SFB 1615: SMART Reactors for Future Process Engineering

SFB 1615:面向未来工艺工程的智能反应器

基本信息

  • 批准号:
    503850735
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Collaborative Research Centres
  • 财政年份:
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

To face climate change and create more resilient supply chains a transformation from fossil feedstocks to renewable raw materials is indispensable. However, renewable raw materials fluctuate seasonally and geologically in their availability and quality (also due to (geo)political crises). Therefore, society urgently requires processes and reactors that can flexibly respond to fluctuating characteristics of raw materials. To enable such adaptation very high level of process control is needed: pressures, temperatures, concentrations and dispersed phases must be monitored within the reactors continuously and in situ using appropriate sensors. Local process control and adjustment during operation must be realized. This requires a deep and fundamental understanding of all relevant transport processes and reaction steps to provide a fast and reliable modelling and simulation for an operando and in situ process optimisation. Fundamental research on these topics will enable technologies for SMART reactors, that convert renewable resources which are more Sustainable into different products (Multipurpose) and that are Autonomously (self-adaptive), which will lead to more Resilient processes that are better Transferable between scales and locations. In our vision the autonomous reactor can in situ measure the local conditions using integrated sensors, which transfer the chemical or electrical signal to the integrated responsive internal components of the reactor (actuators). These actuators self-adapt and therefore optimize the process on a local level. Therefore, this CRC will investigate how local process conditions in reactors can be detected, formulated in models and translated into actions to always ensure optimal process conditions with constant product quality and maximum yield despite fluctuating quality of the feed coming from renewable resources. As exemplary reaction from hydrogen economy, the hydrogenolysis of glycerol to propanediols is used, which includes biochemical, chemical and mechanical transformation steps exemplarily for fluid-fluid and solid-fluid systems. To achieve our vision, interdisciplinary collaboration between process engineering, materials science and electrical engineering with physicists, chemists, mathematicians and data scientists from Hamburg University of Technology and five research institutions enables the focusing of expertise and unique experimental facilities. From the most brilliant X-ray sources in the world for investigating the tiniest building blocks of matter to the world´s largest Magnetic Resonance Tomograph for process imaging in multiphase reactors, the limitations of future processes on all relevant scales will be discovered and tackled. This CRC sets out to pave the way to SMART reactors, which are able to adapt quickly to changing raw materials, energy supply and reaction conditions.
要应对气候变化并创造更具弹性的供应链,从化石原料向可再生原材料的转变是不可或缺的。然而,可再生原材料在可获得性和质量方面存在季节性和地质性波动(也是由于(地缘)政治危机)。因此,社会迫切需要能够灵活应对原材料波动特性的工艺和反应堆。为了实现这种适应,需要非常高水平的过程控制:必须使用适当的传感器对反应器内的压力、温度、浓度和分散相进行连续和现场监测。必须在运行过程中实现就地过程控制和调整。这需要对所有相关的输送过程和反应步骤有深入和基本的了解,以便为操作和现场工艺优化提供快速可靠的建模和模拟。对这些主题的基础研究将使智能反应堆的技术成为可能,这些技术将更可持续的可再生资源转化为不同的产品(多用途)和自主(自适应),这将导致更具弹性的过程,更好地在规模和地点之间转移。在我们的设想中,自主反应堆可以使用集成的传感器在现场测量当地的条件,这些传感器将化学或电信号传输到反应堆的集成响应内部组件(执行器)。这些执行器具有自适应能力,因此可以在局部水平上优化工艺。因此,尽管来自可再生资源的原料质量起伏不定,但该研究中心将研究如何检测反应堆中的本地工艺条件,在模型中制定并将其转化为行动,以始终确保具有恒定产品质量和最大产量的最佳工艺条件。作为氢经济的典型反应,使用了甘油氢解为丙二醇的反应,它包括用于流体-流体和固体-流体系统的典型的生化、化学和机械转化步骤。为了实现我们的愿景,过程工程、材料科学和电气工程与汉堡工业大学和五个研究机构的物理学家、化学家、数学家和数据科学家之间的跨学科合作,使专业知识和独特的实验设施得以集中。从世界上最耀眼的用于研究最微小物质积木的X射线源到世界上最大的用于多相反应堆过程成像的S磁共振断层扫描仪,未来过程在所有相关尺度上的局限性都将被发现和解决。这项研究旨在为智能反应堆铺平道路,这种反应堆能够快速适应不断变化的原材料、能源供应和反应条件。

项目成果

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