Kostenoptimierung von gekoppelten Reaktions- und Trennsystemen mit Näherungsverfahren

Abstract:
Die frühe Identifizierung der besten verfahrenstechnischen Prozessvariante ist entscheidend, um die Entwicklungskosten sowie den Aufwand in der Entwicklung neuer Prozesse in Grenzen zu halten. Für diesen Zweck werden Näherungsverfahren (Shortcuts) genutzt, um so früh wie möglich verschiedene Prozessvarianten ausschließen zu können. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Einbindung von Reaktornetzwerken in die Kostenoptimierung von Fließbildern mit Näherungsverfahren untersucht. Dazu wird ein Modell zur Approximation von Reaktornetzwerken mit der FAM (Feed Angle Method) gekoppelt werden, so dass der Betriebspunkt und somit auch die Betriebskosten des Gesamtprozesses optimiert werden. Die Optimierung in dieser Arbeit wird am Beispiel der ETBE Synthese durchgeführt. Zu diesem Zweck muss ein FAM Modell für Vierstoffgemische, durch Koordinatentransformation und einer angepassten Winkelberechnung modifiziert und erweitert werden. Anschließend erfolgt die Agegration mit einer NLP Formulierung für das Reaktorsysteme. Dies ermöglicht es die Kosten genauer als bisher abzuschätzen. So können wenig erfolgversprechende Prozesse nicht weiter verfolgt werden und für vielversprechende Prozesse Startwerte für die rigorose Optimierung gewonnen werden. Durch diese Kopplung der Shortcut Methoden für Reaktion und Trennung ergaben sich im Vergleich mit den Ergebnissen ohne FAM Unterschiede in den Gesamtkosten von bis zu 15%. Diese Abweichung ist umso größer je mehr die Gesamtprozesskosten von den Trennkosten dominiert werden. Durch diese Abweichung kann es dazu kommen, dass Prozesse die stärker durch die Trennkosten bestimmt werden ohne die Betrachtung der FAM anders bewertet werden, und so unter Umständen nicht weiter verfolgt werden.