Multispektrale und chromatographische online-Analyse von katalytischen Prozessen in der Flüssigphase für das automatisierte und hybride, datengetriebene Prozessdesign, die Prozessregelung sowie Prozessoptimierung

• Antragsteller: Dr. Christoph Kubis; Professor Dr.-Ing. Andreas Seidel-Morgenstern
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501735683

Die Prozessanalysentechnik (PAT) nimmt eine zentrale Rolle für die Überwachung, die Regelung und Optimierung eines katalytischen Prozesses in Echtzeit ein. Die Integration von Online-Analysenmethoden bereits in der frühen Phase der Prozessentwicklung im Labormaßstab ermöglicht ein umfassendes Verständnis des Reaktionsgeschehens bei gleichzeitiger Methodenentwicklung und Optimierung der Analysentechniken zur späteren Überwachung des Prozesses im Pilotmaßstab bzw. in der Betriebsanlage. Das übergeordnete Ziel dieses Teilprojekts ist die Implementierung von automatisierter und simultan betriebener in-situ spektroskopischer und online chromatographischer Analytik kombiniert mit chemometrischer Datenprozessierung für die Bereitstellung von Eingangsdaten für das hybride, datengetriebene Prozessdesign, die Prozessregelung und Prozessoptimierung. Für die Herstellung von Aminoalkoholen und Aminosäuren ausgehend von Alkenen werden unter Einsatz dieser Online-Analysenmethoden vertiefende Studien zur Aufklärung mechanistischer Aspekte durchgeführt und eine umfassende kinetische Analyse des Reaktionsnetzwerkes betrieben. Kinetische Modelle und deren experimentell ermittelte Parameter fließen dann in das Prozessdesign und die Prozessregelung ein, welche in anderen Teilprojekten bearbeitet werden. Die Grundlage für die Aufklärung der Mechanismen und Reaktionskinetiken sowie die Identifizierung kritischer Prozessparameter stellen systematische dynamische Perturbationsexperimente nach Ansätzen der optimalen Versuchsplanung (optimal experimental design, OED) dar. Detaillierte Untersuchungen zur Katalysatorstabilität und zu Deaktivierungspfaden werden ebenfalls durchgeführt, um die Entwicklung eines stabilen und robusten Prozesses zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5538: Mehrstufige katalytische Produktionssysteme für die Feinchemie durch integriertes Design von Molekülen, Materialien und Prozessen (IMPD4Cat)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Klaus Neymeyr