SPP 2364:  Autonome Prozesse in der Partikeltechnik - Erforschung und Erprobung von Konzepten zur modellbasierten Führung partikeltechnischer Prozesse

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik ; Informatik, System- und Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460890345

Das Ziel des Schwerpunktprogrammes 2364 (SPP 2364) ist die Erforschung und Erprobung von Methoden zur autonomen Prozessführung in der Partikeltechnik. Die Komplexität von partikulären Systemen verhindert nach wie vor eine eigenständige Anpassung der Produkteigenschaften ohne Eingriffe von außen. Der Fokus des SPP liegt auf der material- und informationstechnischen Kopplung der jeweiligen verfahrenstechnischen Grundoperationen mit der Messtechnik, der Prozessdynamik und der Regelungstechnik zu einem geschlossenen Wirkkreis für die Prozessführung. In der ersten Phase wird die Prozessführung einer einzelnen Grundoperation im Mittelpunkt stehen, während in einer zweiten Phase ganze Prozessketten, bestehend aus mehreren Grundoperationen, betrachtet werden. Damit wird es erstmals möglich sein, die gewünschten Eigenschaftsprofile partikelförmiger Produkte unter Gewährleistung einer hohen Energie- und Rohstoffeffizienz sicher einzustellen. Mit Abschluss des SPP 2364 steht ein neuartiger ‚Baukasten wissenschaftlicher Werkzeuge‘ (Methoden, Algorithmen, Modelle, Datenstrukturen und Informationsarchitekturen) zur Verfügung, der eine autonome und sichere Prozessführung erlaubt und auch auf neue, partikeltechnische Verfahren übertragen werden kann. Dass SPP 2364 führt hierfür die notwendigen Expertisen verschiedener Forschungsrichtungen der Partikeltechnik, der Regelungstechnik sowie der Informatik zusammen. Untersuchungsobjekte sind mehrphasige, partikuläre Prozesse, bei denen Feststoffe oder auch fluide Partikel verarbeitet werden. Als Prozesse dienen die typischen partikeltechnischen Grundoperationen der Verfahrenstechnik, z.B. Prozesse der Partikelsynthese (Gasphasensynthese, Kristallisation, Fällung…), Methoden der Partikelverarbeitung (Zerkleinerung, Agglomeration, Trennung…) oder auch Prozesse zur Produktformulierung (Extrusion, Beschichtung, Trocknung, Wirbelschicht…). Die Prozesse selbst können sowohl im Batch- als auch im kontinuierlichen Betrieb ausgeführt sein. Die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses und von Wissenschaftlerinnen ist ein besonderes Anliegen des SPP, was durch weitreichende Maßnahmen entlang der Qualifizierungskaskade von der Promotion bis zur Professur sichergestellt ist. Auch eine enge Zusammenarbeit mit der nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) wird angestrebt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Adaptive datengesteuerte prädiktive Steuerung unter Nutzung eines Verhaltensansatzes für eine autonome Tablettierung (Antragsteller Bajcinca, Naim ;  Thommes, Markus )
• Adaptive optimale Regelung der kontinuierlichen wässrigen Zweiphasen-Flotation (ATPF) (Antragsteller Diehl, Moritz ;  Nirschl, Hermann )
• ARCO-CRYSTAL: Adaptive robuste prädiktive Regelung der kontinuierlichen Slug Flow Kühlungskristallisation (Antragstellerinnen / Antragsteller Lucia Gil, Sergio ;  Wohlgemuth, Kerstin )
• Autonome Regelung einer Prozesskette zur CO2-Karbonisierung unter Verwendung von Bergbauabfällen (Antragsteller Bajcinca, Naim ;  Gleiß, Marco ;  Sundmacher, Kai )
• Autonome Strukturbildung in Wirbelschichtsprühagglomerationsprozessen (Antragsteller Bück, Andreas ;  Kienle, Achim ;  Tsotsas, Evangelos )
• Autonome und selbst-adaptierende, hochauflösende 3D additive Fertigung mittels hochenergetischer Partikelstöße (Antragsteller Antonyuk, Sergiy ;  Palis, Stefan )
• Formulierung von dispersen Systemen durch (Schmelz-)Emulgierung: Prozessgestaltung, In-situ-Diagnostik und Regelung (Antragsteller Graichen, Knut ;  Huber, Franz ;  Schmidt, Jochen )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Nirschl, Hermann )
• Modellbasierte Prozessführung für Lichtbogensynthese von Nanopartikeln (Antragsteller Ding, Steven Xianchun ;  Kruis, Frank Einar )
• Modellbasierte Qualitätsregelung in der kontinuierlichen Produktion pharmazeutischer Granulate (QC4CM) (Antragstellerinnen / Antragsteller Breitkreutz, Jörg ;  Vallery, Heike )
• Modellbasierte Regelung der Sprühtrocknung von strukturierten Granulaten mit spezifizierten Eigenschaften durch Transferfunktionen, hergeleitet mittels multivariater stochastischer Modelle und maschineller Lernverfahren (Antragsteller Peuker, Urs ;  Schmidt, Volker )
• Modellbasierte Steuerung der Dynamik bei der Feinstmahlung in nass betriebenen Rührwerksmühlen (Antragsteller Kirches, Christian ;  Schilde, Carsten )
• Modellbasiertes Konzept für den dynamischen und effizienten Betrieb von Flüssig/flüssig Mixer-Settler Systemen (Antragstellerinnen / Antragsteller Knorn, Steffi ;  Kraume, Matthias )
• Optimierung des Betriebs von Wirbelschichtverfahren mittels maschinellen Lernens (Antragstellerinnen / Antragsteller Mostaghim, Sanaz ;  van Wachem, Ph.D., Berend )
• Synthese hochfunktionaler Nanopartikel über einen Sol-Gel-Prozess unter Verwendung von Röntgenstreumethoden: von der Prozessentwicklung zur Prozessregelung (Antragsteller Meurer, Thomas ;  Nirschl, Hermann )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Hermann Nirschl