Festkörper- und chemische Grundlagen
• Thermodynamik der Punktdefekte (Farbzentren, Bulkdiffusion,..)
• "extended defects" in Kristallen.

Anwendungen:

• Darstellungsmethoden: Einkristallzucht, Hydrothermal- und Hochdrucksynthese, CVD und PVD und Dünnschichttechnologie
• Nichtkristalline Stoffe & Gläser: Grundbegriffe, Thermodynamik und Kinetik der Glasbildung, optische, technische und metallische Gläser
  
• Keramische Werkstoffe: Grundbegriffe, Hochleistungskeramik, Cermets ("WC-Co", "PCBN" etc.) und "Glaskeramik"
  
• Harte und superharte Materialien: Übersicht, Klassifizierung und Anwendungen der Hartstoffe, intrinsisch und extrinsisch superharte Materialien: Diamant, c-BN, Si-C-B-N, nanostrukturierte superharte Materialien (Ursprung der Superhärte, Härte vs. Bruchzähigkeit, Anwendungen)
  
• Halbleiter und optoelektronische Materialien: Grundbegriffe, Dotierung, die wichtigsten Bauelemente, Materialien & Bandgapengineering. Grundlagen der Halbleitertechnologie: Mikrostrukturierung, optische Lithographie, naßchemisches und reaktives Ionenätzen, etc.

Thermodynamik 2

• Verbrennung
  Einführung in die Verbrennungstechnik;
  Mengenberechnung: Volumenänderung bei der Verbrennung, Sauerstoff- und Luftbedarf, Abgasanfall;
  Energiebetrachtung: 1. Hauptsatz für Systeme mit Stoffumwandlung, Bildungsenthalpie, Reaktionsenthalpie, Heiz- und Brennwert, Verbrennungstemperatur

• Feuchte Luft (Dampf-Gas-Gemische)
  Grundkonzept, Wassergehalt, Feuchtegrad, relative Feuchte, Zustandsgrößen feuchter Luft;
  Mollier-Diagramm für feuchte Luft;
  Zustandsänderungen feuchter Luft: Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr, Entfeuchtung, Mischung, Zumischen reinen Wassers;
  Kühlgrenztemperatur

• Gasdynamik
  Thermodynamische Grundlagen 1-dimensionaler kompressibler Stromfadenströmungen;
  Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie;
  Schallgeschwindigkeit;
  Zustandsänderungen: reibungsfreie Rohrströmung mit Wärmezufuhr, adiabate Rohrströmung, isentrope Strömungen, senkrechte Verdichtungsstöße;
  Strömungen durch Düsen: konvergente Düse, Lavaldüse

mehr hier: http://www.td.mw.tum.de/tum-td/de/studium/lehre/thermo_2

Aufarbeitung von Bioprodukten

• Biotechnologische Produktionsverfahren
• kurze Einführung in die Mikrobiologie und Biochemie
• Zellaufschluß
• Zellabtrennung durch Filtration und Zentrifugation
• Vorreinigung durch Extraktion, Verdampfen, Ultrafiltration
• Feinreinigung durch Fällen, Chromatographie, Kristallisation und Trocknung.

Molekulare Biotechnologie

• DNA Technologie
  
• Rekombinante Proteinexpression
  
• Expressionssysteme
  
• Proteinfaltung
  
• Ausbildung von Disulfidbrücken
  
• Reinigung von Proteinen
  
• Methoden zur Analyse von Proteinstruktur und –Stabilität
  
• Antikörper, Strukturprinzipien und Anwendung in Diagnostik und Therapie
  
• Protein Engineering – Techniken
  
• Katalytische Antikörper
  
• Immuntoxine
  
• Genomanalysen
  
• DNA Chips
  
• Proteomanalysen
  
• Metabolic Engineering

Ähnlichkeit und dimensionslose Kennzahlen

Grundlagen der Beschreibung naturwissenschaftlicher Sachverhalte

• physikalische Größen Einheitensysteme
• Äquivalenzprinzip
• Struktur von dimensionslosen Kennzahlen.

Dimensionslose Kennzahlen

• Gewinnung vollständiger Sätze von Kennzahlen aus Relevanzlisten
• maximale Anzahl von Kenngrößen
• äquivalente Kennzahlensätze
• Herleitung von kleinen Kennzahlensätzen

Ähnlichkeit

• Freiheitsgrade ähnlicher Systeme, Ähnlichkeitsgesetze
• Modellübertragung bei vollständiger Ähnlichkeit
• Grenzen der vollständigen Ähnlichkeit, Modellübertragung bei partieller Ähnlichkeit
• Beispiele für die Anwendung der Ähnlichkeitsgesetze in den Ingenieurwissenschaften

Praktikum Materialwissenschaften

Teil: Polymere Materialien

• Material-Prüfung und -Charakterisierung
  • Dynamisch-Mechanische Thermoanalyse (DMTA) (Ermittlung von mechanischen und thermischen Eigenschaften)
    
  • Differential scanning calorimetry (DSC) (Bestimmung von Glasumwandlungstemperaturen)
    
  • Polymer-Vorproben (Einfache Versuche zur Identifizierung von Kunststoff-Proben mit begleitender Diskussion zu deren Einsatzbereichen)
• Eigenschaften von Kunststoffen
• Entropie-Elastizität (Warum zieht sich ein Gummiband beim Erwärmen zusammen?)
  
• Rheologie von Polymer-Lösungen (Besonderheiten des rheologischen Verhaltens von Makromolekülen in Lösung und in der Schmelze)
  
• Vernetzung von Makromolekülen (Herstellung eines Kautschuks)
  
• Borhaltige Polysiloxane (Herstellung des "Hüpfenden Siliconkitts")
• Synthese von Kunststoffen
• Ceiling-Temperatur (Warum bildet sich oberhalb einer bestimmten Temperatur kein Polymer?)
  
• Epoxidharze (Wie können die Eigenschaften von Epoxidharzen gezielt eingestellt werden?)

Teil: Charakterisierung fester Stoffe

• Röntgenbeugung (XRD): Phasenidentifikation, Bestimmung der Kristallitgröße, Mikroverzerrungen, biaxiale Spannungen
  
• Optische Spektroskopie: UV-VIS-IR
  
• Oberflächenanalytik: ESCA (XPS, AES), Ionenstrahltechniken (RBS, ERD, ISS)
  
• EDX und Mikrosonde
  
• Rasterelektronenmikroskop
  
• AFM und STM