weyer-Forschung: Energieminimales Design von Trennwandkolonnen mit und ohne Reaktion

Das Forschungsprojekt „Entwicklung einer modellgestützten Methode für die optimale Auslegung industrierelevanter Produktionsstrukturen unter wirtschaftlichen Aspekten“ konnte erfolgreich abgeschlossen werden.

Im Zuge des Projektes konnte in Zusammenarbeit mit dem Institut für Prozess- und Anlagentechnik (PAT) der Technischen Universität Hamburg ein geeignetes Auslegungswerkzeug zur Ermittlung der kostenoptimalen Auslegung von industrierelevanten Kolonnen mit und ohne Reaktion entwickelt werden.

In der Regel führt eine Reduzierung der Betriebskosten zu einer Erhöhung der Investitionskosten und umgekehrt. Durch die Optimierung mit Hilfe des seit einigen Jahren an der TUHH entwickelten Advanced Process Optimizers (AdvPO) lässt sich eine kostenoptimale Annäherung der Pareto-Menge bestimmen. Hierbei handelt es sich um diejenigen Werte, bei denen es nicht möglich ist, ein Kriterium zu verbessern ohne ein anderes zu verschlechtern.

Durch diese automatisierte mehrkriterielle Optimierung kann, im Vergleich zu einer Auslegung mit Hilfe von n-Q-Diagrammen (Stand der Technik), eine deutliche Reduktion sowohl der Investitionskosten als auch der Betriebskosten ermittelt werden. Die weyer-gruppe konnte somit ihre Kompetenz im Bereich der kostenoptimalen Auslegung von Kolonnen verstärken.

Zudem wurden mit Hilfe eines entwickelten Auslegungswerkzeugs unterschiedliche Prozessparameter durch Sensitivitätsstudien untersucht und im Zuge dessen für den hochintegrierten Apparat der reaktiven Trennwandkolonne (RTWK) Heuristiken zur industriellen Anwendung in der Prozesssynthese formuliert. Ein besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, sowohl ideales als auch nicht-ideales Verhalten von Stoffsystemen zu analysieren. Mit Hilfe dieser Methode konnte die neue Technologie der reaktiven Trennwandkolonne (RTWK) in der Planungsphase berücksichtigt und im Vergleich zu weniger integrierten Verfahrensalternativen bewertet werden.

Bei geeigneten Reaktionen kann durch die Verwendung einer RTWK mitunter eine deutlich bessere Wirtschaftlichkeit durch Prozessintensivierung erreicht werden. Die Kopplung des Trennverfahrensschrittes mit dem eigentlichen Reaktionsraum ist ein typisches Beispiel, wie gleichzeitig Betriebskosten eines Reaktionsprozesses gesenkt und dessen Ausbeute durch kontinuierliche Abtrennung des Produkts erhöht werden kann. In dem Forschungsprojekt konnte ein grundlegendes Verständnis zu vorteilhaften Anwendungsbereichen der RTWK aufgebaut werden.

Wir danken dem  Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, das dieses Projekt innerhalb des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) finanziell unterstützt hat.

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Britt Michelsen
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