Modellbasierte Versuchsplanung in der chemischen Verfahrenstechnik

Katalysator: Alter versus Temperatur

Chemische Reaktionen laufen im Allgemeinen bei höheren Temperaturen schneller ab als bei tieferen – das ist z.B. der Grund, warum Lebensmittel zur Verlängerung ihrer Haltbarkeit gekühlt werden. In chemischen Reaktoren werden häufig Katalysatoren eingesetzt, die Reaktionen beschleunigen. Diese Katalysatoren altern, ihre Wirkung nimmt also mit der Zeit ab. Daher erhöht man mit zunehmendem Katalysatoralter die Reaktionstemperatur, um eine gleichbleibende Qualität des Reaktionsprodukts zu gewährleisten. Katalysatoralter und Reaktionstemperatur stehen auf diese Weise in enger Beziehung zueinander. Es ist nicht möglich, die separaten Effekte von Temperatur und Katalysatoralter auf das Endprodukt zu berechnen. Die Versuchsplanung schlägt vor, den Reaktor einmal bei tiefen Temperaturen und hohem Katalysatoralter, und einmal bei hoher Temperatur und geringem Katalysatoralter zu fahren. Mit diesen zwei zusätzlichen Betriebsbedingungen können die Effekte separiert und unabhängig quantifiziert werden.
 

Anwendung in der Industrie

Mit unseren Kooperationspartnern übertragen wir die beschriebenen Konzepte auf komplexe Modelle von Pilotanlagen. Diese werden dann anhand ihrer Sensitivitäten auf Modellparameter kalibriert, Unsicherheiten abgeschätzt und die entsprechenden Versuche geplant. Dazu lösen wir große nichtlineare Optimierungsprobleme und machen deren Ergebnisse auf interaktiven Nutzeroberflächen nutzbar.