Umweltgerechte Prozessführung und Zustandserkennung in Chemieanlagen: Teilvorhaben 1: Entwicklung und Validierung von Zustandserkennungswerkzeugen, Teilvorhaben2: Konzipierung und Erprobung des Zustandserkennungsverfahrens

Nach dem heutigen Stand der Technik wird zur Produktion in Batch-Chemieanlagen der Anlagenstatus im Betrieb vom Anlagenbediener beurteilt. Dies setzt ein hohes Maß an Erfahrungen voraus. Dennoch kommt es zu Fehlproduktionen, die umweltrelevante Entsorgungs- und Nachbearbeitungsaufwände verursachen. Durch eine Zusammenführung aller verfügbaren Informationen und durch deren Verdichtung soll dem Bediener eine Unterstützung bei der Beurteilung des Prozessablaufes gegeben werden, so dass Fehlproduktionen frühzeitig erkannt und vermieden werden können.
Im Teilvorhaben 1 wurden verschiedene Methoden zur Zustandsüberwachung durch neuronale Netze hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit anhand von Technikumsversuchen für eine homogene exotherme Veresterungsreaktion geprüft. Hier zeigte sich, dass sowohl die Zustandsbeurteilung als auch die Prognose mit neuronalen Netzen vielversprechende Ansätze liefern. Hierzu ist allerdings ein hohes Maß an Systemwissen in Vorverarbeitungsstufen zu integrieren.
Im Teilvorhaben 2 wurde ein Online-Monitoring-System (MoSys) entwickelt, das auf dimensionslosen Stoff- und Wärmebilanzen mit adaptiven Komponenten basiert. MoSys muss zuerst mit den Prozessdaten von normalen und unerwünschten Batch-Verläufen angelernt werden, die im Miniplant unter den Bedingungen des Industrieprozesses durchgeführt wurden. Die Adaption der Bilanzmodelle an die Zielanlage erfolgt durch zweischichtige Perceptron-Netze. Um eine vollständige Maßstabsübertragung zu gewährleisten, sollte MoSys mit Prozessdaten von mindestens einem normalen Batch-Verlauf in der Chemieanlage angepasst und validiert werden. MoSys wurde sowohl für eine homogene exotherme Veresterungsreaktion als auch für einen komplexen heterogenen exothermen Hydrierprozess konzipiert. Experimentelle Tests wurden für die Veresterung in einer Pilotanlage und für die Hydrierung in einer industriellen Chemieanlage durchgeführt.
Zur Industrieerprobung wurde MoSys in ein Batch-Informations-Management-System (BIMS) integriert, das auch entwickelt und in das Prozessleitsystem (PLS) einer Mehrzweckanlage im Feinchemie-Werk Radebeul (Degussa AG) implementiert wurde. Dadurch konnten die MoSys-Ausgaben simultan mit wichtigen Prozesssignalen auf den Terminals des PLS visualisiert werden. Zum Beispiel werden der Hydrierungsfortschritt, das vorhergesagte Reaktionsende und die Konzentrationsverläufe des Edukts, Zwischenprodukts und Produkts auf den Terminals der Operatorstationen angezeigt. Wenn unerwünschte Betriebszustände auftreten, wird das Bedienungspersonal frühzeitig alarmiert und Empfehlungen für Gegenmaßnahmen, die nur vom Operator ausgeführt werden dürfen, werden auf den Terminals angezeigt. Die Leistungsfähigkeit von MoSys/BIMS konnte während zweier Hydrierungs-Produktionskampagnen nachgewiesen werden.