Optimierungsbasierte Methoden für den systematischen Entwurf von Vielkomponenten-Rektifikationsprozessen

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Im Prozessentwurf werden die entscheidenden Weichenstellungen für die profitable und ressourcenschonende Herstellung chemischer Produkte gestellt. Aus diesem Grund kommt der Entwurfsphase eine zentrale Bedeutung im Lebenszyklus einer Anlage zu. Der systematische Entwurf des geeignetsten Fließbildes wird jedoch durch bekannte Entwurfsverfahren nicht hinreichend unterstützt. Im Rahmen der beantragten Arbeiten soll ein systematischer Ansatz zur Identifizierung des besten destillativen Trennprozesses als Teil eines Gesamtprozesses entwickelt werden. Ausgehend von der Bewertung der Kosten einzelner Destillationskolonnen mit sog. Näherungsverfahren sollen zunächst Fließbilder mit Kreislaufströmen optimiert werden. Dies ist für komplexe Vielstoffgemische nur mit numerischen Optimierungsalgorithmen möglich, die allerdings nur anwendbar sind, wenn die Machbarkeit einer Trennung als Nebenbedingung in ein solches Optimierungsproblem integriert werden kann. Die Entwicklung eines Machbarkeitstest, der diesen Anforderungen genügt, ist ein Ziel der beantragten Arbeitspakete. Erst nachdem die Kreislaufströme festgelegt wurden, wird eine rigorose MINLP-Optimierung des Fließbildes durchgeführt. Hier wird mit einem rigorosen Kolonnenmodell die wirtschaftlichste Kombination aus Stufenanzahl und Verdampferleistung für jede Destillationskolonne im Fließbild gefunden. Zur Initialisierung dieses für azeotrope Vielstoffgemische numerisch anspruchsvollen Optimierungsschrittes sollen dabei die Ergebnisse der vorhergehenden Fließbildoptimierung genutzt werden. Im vorgeschlagenen Syntheserahmenwerk wird somit die Modellkomplexität schrittweise erhöht, um numerisch robust die optimale Fließbildstruktur, die geeignetste Kolonnenauslegung und den optimierten Betriebspunkt zu finden.