Optimierungsbasierte Entwurfsmethodik für Membran-Rektifikation-Hybridprozesse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andrzej Górak; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 149546821

Die Verschaltung unterschiedlicher Grundoperationen zu einem hybriden Trennverfahren bietet gegenüber konventionellen Trennverfahren insbesondere für die Auftrennung engsiedender und azeotroper Mehrkomponentengemische Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz und der Überwindung von Trenngrenzen. Dieses große wirtschaftliche und verfahrenstechnische Potential wird industriell aufgrund fehlender Entwurfsmethodiken für diese komplexen Prozessverknüpfungen bislang kaum ausgeschöpft. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung einer optimierungsbasierten Methodik für den systematischen, effizienten und robusten Entwurf von Hybridprozessen am Beispiel der Kopplung von Rektifikation und Membrantrennverfahren. Die geplante mehrstufige Vorgehensweise mit sukzessive erhöhtem Detaillierungsgrad der Modellformulierungen erlaubt trotz der hohen Komplexität des Entwurfsproblems eine effiziente Auslegung der Prozesse. Dabei wird die Komplexität zum einen durch eine schrittweise Evaluierung von Lösungsvarianten mit Shortcut-Methoden vermindert, an die sich eine rigorose Optimierung mit gradientenbasierten Methoden anschließt, die als Verfeinerung des vorhergehenden Schritts detaillierte Auslegungsspezifikationen liefert. Zum anderen soll parallel dazu eine einstufige Strukturoptimierung mit evolutionären Algorithmen zur simultanen Synthese und Auslegung der optimalen Hybridkonfiguration angewandt werden, so dass ein Vergleich verschiedener Optimierungsansätze sowie deren Bewertung ermöglicht wird. Gestützt wird die Entwurfsmethodik durch experimentelle Untersuchungen der Grundoperationen und ihrer Verknüpfung im Labor- und Technikumsmaßstab, die sowohl der Modellparametrisierung dienen als auch zur Validierung der Prozessmodelle und der Entwurfsmethodik herangezogen werden.Dieses systematische Vorgehen ermöglicht einen effizienten Prozessentwurf, der zu nachhaltigen und innovativen Prozessen führt, die sowohl große ökologische als auch ökonomische Vorteile mit sich bringen und ferner die Synthese neuartiger Produkte ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen