Process Automation of Flows in Bio- and Medical Technology
The Chair of Fluid Mechanics (LSTM) has extensive expertise in the field of model-based simulation, optimization and automation of chemical and energy engineering as well as food and biotechnological processes, documented by numerous publications and patent applications. In the field of process monitoring, the development focus is on non-invasive, optical on- and inline sensors for practical use. The classical and adaptive process control strategies developed are based on efficient modelling, simulation, diagnosis, prognosis, control, regulation and optimization tools.
For modelling, simulation and knowledge management, methods of machine learning, data mining, graph theory, metaheuristic algorithms, statistical approaches, multi-value logic but also common differential equations and analytical models are used. Examples are fuzzy logic, artificial neural networks, genetic algorithms and reference networks. The LSTM achieves unique selling points in the field of synergetic use of information technology methods in the sense of hybrids (such as neuronumerics, neurofuzzy, numerostatistics, hybrid simulation of discrete and continuous processes). Preferred automation hardware are industrial programmable logic controllers, databases, process computers and process control systems, but also rapid prototyping methods based on open source physical computing platforms.
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
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Die Teigbildungsphase ist durch verschiedene Strukturierungs- und Bindungsprozesse gekennzeichnet. Rheologische Messungen werden zur Bestimmung der Materialeigenschaften, sowie zur Prozesssimulation in der Backtechnologie genutzt. Durch eine Vielzahl an Einflussfaktoren sind diverse Messungen notwendig, um eine vollständige Prozessabbildung zu erreichen. Es besteht ein erheblicher Marktbedarf nach gleichbleibenden, qualitativ hochwertigen Produkten. Durch die natürlichen Schwankungen innerhalb e…
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Verfahren für die Herstellung ausgewählter Backwaren unter Nutzung von Gashydrat als Triebmittel zu entwickeln. Dabei sollen auch Vorteile gegenüber traditionellen Triebmitteln untersucht werden. Der Wegfall der durch die Hefegärung gebildeten Aromastoffe soll durch alternative Ge-schmacksträger (getrocknete Sauerteige, Gewürze) substituiert werden. Energieeinsparungen im Vergleich zum Hefetrieb sollen über eine Gesamtprozesssimulation dargestellt und di…
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,
Die Qualität von Mehl unterliegt insbesondere hinsichtlich seiner funktionellen Eigenschaften natürlichen Schwankungen. Um diese zu kompensieren bzw. um die Mehlqualität und -funktionalitätzu verbessern, ohne dabei nährwertbezogene und sensorische Charakteristika zu beeinträchtigen, wurde bereits eine Vielzahl an Mehlbehandlungsverfahren (Oxidationsmittel, oxidierende Enzyme, Autoklaven, Mikrowellen-, IR-und UV-Technik) untersucht. Die für die Nutzung dieser Verfahren z. T.…
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,
Bei der Fertigung von Backwaren aus nicht oder nur unzureichend gesäuerten Roggenteigen lassen sich in der Praxis vielfach unerwünschte Phänomene in der Backfähigkeit beobachten, die im Vergleich zu reinen Weizen-mehlteigen zu einer geringeren Elastizität des Teiges und zu einem geringeren Blasenbindungsvermögen führen. Dies äußert sich später im Endprodukt durch eine nicht elastische Krume, eine inhomogene Blasenvertei-lung im Brotlaib und eine ungenügende Schnittfähigkeit. Als eine der Ursache…
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
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Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
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Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,
Die Trocknung bzw. das Entfernen von Wasser stellt in der Lebensmittelherstellung eine zentrale Grundoperation dar, die hinsichtlich des Erhalts der Qualität und der Menge der zu behandelnden Produkte hohe Anforderungen stellt. So kann eine Reduktion des Wassergehalts einerseits dazu beitragen, dass Produkte ihre Funktionalität erhalten, während der Weiterverarbeitung und bei der Lagerung weniger anfällig sind oder dazu, dass Kosten für Verpackung, Lagerung und Transport eingespart werden. Ande…
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Project leader: ,
Bei der Abfüllung nicht-karbonisierter Getränke kommt es in der Praxis häufig zu einer unerwünschten Schaumbildung, die die Produktion negativ beeinflusst (Anlagen-ausbringung, Abfüllungsgenauigkeit, Pro-duktverlustmenge, Hygiene des Abfüllprozesses). So muss sich die Abfülldynamik i.d.R. dem Schaumbildungsvermögen des abzufüllenden Produktes anpassen. Das Überschäumen bestimmt auch die Notwendigkeit und Häufigkeit von Flaschen- und Anlagenreinigung inkl. des damit verbundenen Einsatzes von Energie…
Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
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Ziel des Forschungsvorhabens ist die Reduzierung der Energie- und Wasserbedarfs bei der Weinerzeugung. Dazu soll ein hybrides, informationstechnologisches Werkzeug basierend auf Referenz-Petri-Netzen entwickelt werden, das in die Prozessleitebene der Betriebe integrierbar ist und auf im Prozess erfassten Daten eine Echtzeit-Abbildung und Visualisierung des Gesamtprozesses realisieren kann.
- Development of an automatic, self-learning inline system for adaptive and resource-efficient CIP cleaning using a motor-driven target jet cleaner.
- Knowledge-based reduction of energy and water consumption in wine production by means of an information technology hybrid based on reference Petri networks.
- Energy-efficient drying on the basis of locally material-adaptive process intensification in automated pasta production
- Functional model of an industrial production and fractionation plant (fat + protein) of insects
- Modelling and simulation of biotechnological processes including integration of complex models and development of database-supported hybrid simulation environments
- Integration of metaheuristic algorithms in decision making
- Formation of stochastic models for integration into a simulation environment
- Development of adaptive process controls based on machine learning
- Online and offline training of automated flow processes with the help of the further development of numerical methods.
- Automation
- Development systems
- Industrial systems
- Data acquisition
- Fuzzy logic
- Optimization with metaheuristic methods
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- Evolutionary algorithms (e.g. genetic algorithms)
- Particle swarm optimization
- Simulated annealing
- Methods of machine learning
- Artificial neural networks (KNN)
- Support Vector Machine (SVM)
- Random Forest
- Logistic regression & deep learning
- Online learning
- Modeling and Simulation
-
- Stochastic processes
- Event oriented simulation (DES)
- Hybrid simulation of discrete and continuous processes
2023
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Neural network enhanced aging time measurements of diary product remaining with infrared spectroscopy
In: Heliyon 9 (2023), Article No.: e22039
ISSN: 2405-8440
DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e22039 - , , , , , , , :
CO2 gas hydrate as an innovative leavening agent for baked goods
In: Future Foods 7 (2023)
ISSN: 2666-8335
DOI: 10.1016/j.fufo.2022.100213 - , , , , , , :
Application of CO2 Gas Hydrates as Leavening Agents in Black-and-White Cookies
In: Foods 12 (2023), Article No.: 2797
ISSN: 2304-8158
DOI: 10.3390/foods12142797 - , , :
On the Simulations of Thermal Liquid Foams Using Lattice Boltzmann Method
In: Energies 16 (2023), Article No.: 195
ISSN: 1996-1073
DOI: 10.3390/en16010195 - , , , , , , , , :
A Comparative Analysis of Partial Replacement of Yeast with CO2 Gas Hydrates as Leavening Agents in Baking of Wheat Bread
In: Processes 11 (2023), Article No.: 653
ISSN: 2227-9717
DOI: 10.3390/pr11030653 - , , , , , , , , :
A Comparative Analysis of Partial Replacement of Yeast with CO2 Gas Hydrates as Leavening Agents in Baking of Wheat Bread
In: Processes 11 (2023)
ISSN: 2227-9717
DOI: 10.3390/pr11030653
2022
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Leistungsdiagnostik auf der Fridericiana Alexandrina Navis (F.A.N.) – eine Pilotstudie
In: Boris Dreyer (ed.): Die Fridericiana Alexandrina Navis (F.A.N.). Ein Römerboot auf dem Prüfstand – Bau und Test für Wissenschaft und Öffentlichkeit, Darmstadt: wbg Academic, 2022, p. 482 - 498
ISBN: 978-3-534-40668-5 - , , , , :
Development of an explicit pressure explicit saturation (EPES) method for modelling dissociation processes of methane hydrate
In: High Pressure Research (2022)
ISSN: 0895-7959
DOI: 10.1080/08957959.2022.2160247 - , , , , , :
Foam Drainage Parametric Study Using the Lattice Boltzmann Method Considering the Non-Newtonian Behavior
In: Chemical Engineering & Technology (2022)
ISSN: 0930-7516
DOI: 10.1002/ceat.202200067 - , , , , , , :
Experimental investigation of CO2 uptake in CO2 hydrates formation with amino acids as kinetic promoters and its dissociation at high temperature
In: Scientific Reports 12 (2022)
ISSN: 2045-2322
DOI: 10.1038/s41598-022-12538-1 - , , , , , , , , :
An Innovative Approach in the Baking of Bread with CO2 Gas Hydrates as Leavening Agents
In: Foods 11 (2022), Article No.: 3570
ISSN: 2304-8158
DOI: 10.3390/foods11223570 - , , , :
Die F.A.N. virtuell besuchen und testen: Graphische Datenverarbeitung, Numerik und das Römerboot
In: Boris Dreyer (ed.): Die Fridericiana Alexandrina Navis (F.A.N.). Ein Römerboot auf dem Prüfstand – Bau und Test für Wissenschaft und Öffentlichkeit, Darmstadt: wbg Academic, 2022, p. 499 - 514
ISBN: 978-3-534-40668-5 - , , , , , , , , , :
Resonant Ultrasonic Defoaming in Aqueous Evaporation/Boiling Processes at Different Size Scales
In: Chemical Engineering & Technology (2022)
ISSN: 0930-7516
DOI: 10.1002/ceat.202200068 - , , , , :
Strömungsmechanische Tauglichkeitsanalyse der Fridericiana Alexandrina Navis (F.A.N.)
In: Boris Dreyer (ed.): Die Fridericiana Alexandrina Navis (F.A.N.). Ein Römerboot auf dem Prüfstand – Bau und Test für Wissenschaft und Öffentlichkeit, Darmstadt: wbg Academic, 2022, p. 431 - 481
ISBN: 978-3-534-40668-5
2021
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Ultrasonic Effects on Foam Formation of Fruit Juices during Bottling
In: Eng 2 (2021), p. 356-371
ISSN: 2673-4117
DOI: 10.3390/eng2030023
2020
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Concentration of apple juice using CO(2 )gas hydrate technology to higher sugar contents
In: Innovative Food Science & Emerging Technologies 65 (2020)
ISSN: 1466-8564
DOI: 10.1016/j.ifset.2020.102458
2019
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Schaum- und Füllstanderkennung mittels optischer System mit neuronalen Algorithmen
27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" (Erlangen, 3. September 2019 - 5. September 2019)
In: A. Delgado, B. Gatternig, M. Münsch, B. Ruck, A. Leder (ed.): Proceedings der 27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" 2019 - , , , , , :
Review on the food technological potentials of gas hydrate technology
In: Current Opinion in Food Science 29 (2019), p. 48-55
ISSN: 2214-7993
DOI: 10.1016/j.cofs.2019.08.005
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214799319300761 - , , :
Einfluss von Hochleistungs-Ultraschall auf Getränkeschäume
27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" (Erlangen, 3. September 2019 - 5. September 2019)
In: A. Delgado, B. Gatternig, M. Münsch, B. Ruck, A. Leder (ed.): Proceedings der 27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" 2019 - , :
A Scientific Adventure. Testing a F.A.N. Theory
In: Ancient Warfare Vol. XIII (2019), p. 40-45
ISSN: 1874-7019 - , :
A discrete element cohesive particle collision model for the prediction of ash-induced agglomeration
In: International Journal of Ambient Energy (2019)
ISSN: 0143-0750
DOI: 10.1080/01430750.2019.1594367 - , :
Application of chemical equilibrium calculations for the prediction of ash-induced agglomeration
In: Biomass Conversion and Biorefinery Volume 9 (2019), p. 117-128
ISSN: 2190-6815
DOI: 10.1007/s13399-018-0325-7 - , , , , , , , , , , :
Phenomena, mechanisms and structures in wished and unwished foams in matter of biological origin
World Congress on Advances in Nano, Bio, Robotics, and Energy ANBRE19 (Jeju Island, 17. September 2019 - 21. September 2019)
In: Proceedings of 2019 World Congress on Advances in Nano, Bio, Robotics, and Energy ANBRE19 2019 - , , , , , , :
Potential Application of Innovative Gas Hydrate Technology in Fruit Juices Concentration Process
World Congress on Advances in Nano, Bio, Robotics, and Energy ANBRE19 (Jeju Island, 17. September 2019 - 21. September 2019)
In: Proceedings of 2019 World Congress on Advances in Nano, Bio, Robotics, and Energy 2019 - , , , :
Foam dynamics in non-Newtonian fluids using Lattice Boltzmann Method and its application in food industry
ProcessNet 2019 (Lausanne, 5. March 2019 - 7. March 2019) - , , , , :
Heat transfer in deformable foams by the means of multicomponent Lattice Boltzmann Method
27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" (Erlangen, 3. September 2019 - 5. September 2019)
In: A. Delgado, B. Gatternig, M. Münsch, B. Ruck, A. Leder (ed.): Proceedings der 27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" 2019 - , , , , :
Food foams simulations by the means of multicomponent lattice Boltzmann Method
9th European Postgraduate Fluid Dynamics Conference (Ilmenau, 16. July 2019 - 19. July 2019) - , , , , , , :
Modelling and simulation of food foams with different material consistencies
GDL – Symposium Lebensmittelschäume (Quakenbrück, 4. June 2019 - 5. June 2019) - , , , , , , , :
Entwicklung eines auf Referenz-Petri-Netzen basierenden hybriden Simulationstools zur wissensbasierten Reduzierung des Energie- und Wasserbedarfs bei der Weinerzeugung
27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" (Erlangen, 3. September 2019 - 5. September 2019)
In: A. Delgado, B. Gatternig, M. Münsch, B. Ruck, A. Leder (ed.): Proceedings der 27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik" 2019
2018
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Application of chemical equilibrium calculations for the prediction of ash-induced agglomeration
In: Biomass Conversion and Biorefinery (2018), p. 1-12
ISSN: 2190-6815
DOI: 10.1007/s13399-018-0325-7
2015
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Investigations on the mechanisms of ash-induced agglomeration in fluidized-bed combustion of biomass
In: Energy & Fuels 29 (2015), p. 931-941
ISSN: 0887-0624
DOI: 10.1021/ef502658b - , :
Prediction of ash-induced agglomeration in biomass-fired fluidized beds by an advanced regression-based approach
In: Fuel 161 (2015), p. 157--167
ISSN: 0016-2361
DOI: 10.1016/j.fuel.2015.08.040
2014
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The Influence of Particle Size, Fluidization Velocity, and Fuel Type on Ash-Induced Agglomeration in Biomass Combustion
In: Frontiers in Energy Research 2 (2014), p. 51
ISSN: 2296-598X
DOI: 10.3389/fenrg.2014.00051
2013
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Development of novel modelling approaches for agglomeration prediction
21st Euorpean Biomass Conference and Exhibition (Kopenhagen, 3. June 2013 - 7. June 2013)
DOI: 10.5071/21stEUBCE2013-2DO.3.3