Mehrkriterielle Optimierung von Trennwandkolonnen unter modell- und prozessparametrischen Unsicherheiten

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Bortz; Professor Dr.-Ing. Thomas Grützner
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440334941

Trennwandkolonnen haben das Potenzial einer signifikanten Energieeinsparung für destillative Stofftrennungen, bei gleichzeitig hohen Produktreinheiten. Dieses Potenzial ist dann realisierbar, wenn das Kolonnendesign bestmöglich auf die jeweilige Trennaufgabe angepasst ist. In Vorarbeiten der Antragsteller wurden dazu neuartige Zugänge für die modellbasierte Simulation und Optimierung erarbeitet. In diesem Vorhaben geht es darum, Unsicherheiten in diesen Optimierungsergebnissen zu berücksichtigen und Strategien zu entwickeln, bestmöglich auf solche Unsicherheiten zu reagieren. Dabei geht es einerseits um betriebsbedingte Unsicherheiten – etwa schwankende Eduktzusammensetzungen – andererseits um Unsicherheiten in physikalischen Modellparametern, etwa zur Beschreibung thermodynamischer Gleichgewichte. Das Ziel dieses Vorhabens besteht darin, modellbasierte Strategien bei der Wahl der Freiheitsgrade im Design und der Betriebsführung der Kolonnen zu entwickeln, so dass sich diese Unsicherheiten möglichst wenig auf das oben angesprochene Energieeinsparpotenzial und die Produktreinheiten auswirken. Die wissenschaftliche Herausforderung besteht darin, zwischen den Freiheitsgraden im Design und der Betriebsführung zu unterscheiden: Erstere werden zu Beginn einmal festgelegt und können danach nicht mehr geändert werden, letztere sind während des Betriebs in einem gewissen Fenster flexibel anpassbar. Dies führt auf eine neuartige Klasse von mehrkriteriellen Optimierungsproblemen. Aufgrund der Vorarbeiten der Antragsteller besteht nunmehr die Möglichkeit, diese zu lösen und so zu für die Anwendung relevanten Einsichten und Methoden zu gelangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen