Mehrkriterielle Optimierung von Trennwandkolonnen unter modell- und prozessparametrischen Unsicherheiten. Abschlussbericht

Destillationsprozesse spielen in der chemischen Verfahrenstechnik eine große Rolle. Mit ihnen werden flüssige Mischungen in ihre Reinstoffe getrennt. Dies geschieht üblicherweise in Gegenstromkolonnen. Allerdings werden, Schätzungen zufolge, mehr als 40% der Energie, welche von der chemischen Industrie verbraucht wird, für deren Betrieb verwendet.
Um Destillationsprozesse möglichst energieeffizient zu betreiben, können in vielen Fällen sogenannte Trennwandkolonnen (TWKs) verwendet werden. Mithilfe einer vertikalen Trennwand ist es möglich, drei Stoffe in einer einzigen Kolonne zu trennen und bis zu 30% Energie einzusparen gegenüber einer konventionellen Auslegung mit zwei hintereinander geschalteten Destillationskolonnen. Jedoch ist der Bau und Betrieb solcher TWKs wesentlich komplexer.
Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, Methoden zur Bestimmung eines energetisch optimalen sowie stabilen Betriebspunktes einer TWK zu bestimmen. Dies soll mit einer zuverlässigen mathematischen Berechnung der Optima, unter Berücksichtigung mehrerer Ziele und verschiedener Unsicherheiten, erreicht werden. Als unsicher angenommen werden dabei
• die Parameter, die diesen Prozess beschreiben (und oft nicht exakt bestimmt werden können), sowie
• die Anforderungen an den Prozess, die sich im Nachhinein ändern können.
In diesem Projekt wurde nun die Software, welche im Vorgängerprojekt (440334941, GR 5332/2-1) entwickelt wurde, um TWKs zu simulieren und optimieren, erweitert. Damit wurde es möglich, intensive, computergestützte Untersuchungen anzustellen, wie sich Unsicherheiten auf den Betrieb auswirken.
Dabei hat sich gezeigt, dass besonders die Parameter, welche das physikalische Dampf-Flüssig-Gleichgewicht beschreiben, sowie der resultierende Dampfsplit am unteren Ende der Trennwand, einen besonders großen Einfluss auf die Reinheiten der Produkte haben. Außer-dem reagieren hohe TWKs mit einer großen Anzahl an theoretischen Stufen besonders sensitiv auf bereits kleine Änderungen.
Zusätzlich wurde eine neue allgemeine Methode entwickelt, die Planer dabei unterstützt, wie eine TWK gebaut werden soll, sodass sie nahezu optimal betrieben werden und gleichzeitig flexibel auf Unsicherheiten reagiert kann.