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Projekt
Modellbasiertes Konzept für den dynamischen und effizienten Betrieb von Flüssig/flüssig Mixer-Settler Systemen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Steffi Knorn; Professor Dr.-Ing. Matthias Kraume
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504858152
Rührbehälter stellen vermutlich den am häufigsten eingesetzten Apparat in der Prozessindustrie dar und werden z.B. für Flüssig/flüssig Extraktionen eingesetzt. Hierbei müssen die beiden Phasen vor der Weiterverarbeitung in einem nachgeschalteten Abscheider getrennt werden. Der effiziente Betrieb dieser extraktiven Flüssig/flüssig-Systeme in Mixer-Settler-Systemen gestaltet sich aufgrund gegensätzlicher Anforderungen der beiden Prozessschritte herausfordernd. Für den Stofftransport im Rührbehälter sind kleine Tropfen und eine enge Tropfengrößenverteilung optimal. Im Gegensatz dazu, sind für eine schnelle Phasenseparation im Abscheider große Tropfen vorteilhaft. Dieser Konflikt wird u.a. von der Rührerdrehfrequenz, dem Dispersphasenanteil, Volumenströmen und Verweilzeiten beeinflusst. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines robusten und dynamischen Prozesssteuerungskonzepts basierend auf einem geeigneten Systemmodell. Der neuartige Optimierungsansatz dieses Projekts besteht darin, das Potenzial des dynamischen Betriebs von Mixer-Settlern basierend auf einer kontrollierten Variation von Durchflussraten und Rührerdrehzahl zu identifizieren. In der ersten Förderperiode lag der Fokus ausschließlich auf dem Rührbehälter. Die Regelung für den Batchbetrieb wurde anhand eines identifizierten Prozessmodells und einem Standardregler realisiert. Dieser sagt mit Hilfe eines eigens entwickelten Soft-Sensors die Tropfengrößenverteilung (TGV) anhand von Eigenschaften von im Rührbehälter aufgenommenen Endoskopbildern in Echtzeit vorher. Ergänzt wird dies durch Online-Leitfähigkeitsmessungen zur Quantifizierung des Stofftransports. Der etablierte Versuchsaufbau mit zuverlässiger Mess- und Analysetechnik für die TGV und den Stofftransport wird in der zweiten Förderperiode fortlaufend erweitert und für die Untersuchung der gesamten Prozesskette im kontinuierlichen Betrieb eingesetzt (AP1). Die Messung aller relevanten Prozessparameter und -variablen sowie die kontinuierliche Verbesserung der Endoskop-Messtechnik in Kombination mit der CNN-Bildanalyse werden die experimentelle Datenbasis für die Identifikation eines physikalisch basierten bzw. datengetriebenen Prozessmodells des gesamten Mixer-Settler-Systems liefern (AP2). Der entwickelte Soft-Sensor wird anhand von Experimenten ebenfalls angepasst und erweitert (AP3), um nicht direkt messbare interne Zustände vorherzusagen und die Regelung in Kombination mit einem Regler zu ermöglichen. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen wird eine Regelstrategie für den effizienten Betrieb des gesamten Mixer-Settler-Systems entwickelt und evaluiert wobei nicht nur Standardregler, sondern auch modellprädiktive Regelung untersucht wird (AP4).
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
