Projektplanung: Systematische Stofftransportuntersuchungen der Reaktivextraktion am Beispiel der Zinkextraktion mit D2EHPA

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Stand der Forschung
1.2 Eigene Vorarbeiten
1.3 Problemstellung

2 Definitionen der verwendeten Fachterminologie

3 Arbeitsprogramm und Zielstellung
3.1 Extraktionsmechanismus
3.2 Chemische Thermodynamik
3.3 Adsorptionsgleichgewichte
3.4 Adsorptionskinetiken
3.5 Konvektiver Stoffaustausch an stabilen Phasengrenzen

4 Projektumfeld

5 Projektstruktur
5.1 Vorgange und Arbeitspakete
5.2 Projektstrukturplan

6 Ablauf- und Terminplanung
6.1 Ablaufplan
6.2 Meilensteinplan
6.3 Gantt-Diagramm

7 Ressourcen- und Kostenplanung
7.1 Bedarfsliste und Aufwandsschatzung
7.2 Projektkostenarten und Kostenplan

8 Risikomanagement
8.1 Risikoanalyse
8.2 MaBnahmenplan

9 Zusammenfassung und Ausblick

10 Literaturverzeichnis

Anhang
A1 Abbildungsverzeichnis
A2 Tabellenverzeichnis
A3 Abbildungen
A4 Tabellen

1 Einleitung

Bei der Metallsalzextraktion werden mit Hilfe flussiger lonenaustauscher, die wegen ihrer hohen Viskositat mit einem wasserunloslichen, aliphatischen oder aromatischen Verdunnungsmittel gemischt werden, Metallionen uber eine Komplexierungsreaktion aus wassrigen Losungen extrahiert [1]. In nichtionisierter Form sind die lonenaustauscher exklusiv in der organischen Phase loslich. Da die Metallionen selber nur in der wassrigen Phase loslich sind, wird deren Phasendurchtritt erst durch eine Grenzflachenreaktion moglich.

1.1 Stand der Forschung

Bei der Zinkextraktion mit dem Kationenaustauscher Di(2- ethylheyl)phosphorsaure (D2EHPA) ergeben sich als Transportschritte der Antransport und die Adsorption der Edukte, die Grenzflachenreaktion, die Desorption und der Abtransport der Produkte (Abb. 1), sowie weiterer homogener Reaktionen in den beiden Phasen. Der An- bzw. Abtransport an die Phasengrenze bzw. von ihr weg erfolgt uber die die physikalischen Transportmechanismen der Konvektion, Diffusion und Migration. Die chemischen Reaktionen sowie die Sorptionsmechanismen konnen kinetisch gehemmt verlaufen oder sind derart schnell, dass sie durch Gleichgewichtszustande adaquat beschrieben werden konnen.

Fur die verfahrenstechnische Prozessgestaltung bei der Zinkextraktion ist die Kenntnis der einzelnen Transferschritte unerlasslich. Leider findet man in der Literatur keine einheitliche Erklarung des Stofftransportes, da zum einen unterschiedliche Anschauungen bzgl. der Kinetik der chemischen Reaktionen und der Sorptionsmechanismen vorliegen und zum anderen differente chemische Reaktionen der Zinkextraktion zugrunde gelegt werden [2-3]. Insbesondere die Beschreibung der Sorptionsmechanismen uber chemische Reaktionen hat dazu gefuhrt, dass bei den kinetischen Analysen nur die Diskussion im Fokus stand, ob ein transport- oder reaktionskinetisch dirigiertes Extraktionsregime vorliegt. Hierfur wurde eigens eine Methodik entworfen [4]. Eine wirkliche sorptionskinetische Studie wurde erst in eigenen Arbeiten geleistet [5]. Dies ist verwunderlich, da es die Untersuchung der dynamischen Grenzflachenspannung erlaubt, die Grenzflacheneigenschaften zeitlich aufgelost den einzelnen Transportprozessen in und an der Phasengrenze zu zuordnen. Eine Vorgehensweise die bei den kinetischen Untersuchungen der Tensidadsorption schon lange erfolgreich praktiziert wird [6-7].

1.2 Eigene Vorarbeiten

Durch den Nachweis der Grenzflachenaktivitat des vollstandig mit Zink beladenen Kationenaustauschers und der fehlenden Grenzflachenaktivitat der monomer- und dimersolvatisierten Zink-Kationenaustauscher-Komplexe, sowie durch adsorptionskinetische Analysen konnte gezeigt werden, dass bei der Zinkextraktion der Zinkkomplex nach seiner Desorption durch die freien D2EHPA-Molekulen spontan solvatisiert wird [5]. Ungeklart ist noch der Mechanismus der Zinkkomplex-Bildung.

Die Analysen der dynamischen Grenzflachenspannungen, vermessen nach der Methode der Tropfenprofilanalyse am hangenden, ruhenden Tropfen, deuten darauf hin, dass keine sorptionskinetische Hemmung fur die an der Zinkextraktion beteiligten, grenzflachenaktiven Stoffe existieren. Allerdings konnen diese Hemmungen derart gering sein, dass sie nur in einem sehr kleinen Zeitfenster (t « 1 s) detektierbar sind. Fur diesen Zeitbereich ist die Tropfenprofilanalyse jedoch nicht geeignet.

Ausgehend vom Adsorptionsgleichgewicht wurde eine Systematik zur tensiometrischen Analyse des Stofftransportes in ruhenden Medien am hangenden Tropfen entwickelt [8], sodass die nichtkonvektiven

Stofftransportprozesse separat betrachtet werden konnen. Die Analyse des zusatzlichen konvektiven Stofftransportes erfolgt in einer Ruhrzelle durch Beprobung der Phasen nach festgelegten Stoffaustauschzeiten. Fur die modellhafte Wiedergabe wurde die Film-Penetrationstheorie adaptiert und gezeigt, dass hiermit eine realistischere Simulation des Stofftransportes moglich ist als mit dem wegen seiner Einfachheit bisher verwendeten Film-Modells [9].

1.3 Problemstellung

Die eigenen Vorarbeiten haben viele Schwachstellen bei der Beschreibung der Extraktionskinetik von Zink mit D2EHPA offenbart. Einige Schwachstellen konnten so schon beseitigt werden. Die wesentlichen Resultate waren der Entwurf einer methodischen Vorgehensweise zur systematischen Stofftransportuntersuchung, die Feststellung der Eignung tensiometrischer Untersuchungsmethoden, das Aufzeigen der Leistungsgrenzen der eingesetzten tensiometrischen Methoden und die Entwicklung von Losungsansatzen fur die offenen Fragestellungen.

Da weder der Mechanismus der Zinkextraktion, die chemischen Gleichgewichte, die Adsorptionsgleichgewichte und -kinetiken noch die Reaktionskinetiken geklart sind und somit, ebenso wie der Stofftransport aus der Kernphase an die Phasengrenze, nicht realitatskonsistent nachgebildet werden konnen, sollen im Rahmen dieses Projektes zum einen die Wissenslucken geschlossen werden und zum anderen soll der Versuch unternommen werden, durch ein Modell die Zinkextraktion bei verschiedenen bzw. letztlich beliebigen Versuchskonditionen abzubilden. SchlieBlich kann man nur durch eine erfolgreiche Simulation basierend auf den ,,first principles" nachweisen, dass man das Stoffsystem und die Prozesse der Zinkextraktion verstanden hat.

Durch die geschickte Wahl der Versuchsbedingungen und die Anwendung spezieller Messmethoden sind die Vorgange bei der Zinkextraktion so zu vereinfachen, dass die Transferschritte entweder separiert oder, falls dieses nicht moglich ist, von einem Transferschritt ausgehend sukzessiv einen weiteren erganzend analysiert werden.

2 Definitionen der verwendeten Fachterminologie

Adsorption: Stoffanreicherung in der Phasengrenze (Gegenteil: Desorption) Adsorptionsisotherme: Kopplung zwischen Grenzflachenkonzentrationen und Konzentrationen in den angrenzenden Flussigkeitsvolumen Aktivitat: KonzentrationsgroBe, die den Einfluss der Wechselwirkung von Geloststoffen und Losungsmitteln auf thermodynamische Eigenschaften berucksichtigt Diffusion: durch Brownsche Molekularbewegung bedingter Transport Dimer: Verbindung bestehend aus zwei identischen organischen Molekulen dynamisch: zeitabhangig (Gegenteil: stationar)

Edukte: Ausgangsstoffe chemischer Reaktionen (Gegenteil: Produkte)

,,first principles": feststehender Ausdruck fur Gesamtheit physikalischer und chemischer Axiome bzw. GesetzmaBigkeiten fluid: flieBfahig

Grenzflachenaktivitat: Stoffeigenschaft, fuhrt zur Anreicherung in Phasengrenzen Grenzflachenspannung: resultierende Kraft in der Phasengrenze aufgrund molekularer Wechselwirkung

Konvektion: durch auBere Kraftfelder induzierte Stromungen Migration: lonenwanderung im elektrischen Spannungsfeld Mizelle: makromolekulares Gebilde aufgrund der Aggregation (Zusammenlagerung) grenzflachenaktiver Substanzen

Monomer: einfaches organisches Molekul, das zur Bildung von molekularen Ketten oder Netzen neigt (Dimer, Oligomer, Polymer)

Phase: homogenes Material mit im Gleichgewichtszustand raumlich gleichen thermodynamischen Eigenschaften

Phasengrenze: raumlicher Obergangsbereich zwischen mehreren Phasen Reaktand: Teilnehmer chemischer Reaktionen Solvatisierung: Anlagerung weiterer Molekule an ein Zentralmolekul Sorption: Oberlagerung von Adsorption und Desorption Strippen: Desorptionsverfahren mit Waschlosungen

Tensiometrie: Messmethoden zur Erfassung von Grenzflacheneigenschaften Tropfendruckmethode: Methode zur Ermittlung der Grenzflachenspannung durch Oberwindung des Grenzflachendrucks bei der TropfenvergroBerung Tropfenprofilanalyse: Auswertemethode, bei der der Tropfenkontur eine Grenzflachenspannung zugewiesen wird

3 Arbeitsprogramm und Zielstellung

Ausgehend vom Extraktionsmechanismus werden aus den Reaktions- und Phasengleichgewichten die Gleichgewichtskonstanten und die Aktivitatskoeffizienten ermittelt. AnschlieBend werden aus den Verlaufen der dynamischen Grenzflachenspannung am hangenden Tropfen die Adsorptionsgleichgewichte und -kinetiken bestimmt. Hierzu werden die Adsorptionsgleichgewichte mittels der Gibbs-Duhem’schen Gleichung unter Einbeziehung von Adsorptionsisothermen aus den stationaren Grenzflachenspannungsverlaufen unter Berucksichtigung der ermittelten Konstanten und Koeffizienten abgeleitet. Entsprechend der Isothermenwahl ist die Sorptionskinetik aufgrund des Konsistenzkriteriums vorgegeben. Zusammen mit den Diffusions- und optional den Migrationsbeziehungen wird anhand der Zeitverlaufe der dynamischen Grenzflachenspannung in nichtreaktiven Regimen uberpruft, ob zur Beschreibung der Adsorptionskinetik die Sorptionskinetik berucksichtigt werden muss oder ob eine Beschreibung mittels der Adsorptionsisothermen ausreichend ist. Die Anwendung des resultierenden Modells unter Einbeziehung der chemischen Reaktionen offenbart die Relevanz deren Kinetiken. Da eine Intensivierung des Stofftransportes die Bedeutung der reaktiven und sorptiven Transporthemmungen erhoht, wird an stabilen Phasengrenzen deren Einfluss durch Erhohung der Konvektion ermittelt.

3.1 Extraktionsmechanismus

In Extraktionsversuchen und tensiometrischer Messungen ist zu klaren, ob die Zinkionen direkt uber die Reaktion mit dem Monomer des Kationenaustauscher, durch die Reaktion mit dem anionischen Rest des dissoziierten Kationenaustauschers oder durch die Kombination beider Reaktionsvarianten extrahiert wird. Ferner ist durch tensiometrische Messreihen zu uberprufen, ob der durch die Reaktionen gebildete Zinkorganokomplex bereits in der Phasengrenze monomersolvatisiert wird oder ob die Solvatisierung erst nach der Desorption im grenzflachennahen Volumen uber die Anlagerung des Dimers des Kationenaustauschers erfolgt und der monomersolvatisierte Zinkkomplex durch Rekombination mit unsolvatisierten Zinkorganokomplexen gebildet wird.

3.2 Chemische Thermodynamik

Die Analyse der chemischen Thermodynamik erfolgt durch Konzentrationsmessungen im Gleichgewichtszustand und umfasst die Bestimmung der Konstanten der chemischen Gleichgewichte und der Aktivitatskoeffizienten. Die Beschreibung der chemischen Gleichgewichte hat so zu erfolgen, dass die chemischen Gleichgewichtskonstanten unabhangig vom verwendeten Verdunnungsmittel formuliert sind. Die Wechselwirkungen zwischen dem Verdunnungsmittel bzw. Losungsmittel und den Geloststoffen sind durch die Verwendung eines begrundeten Modells zur Beschreibung der Aktivitatskoeffizienten wiederzugeben. Neben den Konstanten der organischen Zinksalzbildung sind die Konstanten der Solvatisierungsreaktionen, der Dimerisation, der Monomerdissoziation sowie der Monomerverteilung auf beide Phasen zu ermitteln. Erganzend zu den Aktivitatskoeffizienten der lonen mussen die Aktivitatskoeffizienten der organischen Reaktanden und des im Wasser gelosten Monomers bestimmt werden.

3.3 Adsorptionsgleichgewichte

Wegen der geringen Ausdehnung der Phasengrenze konnen Konzentrationsprofile in selbiger nicht gemessen werden. Gleichwohl ist deren Verlauf von elementarer Bedeutung fur die Interpretation des Phasendurchtritts bei der Extraktion. Aus den Konzentrationsprofilen in der Phasengrenze resultieren Wechselwirkungen mit den Stoffen der angrenzenden Phasen. Diese Wechselwirkungen manifestieren sich in der Grenzflachenspannung. Ausgehend von der Gibbs-Duhem'schen konnen mittels der Konzentrationen in den Kontaktphasen die Grenzflachenkonzentrationen des Gleichgewichtes mittels Adsorptionsisothermen aus den gemessenen stationaren Grenzflachenspannungen durch Anpassung der experimentellen Verlaufe berechnet werden. Zunachst ist die Einkomponentenadsorption fur das Monomer, fur das Anion des Kationenaustauschers und fur den unsolvatisierten Zinkkomplex durch die Wahl geeigneter Versuchsbedingungen zu analysieren. Hierzu werden die Untersuchungen getrennt im Konzentrationsbereich unterhalb und oberhalb der kritischen Mizellbildung durchgefuhrt. Nach der Auswahl einer geeigneten Modellierungsstrategie und zugehoriger Adsorptionsisothermen sind aus den Gleichgewichtsgrenzflachenspannungen die erforderlichen Kennwerte zu kalkulieren. Die Anwendbarkeit der gewahlten Modellierung auf die Mehrkomponentenadsorption ist anschlieBend zu validieren.

3.4 Adsorptionskinetiken

Ober die Adsorptionsisothermen kann auf eine potenzielle Sorptionskinetik geschlossen werden, da die Isothermen den stationaren Fall der Sorptionskinetik wiedergeben. Mittels der vermessenen dynamischen Grenzflachenspannung in den Stoffsystemen ohne reaktionskinetische Prozesse ist zu uberprufen, ob der Transport an die Phasengrenze sorptionsgehemmt oder allein diffusionsdirigiert (Hierunter wird vereinfachend auch die Oberlagerung von Diffusion und Migration verstanden.) ist. Hierzu sind fur die Einkomponentenadsorption die Kurz- und Langzeitapproximationen bei Zugrundelegung der verschiedenen Transportmechanismen zu entwickeln und mittels der experimentellen Befunde deren Eignung zu untersuchen. AnschlieBend sind die ganzheitlichen Verlaufe der dynamischen Grenzflachenspannung durch Anwendung des ausgewahlten Modells zu simulieren. Zu diesem Zweck sind die Diffusionskoeffizienten und gegebenenfalls die sorptionskinetischen Konstanten numerisch anzupassen. In einem weiteren Schritt werden nun die reaktionskinetischen Prozesse bei den Experimenten zu gelassen. Durch den Vergleich der zu entwickelnden Modelle mit und ohne reaktionskinetische Verzogerung beim reaktiven Stofftransport uber die Phasengrenze, ist die Transportrelevanz der reaktiven Hemmung zu bestimmen und gegebenenfalls die zugehorigen Konstanten zu kalkulieren.

3.5 Konvektiver Stoffaustausch an stabilen Phasengrenzen

Da Diffusionsprozesse vergleichsweise langsam ablaufen, wird in der Regel durch Energieeintrag der Stofftransport in technischen Prozessen verstarkt. Weil der langsamste Transportschritt geschwindigkeitsbestimmend fur den Stofftransport ist, kann es sein, dass potenzielle sorptions- und reaktionskinetische Verzogerungen beim diffusionsdirigierten Transport in den Phasen so dominiert werden, dass sie nicht detektierbar sind. Durch die Erhohung des konvektiven Transportanteils wird der Stofftransport in den Phasen so beschleunigt, dass unter Umstanden sorptive und reaktive Verzogerungen beim Phasendurchtritt bedeutsam werden. Unter Verwendung des Film- Penetrationsmodells fur den Stofftransport an die Phasengrenze bzw. von selbiger weg ist zu uberprufen, ob die Annahme der Transferlimitierungen der Grenzflachenspannungsmessungen aufrechterhalten werden konnen. Falls es notig ist, sind die erforderlichen Modellerganzungen vorzunehmen. Diese Untersuchungen mussen an stabilen Phasengrenzen durchgefuhrt werden, da bei freibeweglichen Phasengrenzen Grenzflachenturbulenzen aufgrund der Stromungen in den Phasen induziert werden, die die Anwendbarkeit des Film- Penetrationsmodells ausschlieBen.

4 Projektumfeld

Das Projekt soll an einer deutschen Hochschule im Rahmen der wissenschaftlichen Weiterqualifizierung (drei aufeinanderfolgende Promotionen) in drei Teilprojekten durchgefuhrt werden. Die zugehorige Projektlandschaft, ist zur Verdeutlichung der auBeren Projekteinflusse im Anhang (Abb. 2) dargestellt. Auch wenn das Projekt wegen des Einsatzes der Metallsalzextraktion in der Hydrometallurgie von industrieller Relevanz ist, so handelt es sich bei den Projektinhalten im Wesentlichen um Aspekte der Grundlagenforschung. Daher soll das Projekt fur den Fall einer positiven Bewilligung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert werden. Oblicherweise werden von der DFG die Mittel fur zwei Jahre bereitgestellt. Eine Anschlussfinanzierung muss rechtzeitig durch einen neuen Antrag, der die wesentlichen Inhalte des ersten Finanzierungsabschnittes enthalt, eingeworben werden. Weil der Antragssteller nicht gleichzeitig von den Projektmitteln bezahlt werden darf, wirbt in der Regel formal ein Professor die Mittel ein. Er ist auch gegenuber der DFG berichtspflichtig und fur die zweckgebundene Verwendung der bereitgestellten Mittel verantwortlich. Meist wird der Projektbericht zum Projektende eingefordert. Bei Projekten die uber mehrere Bewilligungszeitraume laufen, muss ein Zwischenbericht erstellt werden.

Das jeweilige Projekt selber wird von einem wiss. Mitarbeiter durchgefuhrt, der faktisch das Projekt unter der Pramisse leitet, dass der nominelle Projektleiter sich auf seine Funktion als Supervisor beschrankt und es dem Mitarbeiter ermoglicht, frei nach Projektnotwendigkeiten uber die Mittel zu verfugen. Im Zuge der angestrebten Promotionen muss der wiss. Mitarbeiter Vortrage halten (jahrlich ein bis drei), Veroffentlichungen (nach Moglichkeit eine pro Jahr) und die Projektberichte fur die DFG verfassen, wodurch seine unmittelbare Projekttatigkeit eingeschrankt wird. Der wiss. Mitarbeiter soll auch fur die studentische Ausbildung mitverantwortlich sein. Hierdurch beeintrachtigen die Studenten uber die zeitliche Inanspruchnahme des Mitarbeiters das Projekt.

An dem Projekt selber sollen im experimentellen Umfeld mehrere studentische Hilfskrafte und eine Laborantin, die ihrerseits in weiteren Projekten tatig ist, mitarbeiten. Die bei den Messungen anfallenden Proben werden im institutseigenem Analytiklabor bestimmt. Dieses Labor ist zugleich Dienstleister fur weitere Projekte am Institut. Deshalb beeinflusst dieses Labor uber die Vakanzen das Projekt nicht unerheblich.

Aufgrund des besonderen Know-hows bzgl. der Adsorptionsprozesse an fluiden Phasengrenzen wird die Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe des Herrn Dr. Miller vom Max-Plank-Institut fur Grenzflachenforschung angestrebt. Da die anzuwendenden tensiometrischen Messtechniken von der Firma SINTERFACE Technologies erworben wurden bzw. noch zu erwerben sind, ist auch hier eine Kooperation erwunscht, um die bei den Messapplikationen implementierten Auswertemethoden an die eigenen Messaufgaben besser anpassen zu konnen.

5 Projektstruktur

Die Projektstruktur resultiert grundsatzlich aus den Zielstellungen und dem damit verbundenen Arbeitsprogramm des Projektes. Die in Kapitel 3 definierten Themenschwerpunkte dieses Projektes konnen als unabhangige Teilprojekte abgearbeitet werden. Allerdings wird fur die Bearbeitung dieser Themen zum Teil auf einen gemeinsamen Pool experimenteller Daten zuruckgegriffen. Hinsichtlich der theoretischen Analyse ergibt sich aus den Anforderungen der Modellierungen jedoch die in Kapitel 3 dargestellte Abfolge der Themen fur die Bearbeitung.

Da im Zuge des Projektes drei Promotionen geplant sind, die aufeinander aufbauen sollen, muss dieses bei der Planung der Projektstruktur bedacht werden. Die erste Promotion soll sich mit dem Extraktionsmechanismus und den chemischen wie auch adsorptiven Gleichgewichten beschaftigen, wahrend bei der zweiten und dritten die dynamischen Prozesse des Stoffaustausches im Vordergrund stehen.

5.1 Vorgange und Arbeitspakete

Entsprechend der moglichen Dissertationen mussen drei unabhangige Vorgangslisten erstellt werden. Die erste Vorgangsliste muss zum Thema „Chemische und adsorptive Gleichgewichtsuntersuchungen bei der Zinkextraktion mit D2EHPA“ erarbeitet werden. Die Untersuchungen der dynamischen Stoffaustauschprozesse muss wegen der nicht a priori bekannten Relevanz von Sorption- und Reaktionskinetik in zwei Aufgabenblocke mit den Themen „Adsorptionskinetische Untersuchungen Zinkextraktion mit D2EHPA“ und „Stoffaustausch an stabilen Phasengrenzen bei der Zinkextraktion mit D2EHPA unter Berucksichtigung potenzieller Reaktions- und Sorptionshemmungen“ getrennt werden. Falls schon die tensiometrischen Untersuchungen zeigen, dass diese Hemmungen auftreten, andert sich die Akzentuierung des dritten Teilprojektes. Hier steht dann die Kopplung dieser Transporthemmungen mit dem Stoffubergangsmodell im Vordergrund. Die methodische Vorgehensweise bleibt von diesem neuen Schwerpunkt unberuhrt. Grundsatzlich erfolgt die weitere Projektplanung unter der Pramisse, dass alle Transporthemmnisse auftreten.

Fur das erste Teilprojekt, das die Gleichgewichtsprozesse behandelt, sind im Anhang (Tab. 1) die erforderlichen Vorgange bzw. Arbeitspakete aufgelistet. Da die Gleichgewichtsgrenzflachenspannung als stationarer Wert der dynamischen Grenzflachenspannungsverlaufe in Stoffsystemen, die sich im chemischen Gleichgewicht befinden, ermittelt wird, ist als zusatzliche Aufgabe, die qualitative Adsorptionskinetik zur Beurteilung sorptiver Hemmungen mitaufgenommen. Diese Aufgabe stellt somit einen Ausblick auf die weiteren Teilprojekte dar. Aufgrund der im Vordergrund stehenden Adsorptionsgleichgewichte kommt hier die Untersuchung am ruhenden, hangenden Tropfen zum Einsatz mit der in einem beliebigen Zeitintervall groBer als eine Sekunde gemessen werden kann. Beim zweiten Teilprojekt stehen die Verlaufe der dynamischen Grenzflachenspannung im Vordergrund. Da bei geringen sorptiven und reaktiven Hemmungen die Methode des ruhenden, hangenden Tropfens zur Bestimmung der entsprechenden Einflusse ungeeignet ist, kommt hier auch die Tropfendruckmethode zum Einsatz, die es gestattet die dynamische

Grenzflachenspannung im Zeitfenster von einer Millisekunde bis zu wenigen Sekunden aufzulosen. Wahrend die sorptiven Hemmnisse separat in Stoffsystemen nach vorherigem Stoffausgleich untersucht werden konnen, mussen zur Beurteilung des reaktionskinetischen Einflusses die Messungen in Systemen ohne vorherigen Stoffausgleich erfolgen. Die notwendigen Vorgange dieses Teilprojektes sind im Anhang (Tab. 2) aufgefuhrt.

Weil beim dritten Teilprojekt keine Grenzflacheneigenschaften erfasst werden, sondern der integrale Stofftransport uber die stabilisierte Phasengrenze in einer Ruhrzelle, ist hier eine Auflosung der Transportschritte unmoglich. Methodisch geht man daher so vor, dass man zunachst den Stofftransport ohne sorptive oder reaktive Hemmung auf der Grundlage von Gleichgewichten zwischen der Phasengrenze und den angrenzenden Phasenvolumina simuliert und anschlieBend sukzessive eine zusatzliche Hemmung nach der anderen zulasst. AbschlieBend werden die gemessenen Werte mit den simulierten verglichen und so die beste Modellierungsstrategie ermittelt, durch die die zugehorigen Hemmungen festgelegt sind. Diese Vorgehensweise spiegeln die gelisteten Arbeitspakete (Tab. 3) wider.

Im Hinblick auf die nachfolgende Terminplanung und Aufwandsschatzung ist es erforderlich, die einzelnen Arbeitspakete zu definieren, um aus den einzelnen Tatigkeiten den zeitlichen Umfang und den Ressourcenbedarf abzuschatzen. Daher sind im Anhang fur alle in den Vorgangslisten ausgewiesenen Arbeitspakete die einzelnen Tatigkeiten tabellarisch (Tab. 4 bis Tab. 34) aufgefuhrt, soweit diese Vorgange nicht selbsterklarend sind (Prasentationen, Verfassen von Veroffentlichungen, Antragen und Berichten).

5.2 Projektstrukturplan

Fur den Projektstrukturplan wird das Gesamtprojekt in seine drei Teilprojekte untergliedert. Diese Teilprojekte werden nach den sachlogischen Zwangen unterteilt - Experiment, Theorie und Analyse, Veroffentlichung und Bericht. Diesen Rubriken werden die einzelnen Vorgange bzw. Arbeitspakete zugeordnet. Der resultierende Projektstrukturplan ist im Anhang (Abb. 3) dargestellt. Wegen der Ubersichtlichkeit werden die jeweiligen Titel in gekurzter Form verwendet. Da der Projektstrukturplan im vorliegenden Projekt nur zur ganzheitlichen Veranschaulichung der anstehenden Aufgaben und Aktivitaten dient, muss der Prazisierung der Titel keine groBe Bedeutung beigemessen werden. Fur die weitere Planung wird auf die detaillierteren Darstellungen der Vorgangslisten und der zugehorigen Beschreibungen der Arbeitspakete zuruckgegriffen.

6 Ablauf- und Terminplanung

Die Ablaufplanung erfolgt fur jedes Teilprojekt separat. Fur die Ablaufplanung werden die Verknupfungen, die sich aus den Voraussetzungen und den Ergebnissen der einzelnen Arbeitspakete der Bearbeitungskomplexe ..Experiment" und ..Theorie und Analyse" ergeben, verwendet. Die Arbeitspakete des Bearbeitungskomplexes ..Veroffentlichung und Bericht" werden an den entsprechenden Stellen begrundet eingefugt. Fur jedes Teilprojekt wird der Ablaufplan anhand eines einfachen Netzplans verdeutlicht. Fur die Terminplanung wird zum einen angenommen, dass der Projektstart am 1. Oktober 2013 erfolgt (Der tatsachliche Startzeitpunkt ergibt sich aus dem Datum, ab den die Mittel bewilligt und ein geeigneter wiss. Mitarbeiter gefunden sind.), und zum anderen, dass die Teilprojekte in ihrer Reihenfolge ein Jahr uberlappend durchgefuhrt werden, um so den Wissenstransfer zwischen den jeweiligen wiss. Mitarbeitern zu gewahrleisten und um die zeitliche Versetzung der theoretischen Arbeiten der drei Teilprojekte moglichst gering zu halten. Da alle Teilprojekte mit umfangreichen Experimenten beginnen, ist die Tatsache unproblematisch, dass die nachfolgenden Teilprojekte auf die theoretischen Erkenntnisse der Vorganger aufbauen.

6.1 Ablaufplan

Die schematische Darstellung der Ablaufe der einzelnen Teilprojekte (Abb. 4 - Abb. 6) stellt die prinzipiellen Verknupfungen der einzelnen Arbeitspakete dar. Da einige Arbeitspakete auf dieselbe Messtechnik und dasselbe Personal zuruckgreifen, sind diese jedoch nicht parallel bearbeitbar sondern nur seriell. Die geschatzten Vorgangsdauern, die auf Erfahrungswerte bei der messtechnischen Anwendung, dem Messprogramm und theoretischen Analyse beruhen, sind im Anhang gelistet (Tab. 35 - Tab. 37), wobei der Vorgang ..Presentation Zwischenergebnisse" entsprechend der Ablaufplane gesplittet ist.

Das Teilprojekt ..Chemische und adsorptive Gleichgewichtsuntersuchungen" beginnt mit einer Startphase (Abb. 4), in der sich der neue wiss. Mitarbeiter mit den Inhalten und Zielen des Projektes vertraut macht und ein fur die weitere Bearbeitung grundlegendes Verstandnis der relevanten Methoden und Modelle entwickelt. AnschlieBend erfolgt die Auswahl geeigneter Aufbereitungsverfahren fur die Reinigung der eingesetzten Chemikalien entsprechend der Messaufgaben. Die Untersuchung der chemischen und adsorptiven Gleichgewichte wird parallel durchgefuhrt. Dementsprechend sind die Chemikalienaufbereitung fur die chemischen Gleichgewichtsuntersuchungen und fur die tensiometrischen Untersuchungen der Adsorptionsgleichgewichte die nachsten Schritte. Die eigentlichen Messungen mittels Intensivmischens und anschlieBender chemischer Analytik auf der einen Seite und der Tensiometrie am ruhenden, hangenden Tropfen auf der anderen Seite schlieBen sich jeweils an. Mittels der Verlaufe der dynamischen Grenzflachenspannungen und den Verteilungs- und Beladungsgleichgewichten als primare Resultate der chemischen Gleichgewichtsuntersuchungen wird der Extraktionsmechanismus formuliert. Da die korrekte Formulierung der Extraktionsmechanismen sowohl fur die konsistente Beschreibung der chemischen Gleichgewichte als auch fur die Berechnung der KonzentrationsgroBen der Adsorptionsgleichgewichte unerlasslich ist, wird im Anschluss an die Formulierung eine Presentation dieses ersten wichtigen Etappenziels in diesem Teilprojekt durchgefuhrt. Der Extraktionsmechanismus selber bildet zusammen mit den chemischen Gleichgewichtsuntersuchungen die Basis zur Ermittlung der chemischen Gleichgewichtskonstanten. Nach deren Ermittlung erfolgt die Erweiterung der Gultigkeit der chemischen Gleichgewichtsbeziehungen auf hohere Konzentrationswerte durch die Einbindung thermodynamisch begrundeter Aktivitatsmodelle. Wegen des Innovationsgehaltes und der Tatsache, dass die chemischen Gleichgewichte nun vollstandig beschreibbar sind, werden diese Resultate entsprechend aufbereitet und vor der eigentlichen Veroffentlichung prasentiert (Vortrag). Im Anschluss muss der Zwischenbericht verfasst und die Anschlussfinanzierung uber einen Fortsetzungsantrag gesichert werden.

Fur die Modellierung der Einkomponentenadsorption werden neben der Beschreibung der chemischen Gleichgewichte (Extraktionsmechanismus, chemische Gleichgewichtskonstanten, Aktivitatsmodelle) die stationaren Grenzflachenspannungsverlaufe der Messungen am ruhenden Tropfen benotigt. Mit der Erweiterung der Einkomponentenadsorption um den Einfluss der Mizellbildung ist die Modellbildung der Einkomponentenadsorption vollstandig abgeschlossen. Diese Resultate werden im Rahmen eines Vortrages prasentiert. Nach erfolgter Modellausweitung auf die Mehrkomponentenadsorption werden die Gleichgewichtsgrenzflachenspannungen und die korrespondierenden

Grenzflachenpotenziale simuliert. Diese Ergebnisse werden wieder vor der Veroffentlichung prasentiert und bilden neben den vorherigen Etappenzielen die Grundlage des Abschlussberichtes. Dieser wird hinsichtlich der weiterfuhrenden Aufgaben noch um die qualitative Analyse der dynamischen Grenzflachenspannungsverlaufe erganzt. Mit dem Abschlussbericht endet das erste Teilprojekt.

Nach der Startphase, dessen Sujets die Bildung eines Verstandnis fur das eigene Projekt und die Wissensadaption des ersten Teilprojektes sind, stehen beim zweiten Teilprojekt ,,Adsorptionskinetische Untersuchungen Zinkextraktion mit D2EHPA“ (Abb. 5) zunachst die tensiometrischen Untersuchungen mit und ohne vorherigem Stoffaustauch im Vordergrund. Nach der obligatorischen Chemikalienaufbereitung, die fur alle tensiometrische Messmethoden und Messstrategien identisch ist, folgt die Erfassung der dynamischen

Grenzflachenspannungen nach vorherigem Stoffaustausch am wachsenden Tropfen. Diese Messreihen bilden zusammen mit den analogen Messreihen am ruhenden Tropfen des ersten Teilprojektes die Grundlage fur die approximative Stofftransportanalyse. Da deren Ergebnisse fur die quantitative Adsorptionskinetik essentiell sind (Relevanz der sorptiven Hemmung), werden die Ergebnisse in einem Vortrag prasentiert. AnschlieBend wird die quantitative Adsorptionskinetik ohne chemische Reaktionen modelliert und simuliert. Da nun wesentliche Ergebnisse des Teilprojektes vorliegen, erfolgen die Verfassung des Zwischenberichtes zusammen mit dem Fortsetzungsantrag und die Presentation der Ergebnisse, bevor diese in einer Veroffentlichung zum Thema ..Adsorptionskinetik ohne Reaktionseinflusse“ publiziert werden.

Zusammen mit den tensiometrischen Messungen ohne vorherigen Stoffausgleich am ruhenden und wachsenden Tropfen, die, da unterschiedliche Messanordnungen genutzt werden, parallel ausgefuhrt werden, sowie beim nachfolgenden Strippen des beladenen Kationenaustauschers mit Schwefelsaure, untersucht sowohl am wachsenden als auch ruhendem Tropfen, bildet das Modell zum nichtreaktiven Stofftransport bei der Adsorption die Basis zur Modellierung der nichtkonvektiven Stofftransportvorgange bei der Zinkextraktion. Da der Einfluss der reaktiven Hemmungen der einzelnen chemischen Reaktionen uber die vergleichende Betrachtung der Grenzflachenspannungsverlaufe mit und ohne vorherigen Stoffausgleich teilweise deduziert werden kann, kann die Anzahl der reaktionskinetisch zu analysierenden Teilreaktionen deutlich reduziert werden und somit auch der Aufwand fur die Erstellung der entsprechenden Simulationsprogramme. Diese Vorgehensweise ist bis dato in der Literatur noch nicht dokumentiert und soll in einer weiteren Veroffentlichung zur Darstellung der Bedeutung tensiometrischer Untersuchungen zur Aufklarung der Transportmechanismen beim Stofftransfer nach einer vorherigen Prasentation dieser bedeutenden Zwischenergebnisse publiziert werden.

An die Modellierung der verschiedenen Varianten (mit und ohne Reaktionshemmung) des Stofftransportes bei der Zinkextraktion mit chemischen Reaktionen schlieBen sich nach der Programmierung und Implementierung der entsprechenden Algorithmen die Simulation der dynamischen Grenzflachenspannungsverlaufe und die endgultige Festlegung aller Transportmechanismen aufgrund des Datenfittings an. Hiermit ist das inhaltliche Ziel dieses Teilprojektes erreicht. Nach einer Prasentation der Ergebnisse und neuer Erkenntnisse wird der Abschlussbericht verfasst und die richtungsweisenden Resultate in einer Publikation zum nichtkonvektiven Stofftransport bei der Reaktivextraktion manifestiert.

Das dritte Teilprojekt „Stoffaustausch an stabilen Phasengrenzen" beginnt ebenfalls mit einer Startphase (Abb. 6). Auch wenn in der thermischen Verfahrenstechnik geruhrte Stoffaustauschzellen und die zum Einsatz kommende Analysemethoden zum Standardrepertoire gehoren, so stellt die gewahlte Modellierungsstrategie jedoch ein Novum dar. Daher muss sich der neue wiss. Mitarbeiter zunachst mit den Erkenntnissen der beiden vorherigen Teilprojekte, schlieBlich greift er auf diese zuruck, und mit den Aufgaben und Zielen seines Teilprojektes vertraut machen. AnschlieBend erfolgt die Chemikalienaufbereitung entsprechend der Messaufgaben. Diese werden in einen Untersuchungsstrang ohne und einen mit Zinkextraktion differenziert. Diese beiden Untersuchungsansatze mussen, da nur eine Stoffaustauschzelle vorhanden ist, nacheinander bearbeitet werden.

Zunachst wird in der Ruhrzelle der D2EHPA-Transfer als Funktion der Turbulenzintensitat uber die Variation der Ruhrerdrehzahlen mittels der zeitlichen Anderungen des Phosphorgehaltes in beiden Phasen untersucht. Die einzelnen Schritte des D2EHPA-Transfers werden modellmaBig nachgebildet, wobei anfanglich davon ausgegangen wird, dass neben den in den tensiometrischen Studien festgestellten Hemmungen keine weitere zu berucksichtigen sind. Auf dieser Grundlage erfolgt anschlieBend die Simulation des Transportes des Kationenaustauschers. Sollte sich hier zeigen, dass Experiment und Simulation nicht konsistent sind, muss die Modellierung um weitere reaktive Hemmungen erganzt und die Validierung via Simulation erneut durchgefuhrt werden. Sobald keine Verbesserung der Simulationsresultate erzielbar ist, gilt die Modellierung und Simulation als abgeschlossen und die erzielten Ergebnisse und Erkenntnisse werden nach einer Prasentation in einer Fachzeitschrift veroffentlicht. AuBerdem sind nun der Zwischenbericht und der Fortsetzungsantrag zu erstellen.

Der Zinkionentransfer lasst sich nicht vom Phosphortransfer entkoppeln und wird gemeinsam in der Ruhrzelle fur diverse Stromungsintensitaten untersucht. Als nachstes wird der Zinkionentransfer uber die Reaktionsfolge bei der Zinkextraktion und auf der Grundlage der bekannten Transporthemmungen modelliert. Fur die Simulation muss auf die Modellierungsergebnisse des D2EHPA-Transfers zuruckgegriffen werden. Im Idealfall kann durch die Simulation ohne weitere reaktionskinetische Modellmodifikationen der Zinktransport stimmig abgebildet werden. Ist dieses nicht moglich, mussen die unterschiedlichen Reaktionshemmungen der Zinkextraktion bei der Neumodellierung bedacht werden. Sobald die Diskrepanzen zwischen Theorie und Experiment nicht weiter durch eine Modellnovellierung reduziert werden konnen, ist die theoretische Analyse abgeschlossen. Die Ergebnisse werden fur eine Prasentation aufbereitet und in einer Fachzeitschrift veroffentlicht. Der zu erstellende Abschlussbericht umfasst neben den Erkenntnissen zum Zink- und Phosphortransport bei der Zinkextraktion an stabilen, uberstromten Phasengrenzen einen Ausblick auf die Modellanwendung an umstromten Tropfen. Hinsichtlich weiterer Forschungsaktivitaten sind Messkonzepte zur Modellanwendung bei umstromten Einzeltropfen und Tropfenschwarmen mit formstabilen und instabilen Phasen zu erarbeiten.

6.2 Meilensteinplan

Ziel der Meilensteinplanung ist es, Zeitvorgaben zu schaffen anhand derer der termingerechte Projektverlauf uberpruft werden kann. Ein Meilenstein gibt einen Zeitpunkt vor, an dem ein Projektabschnitt mit einem bestimmten Ergebnis abgeschlossen ist. Da die Terminplanung erst im folgenden Unterkapitel behandelt wird, geht es an dieser Stelle darum festzulegen, welche avisierten Ergebnisse sich fur die Festlegung der Meilensteine eignen.

Weil die wiss. Mitarbeiter ihre Projekte weitestgehend selbststandig betreiben, ist es nicht das Ziel der Meilensteinplanung ein Controlling-Instrument (Meilenstein- Trendanalyse) zu generieren, sondern die Meilensteine dienen dazu, dass der nominelle Projektleiter den Fortgang der Arbeit verfolgen, bewerten und durch Hilfestellungen inhaltlich korrigieren oder verhindern kann, dass sich der jeweilige wiss. Mitarbeiter zu sehr in Details verliebt und die eigentlichen Ziele aus den Augen verliert. Aus diesem Grund sind die Meilensteine auch an Seminartermine oder Meetings zu knupfen, zu welchen der wiss. Mitarbeiter seine Ergebnisse, die weitere Vorgehensweise und Ideen vorstellt. Auf diese Weise erhalt er eine kritische Reflexion seiner Arbeit, die vor allem durch alternative Sichtweisen gepragt ist.

Die Termine der unmittelbar vor den geplanten Prasentationen abgeschlossenen Arbeitspakete sind geradezu als Meilensteine pradestiniert, da in den Prasentationen wesentliche Zwischenergebnisse vorgestellt werden. Meilensteine sind auch nach diversen thematisch abgeschlossenen Aufgabenblocken vorzusehen, z. B. nach Beendigung experimenteller Untersuchungen. Wegen des sehr unterschiedlichen Umfangs der Arbeitspakete bietet es sich an, weitere Meilensteine zu installieren, wenn ein Aufgabenkomplex der zeitaufwendigen Arbeitspakete abgeschlossen ist. AuBerdem mussen weitere Meilensteine hinsichtlich der Finanzierung und der Berichtspflicht vorgesehen werden. Die resultierenden Meilensteine sind in den Tabellen Tab. 38 bis Tab. 40 benannt.

6.3 Gantt-Diagramm

Beim Gantt-Diagramm handelt es sich um ein Balkendiagramm, in dem den einzelnen Vorgangen entsprechend ihrer Vorgansdauer die kalendarischen Zeitraume zugewiesen werden, wahrend derer die Bearbeitung der Vorgange erfolgt. Aus Obersichtlichkeitsgrunden bietet es sich an, dass die Termine der Meilensteine ebenfalls mitaufgenommen werden. Als Erganzung zu den Gantt- Diagrammen sind in den Listen Tab. 38 bis Tab. 40 die konkreten Termine der Meilensteine fur jedes Teilprojekt angegeben.

Wie schon erwahnt, wird fur die Erstellung der Gantt-Diagramme davon ausgegangen, dass der Projektstart zum 1. Oktober 2013 mit der Bearbeitung des Teilprojektes „Chemische und adsorptive Gleichgewichtsuntersuchungen bei der Zinkextraktion mit D2EHPA“ erfolgt. Die Bearbeitungsdauer der einzelnen Teilprojekte wird mit jeweils 3 Jahre (typische Bewilligungsdauer inklusive Verlangerung) veranschlagt. Somit beginnen die anderen Teilprojekte wegen der eingeplanten einjahrigen Oberlappung zum 1. Oktober 2015 (Teilprojekt ,,Adsorptionskinetische Untersuchungen der Zinkextraktion mit D2EHPA“) bzw. zum 1. Oktober 2017 (Teilprojekt ,,Stoffaustausch an stabilen Phasengrenzen bei der Zinkextraktion mit D2EHPA unter Berucksichtigung potenzieller Reaktions- und Sorptionshemmungen"). Des Weiteren wird angenommen, dass uber den Jahreswechsel und zu Ostern jeweils zwei Wochen Urlaub genommen werden. Durch diese Urlaubszeiten verlangern sich die Vorgangsdauern, der in diese Zeitraume fallenden Vorgange. Bei einem Jahresurlaubsanspruch von 30 Tagen verbleiben noch drei Urlaubswochen, die in den Sommermonaten Juli/August je nach ZweckmaBigkeit den jeweiligen Vorgangen zugeschlagen werden. Bezuglich der Dauer der einzelnen Vorgange wird auf die entsprechenden Listen (Tab. 35 - Tab. 37) zuruckgegriffen.

Bei der Erstellung des Gantt-Diagramms des ersten Teilprojektes (Abb. 7) wird berucksichtigt, dass die Chemikalienaufbereitung fur die chemischen und die tensiometrischen Untersuchungen parallel erfolgt, dadurch verlangern sich die Bearbeitungszeitraume durch Superposition der einzelnen Vorgangsdauern. Auch die Untersuchungen der chemischen Gleichgewichte und die Tensiometrie am ruhenden Tropfen laufen zeitgleich ab. Da diese Messungen jedoch von unterschiedlichem Personal durchgefuhrt werden, verlangern sich die Bearbeitungszeitraume hierdurch nicht.

Beim zweiten Teilprojekt werden die Vorgange ,,Tensiometrische Untersuchungen am wachsenden Tropfen ohne vorherigen Stoffausgleich" und ,,Tensiometrische Untersuchungen am ruhenden, hangenden Tropfen ohne vorherigen Stoffausgleich" parallel bearbeitet. Wegen der Verwendung unterschiedlicher Messapplikationen entfallt die wechselseitige Beeinflussung der Vorgangsdauer (Abb. 8).

Beim dritten Teilprojekt werden alle Arbeitspakete nacheinander abgearbeitet (Abb. 9). Es besteht allerdings die Moglichkeit, durch die Errichtung einer zweiten Stoffaustauschzelle die experimentellen Arbeiten zu parallelisieren oder die Bearbeitungsdauer dieser Arbeitspakete zu verkurzen. Dieses ist jedoch mit zusatzlichem Investitions- und Personalbedarf verbunden, so dass dieses nur eine Option zur Verkurzung der Bearbeitungsdauer darstellt, sobald das Teilprojekt in Verzug gerat.

Wie die einzelnen Gantt-Diagramme (Abb. 7 - Abb. 9) zeigen besitzen alle drei Teilprojekte einen mehrwochigen Zeitpuffer, der eine zusatzliche Sicherheit hinsichtlich der terminlichen Zielerreichung bietet. So endet laut Planung das erste Teilprojekt bereits am 19. August 2016 statt dem sechs Wochen spateren, voraussichtlichen Bewilligungsende. Das zweite Teilprojekt kann entsprechend der Planung am 7. September 2018 etwa drei Wochen vor Ablauf des Bewilligungszeitraumes abgeschlossen werden. Das dritte Teilprojekt kann ebenfalls vorzeitig laut Planung am 21. August 2020 und somit funf Wochen vor Finanzierungsende beendet werden.

7 Ressourcen- und Kostenplanung

Die Ressourcen- und Kostenplanung wird analog der Ablauf- und Terminplanung fur jedes Teilprojekt separat erstellt. Es wird davon ausgegangen, dass ein Tensiometer zur Tropfenprofilanalyse und eine geruhrte Stoffaustauschzelle vorhanden und freiverfugbar sind. Da Ultrazentrifugen, Ruttelvorrichtungen und Ruhreinheiten als Standardlaboreinrichtungen von Instituten, die sich mit fluiden Stofftransportprozessen beschaftigen, anzusehen sind und ein entsprechend ausgestattetes Analytiklabor Voraussetzung ist, muss nur beim zweiten Teilprojekt in ein neues Tensiometer investiert werden, wenn ebenfalls ein Zetasizer zur Bestimmung des Zeta-Potenzials und ein Drehkondensator zur Ermittlung der Dielektrizitatskonstanten zur Verfugung stehen. Die Bereitstellung eines PC-Arbeitsplatzes (Buro) fur die wiss. Mitarbeiter des Projektes wird ebenfalls als vorhanden angesehen. Ferner wird der Einsatz des Laborpersonals durch Einplanung von studentischen Hilfskraften bei den Experimenten im Wesentlichen auf die analytischen Aufgaben reduziert.

7.1 Bedarfsliste und Aufwandsschatzung

Zunachst ist der Bedarf der notwendigen Ressourcen fur jedes Arbeitspaket zu ermitteln. Die Ressourcen setzen sich aus dem notwendigen Personal mit der geforderten Qualifikation und aus den Sachmitteln (Raumlichkeiten, Messeinrichtungen, Verbrauchsmaterialien usw.) zusammen. Da die Arbeitspakete der Themenkomplexe Theorie und Analyse sowie Veroffentlichung und Bericht nur vom wiss. Mitarbeiter bearbeitet werden, wobei eine vollzeitige Beschaftigung mit den Arbeitspaketen vorausgesetzt wird, und abgesehen von dem Buroarbeitsplatz keine weiteren Sachmittel benotigt werden, wird die Ressourcenplanung auf die experimentellen Aufgaben beschrankt. Die Bedarfsliste und die Aufwandsschatzung werden fur jedes Teilprojekt in einer gemeinsamen Tabelle dargestellt.

Weil der Chemikalienverbrauch ein wesentlicher Kostenfaktor ist, wird die fur die Versuche benotigte Chemikalienmenge pro Arbeitspaket aufgelistet. Das zu Reinigungszwecken verwendete Aceton wird bei der Ressourcenplanung stets frisch dazu gekauft. Es kann aber auch destillativ zuruckgewonnen werden. Somit stellt der Verbrauchsmittelbedarf den Worst-Case-Fall dar.

Fur die spektroskopischen Analysen wird nicht der benotigte Verbrauch an Analysemitteln (Argon, Salpetersaure etc.) angegeben, sondern die Anzahl der notwendigen Analysen, da die Analysekosten uber eine Pauschale pro Analyse taxiert werden, die weitere Verbrauchsmittel (Pipettierspitzen usw.), die notwendigen Personal- und Unterhaltungskosten inkludiert.

Fur die unmittelbar an den Teilprojekten beteiligten Personen, also ohne das Personal fur die Laboranalysen, werden entsprechend der Aufgaben die mittleren, wochentlichen Arbeitsstunden aufgelistet. Prinzipiell konnen alle experimentellen Arbeiten auch durch Laborantinnen und studentische Hilfskrafte durchgefuhrt werden, allerdings ist dieses Personal a priori nicht hinreichend fur die tensiometrischen Messungen geschult. AuBerdem ist es, wenn das Personal nicht fur ein Projekt abgestellt oder zeitlich nicht flexibel genug ist, schwierig auf messtechnische Probleme und Zeitverschiebungen bei den Experimenten zu reagieren. Aufgrund des Promotionsziels arbeiten wiss. Mitarbeiter in der Regel bedarfsorientiert, sodass hier die erforderliche Flexibilitat hinsichtlich der Arbeitszeiten gegeben ist. Zudem muss sich der wiss. Mitarbeiter im Hinblick auf die methodische Verbesserung mit den spezifischen Problemen vertraut machen. Dieses kann er nun mal am besten, wenn er wesentliche Experimente selber durchfuhrt. Als Entscheidungs- und Knowhow-Trager ist er in der Lage zu beurteilen, wann eine Messung fehlerhaft verlauft, und kann so fruhzeitig die Messung abbrechen und eine neue starten. Bei den tensiometrischen Untersuchungen ist dieses ein wesentlicher Vorteil, um die Messzeiten zu optimieren. Ein weiterer Grund fur den massiven Einsatz des wiss. Mitarbeiter bei den experimentellen Untersuchungen ist, dass haufig von Seiten der DFG keine Mittel fur technisches Personal bewilligt werden.

7.2 Projektkostenarten und Projektkostenplan

Bevor der Kostenplan fur jedes Teilprojekt erstellt wird, mussen die Projektkostenarten festgelegt werden. Neben den Personalkosten, den Materialkosten (in diesem Fall Chemikalien), den Reisekosten (der wiss. Mitarbeiter muss zu verschiedenen Tagungen fahren konnen - teilweise als Vortragender) sind Gerate- und Fremdkosten zu berucksichtigen. Unter den Geratekosten werden im vorliegenden Fall nicht die Kosten (Abschreibung, Betrieb, Reparaturen) bestehender Gerate und Apparate verstanden, sondern nur die Investitionskosten fur neue Messapplikationen, da nur diese Kosten fur die Projektmitteleinwerbung relevant sind. Anders als bei der klassischen Definition der Fremdkosten werden darunter in diesem Projekt die Kosten verstanden, die als Leistung von dem Institut, an dem das Projekt durchgefuhrt wird, fur das Projekt erbracht werden. Dieses sind die Kosten fur die Laboranalysen und die Personalkosten, die nicht aus den Fordermitteln bestritten werden sollen (Laborantin). Diese pro forma Fremdkosten werden in den Forschungsantragen als Eigenleistungen deklariert und demonstrieren den Gutachtern, wie groB die finanzielle Unterstutzungsbereitschaft fur die jeweiligen Projekte am Institut ist.

Die Kostenermittlung erfolgt auf der Grundlage aktueller Kostenwerte. Eine Entwicklung von Personal- und Sachkosten wird nicht berucksichtigt. Dieses ist auch nicht erforderlich, da die Kosten eines Teilprojektes gegenuber der wissenschaftlichen Relevanz des Forschungsgegenstandes bei der Bewilligung der Projektmittel von unter geordneter Bedeutung sind, solange die beantragten Fordermittel die herkommlichen finanziellen Dimensionen nicht uberschreitet. Dieses Kriterium ist fur alle drei Teilprojekte erfullt.

Fur die Berechnung der Kosten fur den wiss. Mitarbeiter und der Laborantin werden die Jahreseinkommen durch 46 (52 Wochen im Jahr abzgl. 6 Wochen Urlaub) dividiert, um so die Wocheneinkommen zu bestimmen. Die Lohnnebenkosten werden Pauschal mit 30 % der Bruttoeinkunfte veranschlagt. Aus der Wochenarbeitszeit von angenommenen 40 Stunden werden die jeweiligen Stundensatze ermittelt. Der wiss. Mitarbeiter wird nach TV-L E13 Stufe 2 bezahlt und die Laborantin nach TV-L E8 Stufe 6. Als Verrechnungssatze ergeben sich: wiss. Mitarbeiter 31,24 €/Std. und Laborantin 25,90 €/Std.. Fur die studentischen Hilfskrafte soll ein Stundenlohn von 9,30 € gezahlt werden.

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