Modellbasierte Prozessführung der Emulsionscopolymerisation von n Monomeren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sebastian Engell
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5350510

Die radikalische Emulsionspolymerisation ist ein industriell wichtiger Prozess zur Herstellung verschiedenster Latex-basierter Produkte. Die Führung dieser meist in Semibatch-Fahrweise betriebenen Prozesse erfolgt in der industriellen Praxis weitgehend erfahrungsbasiert, wobei durch eine vorsichtige Fahrweise sichergestellt wird, dass der Prozess zum gewünschten Ergebnis führt. Das bestehende Potential zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit kann durch ein modellbasiertes Prozessführungskonzept genutzt werden. Ein wichtiger Aspekt dieses Konzeptes ist die modellbasierte Messung online nicht direkt messbarer Produkteigenschaften zur Prozessüberwachung und Regelung. Zur Verbesserung des Prozessverständnisses wird ein detailliertes Prozessmodell hergeleitet und an Hand experimenteller Daten validiert. Dieses Modell wird systematisch für den Einsatz zur Zustandschätzung und zur Optimierung reduziert und dient damit auch zur Beurteilung der Qualität der reduzierten Modelle. Als Zustandsschätzer wird der Moving-Hozizon-Estimator eingesetzt, der durch die Berücksichtigung physikalischer Beschränkungen und mehrerer vergangener Messwerte ein besseres Einschwingverhalten aufweist als beispielsweise ein Extended-Kalman-Filter. Der Ansatz wird auf die Verwertung von Messungen mit unterschiedlicher Abtastraten, wie beispielsweise Temperatur- und Konzentrationsmessungen, erweitert. Ausgehend von den aktuell geschätzten Zustandsgrößen des Prozesses werden unter Verwendung eines reduzierten Modells die Resttrajektorien für die Reaktortemperatur und die Monomerdosierraten online berechnet. Damit wird es möglich, auch bei Auftreten von Störungen ein Polymer mit der gewünschten Qualität herzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen