Modellgestützte experimentelle Analyse (MEXA)
In vielen Prozessen der chemischen Industrie spielen nicht oder nicht vollständig verstandene und damit auch nicht quantifizierbare Teilprozesse eine entscheidende Rolle. Als Beispiele seien hier nur die reaktive Absorption, Extraktion, Rektifikation, Flüssig-Flüssig-Reaktion und die Dampf/Gas-Flüssig-Reaktion genannt. Die Quantifizierung dieser Prozesse ist nur durch ein detailliertes Verständnis der unterlagerten kinetischen Phänomene möglich.
Die MEXA (Modellgestützte EXperimentelle Analyse) Methodik zielt darauf ab, solche komplexen kinetischen Phänomene und deren Interaktionen detailliert zu verstehen und in Form von mechanistischen mathematischen Modellen zu repräsentieren. Nur eine solche Modellierung erlaubt einen rationalen Produkt- und Prozessentwurf.
Die gängige Herangehensweise in Forschung und Anwendung betrachtet Modellieren und Experimentieren weitestgehend unabhängig voneinander. Erst am Ende wird ein Modell anhand experimenteller Daten validiert. Im Gegensatz dazu beschreibt die MEXA-Methodik einen iterativen Prozess aus Experimentieren und Modellieren mit dem Ziel, systematisch valide (mechanistische) Modelle mittels geeigneter experimenteller Untersuchungen herzuleiten. Methodisch kommen dabei Verfahren zum Lösen inverser Probleme, zur Parameterschätzung und Identifizierbarkeitsanalyse, zur Modelldiskriminierung und inkrementellen Modellverfeinerung zum Einsatz. Darüber hinaus ist eine adäquate Berücksichtigung von Unsicherheiten, z.B. unvermeidbarer Messfehler, zwingend notwendig.
Die Formulierung eines mechanistischen Prozessmodells führt in der Regel auf ein (partiell-)differential-algebraisches Gleichungssystem. Solche Modelle werden mit Hilfe von kommerziellen, individualisierten und eigens entwickelten Software-Tools analysiert und gelöst.
In der jüngeren Vergangenheit hat die Modellierung von kinetischen Phänomenen in mehrphasigen, reaktiven Systemen einen Schwerpunkt der Arbeit in der MEXA-Gruppe gebildet. Stoffdatenmodellierung, Kraftstoffdesign, In-Line Monitoring von Mikrogel Synthesen und die Modellierung von elektrochemischen Membranreaktoren stellen andere Anwendungsfelder dar. Auch die Entwicklung und Validierung neuer Messtechniken und innovativer Analysemethoden stellen Tätigkeitsschwerpunkte der MEXA-Gruppe dar, wobei die sog. Mesoskalen-Betrachtung sicherstellt, dass Ergebnisse vom kleinen Maßstab in den Prozessmaßstab übertragen werden können.