Jahrestreffen der Fachgemeinschaft Prozess-, Apparate- und Anlagentechnik

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1 TEILNEHMERLISTE November 2013 Bürgerzentrum Bruchsal Jahrestreffen der Fachgemeinschaft Prozess-, Apparate- und Anlagentechnik

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3 INHALT KOMITEE 4 UNTERSTÜTZER DES CHEMCAR-WETTBEWERBS 4 AUSSTELLERLISTE 5 PROGRAMMÜBERSICHT 6 VORTRAGSPROGRAMM 8 Montag, 18. November Dienstag, 19.November POSTERPROGRAMM 16 KURZFASSUNGEN 17 Vorträge - Montag, 18. November Vorträge - Dienstag, 19.November Poster 83 3

4 KOMITEE / UNTERSTÜTZER DES CHEMCAR-WETTBEWERBS WISSENSCHAFTLICHES KOMITEE R. Goedecke Frankfurt am Main R.W. Kessler Reutlingen R.-H. Klaer Krefeld J.S. Kussi (Vorsitz) Dormagen A. Lohrengel Clausthal K. Mitropetros Frankfurt am Main W. Pehlke Ludwigshafen M. Rittmeister Hölriegelskreuth G. Schembecker Dortmund M. Wilk Darmstadt CHEMCAR-WETTBEWERB MIT UNTERSTÜTZUNG VON BASF SE Ludwigshafen Bayer Technology Services GmbH Leverkusen Evonik Industries AG Hanau Inburex Consulting GmbH Hamm InfraServ GmbH & Co. Knapsack KG Hürth Intergraph Corporation Hoofddorp/NL LANXESS Deutschland GmbH Leverkusen LONZA AG Visp/CH 4

5 AUSSTELLERLISTE ABB Automation GmbH Mannheim AUCOTEC AG Hannover AVEVA GmbH Sulzbach Dassault Systemes Stuttgart BASF SE Ludwigshafen Bayer Technology Services GmbH Leverkusen BKR Ingenieurbüro GmbH Weinheim InfraServ GmbH & Co. Knapsack KG Hürth Intergraph PP&M Deutschland GmbH Ismaning Siemens Industry Software GmbH & Co. KG Essen Soliton Laser- und Messtechnik GmbH Gilching XRG Simulation GmbH Hamburg 5

6 PROGRAMMÜBERSICHT Montag, 18. November :15 Begrüßung PLENARVORTRÄGE Ehrenbergsaal 08:30 Förster 09:00 Polt 09:30 Brüll 10:00 Kaffeepause PLENARVORTRÄGE Ehrenbergsaal 10:30 Birk 11:00 Lausch 11:30 POSTERKURZVORSTELLUNGEN Ehrenbergsaal 12:00 Mittagspause CHEMCAR WETTBEWERB Rechbergsaal Investitionsprojekte: Studenten- und Doktorandenprogramm Verfahrensentwicklung Rohrleitung & Kosten, Termine, Ingenieure in der Erfahrungsbeispiele Equipment Risiken Produktion Ehrenbergsaal Seminarraum 2 Seminarraum 1 Seminarraum 4 14:00 Knaup Zeck Schulte Beerbühl Moritz, Eggers 14:15 Übelhör, Deinken 14:30 Jüngst Vural Gursel Purat 14:45 Poppe 15:00 Kaffeepause Studenten- und Investitionsprojekte: Doktorandenprogramm Verfahrensentwicklung Rohrleitung & Kosten, Termine, Ingenieure in der Erfahrungsbeispiele Equipment Risiken Produktion Ehrenbergsaal Seminarraum 2 Seminarraum 1 Seminarraum 4 15:30 Strazmesterov Podiumdiskussion Speelmanns Dick 16:00 Heitmann Running Corner Wendt Klaer 16:30 Ende des Vortragsprogramms 16:45 Geschäftssitzungen: FGr PAT (Fachgruppe Prozess- und Anlagentechnik) AA-PVP (Arbeitsausschuss Pipes, Valves and Pumps) 20:00-22:00 Abendliches Beisammensein und Verleihung des ChemCar-Pokals Rechbergsaal 6

7 PROGRAMMÜBERSICHT Dienstag, 19. November :15 Bericht aus der Beiratssitzung der FGr PAT (Fachgruppe Prozess- und Anlagentechnik) PLENARVORTRÄGE Rechbergsaal 08:30 Kamp 09:00 Temmen Modellierung und Herausforderungen Themen-Café: Simulation - moderner Methoden der Datenintegration im Anwendungen Produktionskonzepte - Verfahrensentwicklung Lebenszyklus einer in der thermischen Multi Purpose Anlagen Anlage Trenntechnik Rechbergsaal Ehrenbergsaal Seminarraum 2 Seminarraum 1 09:30 Elo, Engels, Bortz Nelißen Burger Lindenthal, Meyer- Rössl, Hermann 10:00 Rittmeister Ehlers Wesche Lorenz 10:30 Dubovy von Harbou Wörsdörfer Kockmann 10:45 Diskussion 11:00 Kaffeepause Themen-Café: Herausforderungen Methoden der Datenintegration im Aus- und Fortbildung moderner Verfahrensentwicklung Lebenszyklus einer Produktionskonzepte Anlage Rechbergsaal Ehrenbergsaal Seminarraum 2 Seminarraum 1 11:30 Herrmann Feise Krasberg Harrmann 11:45 Mankel 12:00 Häfele Sierra Meseguer Radatz Ernst 12:15 Balz 12:30 Lindenthal Mitropetros Lier Steimel 12:45 Diskussion 13:00 Mittagsimbiss 14:00 Ende der Veranstaltung 13:30- Geschäftssitzung ENPRO 15:00 (Energieeffizienz und Prozessbeschleunigung für die Chemische Industrie) 13:30-16:00 Geschäftssitzung AA-KFAA (Arbeitsausschuss Konstruktion und Festigkeit im chemischen Apparate- und Anlagenbau) 14:00- Geschäftssitzungen: 16:00 AA-COST (Arbeitsausschuss Cost Engineering) AA-MPO TAK-TMP FGr-AuF (Arbeitsausschuss Modellgestützte Prozessentwicklung und-optimierung) (Temporärer Arbeitskreis Turnaround Management in der Prozessindustrie) (Fachgruppe Aus- und Fortbildung) 7

8 VORTRAGSPROGRAMM Montag, 18. November :15 Begrüßung J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 ProcessNet 21plus Prozess- und Apparatetechnik in den ProcessNet Zukunftsthemen A. Förster, DECHEMA e.v., Frankfurt/D 09:00 Corporate Technology bei BASF N. Bottke, M. Brüggemann, C. Wulff, A. Polt, BASF SE, Ludwigshafen/D 09:30 Logistik für modulare Produktionsanlagen L. Brüll, S. Kessler, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 10:00 Kaffeepause 10:30 Hochautomatisierte Anlagen - Status, Anforderungen und erforderliche Schritte J. Birk, A. Wernsdörfer, BASF SE, Ludwigshafen/D 11:00 Prozesssimulation - endlich Online! H.-R. Lausch, Evonik Industries AG, Hanau/D; K. Dadhe, Evonik Industries AG, Marl/D 11:30 Posterkurzvorstellungen 12:00 Mittagspause CHEMCAR-WETTBEWERB Investitionsprojekte: Kosten, Termine, Risiken Moderator: W. Pehlke, BASF SE, Ludwigshafen/D 14:00 Enthalpie trifft NPV - Wirtschaftlichkeitsrechnung und Kostenschätzung in frühen Phasen I. Lunt-Rieg, Evonik Industries AG, Hanau/D; B. Knaup, Evonik Industries AG, Marl/D; S. Rohbeck, Dow Deutschland Anlagengesellschaft mbh, Stade/D 14:30 Klassifizierung von Kostenschätzungen T. Jüngst, Siemens AG, Frankfurt/D Seite :00 Kaffeepause Investitionsprojekte: Kosten, Termine, Risiken Moderator: W. Pehlke, BASF SE, Ludwigshafen/D 15:30 Terminrisikoanalysen für kritische Fast-Track-Projekte im Anlagenbau A. Strazmesterov, A. Moritz, BASF SE, Ludwigshafen/D 27 16:00 Multivariate Risikoanalyse eines modularen Anlagenkonzeptes M. Heitmann, J. Elischewski, T. Seifert, C. Bramsiepe, G. Schembecker, TU Dortmund/D 29 16:30 Ende des Vortragsprogramms 16:45 Geschäftssitzungen: FGr PAT, AA-PVP 20:00 Abendliches Beisammensein und Verleihung des ChemCar Pokals 8

9 VORTRAGSPROGRAMM Montag, 18. November :15 Begrüßung J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 ProcessNet 21plus Prozess- und Apparatetechnik in den ProcessNet Zukunftsthemen A. Förster, DECHEMA e.v., Frankfurt/D 09:00 Corporate Technology bei BASF N. Bottke, M. Brüggemann, C. Wulff, A. Polt, BASF SE, Ludwigshafen/D 09:30 Logistik für modulare Produktionsanlagen L. Brüll, S. Kessler, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 10:00 Kaffeepause 10:30 Hochautomatisierte Anlagen - Status, Anforderungen und erforderliche Schritte J. Birk, A. Wernsdörfer, BASF SE, Ludwigshafen/D 11:00 Prozesssimulation - endlich Online! H.-R. Lausch, Evonik Industries AG, Hanau/D; K. Dadhe, Evonik Industries AG, Marl/D 11:30 Posterkurzvorstellungen 12:00 Mittagspause Seite CHEMCAR-WETTBEWERB Studenten- und Doktorandenprogramm - Ingenieure in der Produktion 14:00 Tätigkeitsspektrum eines Betriebsingenieurs S. Zeck, BASF SE, Ludwigshafen/D 14:15 TANDEMVORTRAG Was macht eigentlich ein Betriebsingenieur? Zwei Ingenieure erzählen A. Übelhör, Kelheim Fibres GmbH, Kelheim /D; J. Deinken, Evonik Röhm GmbH, Worms/D 14:45 Ausbildung und Werdegang eines Betriebsingenieurs C. Poppe, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen/D 15:00 Kaffeepause Studenten- und Doktorandenprogramm - Ingenieure in der Produktion 15:30 Podiumsdiskussion Ingenieure in der Produktion R. Goedecke, Hanau/D; R. Grebner, Merck KGaA, Darmstadt/D; J. Deinken, Evonik Röhm GmbH, Worms/D; C. Poppe, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen/D; S. Zeck, BASF SE, Ludwigshafen/D 16:00 Running Corner: Katalysiertes Networking R. Goedecke, Hanau/D; R. Grebner, Merck KGaA, Darmstadt/D; J. Deinken, Evonik Röhm GmbH, Worms/D; C. Poppe, Bayer MaterialScience AG, Leverkusen/D; S. Zeck, BASF SE, Ludwigshafen/D 16:30 Ende des Vortragsprogramms 16:45 Geschäftssitzungen: FGr PAT, AA-PVP 20:00 Abendliches Beisammensein und Verleihung des ChemCar Pokals 9

10 VORTRAGSPROGRAMM Montag, 18. November :15 Begrüßung J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 ProcessNet 21plus Prozess- und Apparatetechnik in den ProcessNet Zukunftsthemen A. Förster, DECHEMA e.v., Frankfurt/D 09:00 Corporate Technology bei BASF N. Bottke, M. Brüggemann, C. Wulff, A. Polt, BASF SE, Ludwigshafen/D 09:30 Logistik für modulare Produktionsanlagen L. Brüll, S. Kessler, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 10:00 Kaffeepause 10:30 Hochautomatisierte Anlagen - Status, Anforderungen und erforderliche Schritte J. Birk, A. Wernsdörfer, BASF SE, Ludwigshafen/D 11:00 Prozesssimulation - endlich Online! H.-R. Lausch, Evonik Industries AG, Hanau/D; K. Dadhe, Evonik Industries AG, Marl/D 11:30 Posterkurzvorstellungen 12:00 Mittagspause CHEMCAR-WETTBEWERB Verfahrensentwicklung Erfahrungsbeispiele Moderator: N. Kockmann, TU Dortmund/D 14:00 Optimierung eines hybriden Erdgas- und Elektrolyse-basierten Verfahrens zur Herstellung von Ammoniak S. Schulte Beerbühl, KIT - Karlsruher Institut für Technologie/D; B. Kolbe, C. Roosen, ThyssenKrupp Uhde GmbH, Dortmund/D; F. Schultmann, KIT - Karlsruher Institut für Technologie/D 14:30 Process-design intensification in flow: direct synthesis of adipic acid I. Vural Gursel, V. Hessel, T. Noël, Q. Wang, TU Eindhoven/NL 15:00 Kaffeepause Verfahrensentwicklung Erfahrungsbeispiele Moderator: N. Kockmann, TU Dortmund/D 15:30 Alternative Nutzung von Kokereigas - experimentelle Untersuchungen mit modularer Versuchsanlage im realen Prozessverbund E. Speelmanns, TU Berlin/D; M. Rieger, J.C. Schöneberger, ThyssenKrupp Uhde GmbH, Dortmund/D; R. Günther, TU Berlin/D; H. Thielert, ThyssenKrupp Uhde GmbH, Dortmund/D; G. Wozny, TU Berlin/D 16:00 Sicherheitsbetrachtungen an Polymerreaktoren mit Hilfe dynamischer Berechnungsmethoden in der industriellen Praxis M. Wendt, InfraServ GmbH & Co. Knapsack KG, Hürth/D 16:30 Ende des Vortragsprogramms 16:45 Geschäftssitzungen: FGr PAT, AA-PVP 20:00 Abendliches Beisammensein und Verleihung des ChemCar Pokals Seite

11 VORTRAGSPROGRAMM Montag, 18. November :15 Begrüßung J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 ProcessNet 21plus Prozess- und Apparatetechnik in den ProcessNet Zukunftsthemen A. Förster, DECHEMA e.v., Frankfurt/D 09:00 Corporate Technology bei BASF N. Bottke, M. Brüggemann, C. Wulff, A. Polt, BASF SE, Ludwigshafen/D 09:30 Logistik für modulare Produktionsanlagen L. Brüll, S. Kessler, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 10:00 Kaffeepause 10:30 Hochautomatisierte Anlagen - Status, Anforderungen und erforderliche Schritte J. Birk, A. Wernsdörfer, BASF SE, Ludwigshafen/D 11:00 Prozesssimulation - endlich Online! H.-R. Lausch, Evonik Industries AG, Hanau/D; K. Dadhe, Evonik Industries AG, Marl/D 11:30 Posterkurzvorstellungen 12:00 Mittagspause CHEMCAR-WETTBEWERB Rohrleitung & Equipment Moderator: R.-H. Klaer, Bayer Technology Services GmbH, Krefeld/D 14:00 TANDEMVORTRAG Verbesserte Fertigung von GFK-Flanschverbindungselementen und werkstoffgerechte Beschreibung des Bauteilverhaltens im Betrieb S. Moritz, MPA Universität Stuttgart/D; A. Eggers, TU Clausthal/D; K. Maile, MPA Universität Stuttgart/D; G. Ziegmann, D. Meiners, TU Clausthal/D 14:30 Zulässige Pumpenstutzenlasten "Knackpunkt im Piping" J. Purat, Bayer Technology Services GmbH, Krefeld/D 15:00 Kaffeepause Rohrleitung & Equipment Moderator: R.-H. Klaer, Bayer Technology Services GmbH, Krefeld/D 15:30 Übergabe von Asset und Informationen - RFID Erkennung am Beispiel des Kugelhahnes S. Dick, MECAFRANCE (Deutschland) GmbH, Bonn/D Seite :00 Armaturenklassenkonzepte in der chemischen Industrie R.-H. Klaer, Bayer Technology Services GmbH, Krefeld /D 42 16:30 Ende des Vortragsprogramms 16:45 Geschäftssitzungen: FGr PAT, AA-PVP 20:00 Abendliches Beisammensein und Verleihung des ChemCar Pokals 11

12 VORTRAGSPROGRAMM Dienstag, 19. November :15 Bericht aus der Beiratssitzung der FGr PAT Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 Turnaround Excellence 2.0 H. Kamp, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 09:00 DEXPI (Data EXchange Process Industry) auf Basis von ISO Stand des R&I Projektes A. Teinert, BASF SE, Ludwigshafen/D; H. Temmen, Evonik Industries AG, Marl/D; L. von Wedel, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Themen-Café: Datenintegration im Lebenszyklus einer Anlage Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 09:30 DEXPI (Data EXchange Process Industry) auf Basis von ISO Lösungen der CAE Provider M. Elo, Siemens AG, Bonn/D; R. Engels, Bentley Systems Germany GmbH, Ismaning/D; D. Lindenthal, Intergraph PP&M Deutschland GmbH, Ratingen/D; R. Meyer-Rössl, Autodesk GesmbH, Wels/A; M. Herrmann, AVEVA GmbH, Sulzbach/D 10:00 IT Systemverbund aus Sicht der EPCs und Owner Operators M. Rittmeister, Linde AG, Pullach/D 10:30 Revisionssichere Schnittstelle zwischen Verfahrens- und Prozessleittechnik M. Dubovy, Rösberg Engineering GmbH, Karlsruhe/D 10:45 Diskussion Seite :00 Kaffeepause Themen-Café: Datenintegration im Lebenszyklus einer Anlage Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 11:30 Mobile Computing in Anlagenplanung und -betrieb - Strategien und Konzepte von AVEVA M. Herrmann, AVEVA GmbH, Sulzbach/D 11:45 Augmented Reality in der Anlagenindustrie - Optimierung der Prozesse im Anlagenlebenszyklus mit Hilfe mobiler AR-Lösungen A. Mankel, Augmensys Deutschland GmbH, Schwelm/D 12:00 Comos als Bedienoberfläche für den Prozesssimulator OPTISIM M. Häfele, H. Hemberger, J. Höfner, A. Kröner, Linde AG, Pullach/D 12:15 CheMaTronik Ausbildung - Technische Visualisierung als Mittel der interdisziplinären Kommunikation U.K. Trägner, D. Balz, Hochschule Mannheim/D 12:30 "Lean Construction" ein 20-jähriger Megatrend auf dem Weg zur produktiven Reife?! S. Konietzka, D. Lindenthal, Intergraph PP&M Deutschland GmbH, Ratingen/D 12:45 Diskussion 13:00 Mittagsimbiss 14:00 Ende der Veranstaltung 13:30 Geschäftssitzungen: ENPRO, AA-KFAA

13 VORTRAGSPROGRAMM Dienstag, 19. November :15 Bericht aus der Beiratssitzung der FGr PAT Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 Turnaround Excellence 2.0 H. Kamp, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 09:00 DEXPI (Data EXchange Process Industry) auf Basis von ISO Stand des R&I Projektes A. Teinert, BASF SE, Ludwigshafen/D; H. Temmen, Evonik Industries AG, Marl/D; L. von Wedel, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Modellierung und Simulation - Anwendungen in der thermischen Trenntechnik Moderator: G. Fieg, TU Hamburg-Harburg/D 09:30 Hierarchische Modellierung, Simulation und Optimierung von Destillationsprozessen M. Bortz, R. Welke, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern/D; J. Burger, TU Kaiserslautern/D; A. Scheithauer, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern/D; S. Blagov, A. Dittel, O. Ryll, N. Asprion, BASF SE, Ludwigshafen/D; K.-H. Küfer, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern/D; H. Hasse, TU Kaiserslautern/D Seite :00 Reaktive Trennwandkolonnen: experimenteller Betrieb und mathematische Simulation C. Ehlers, G. Fieg, TU Hamburg-Harburg/D 10:30 Morphologischer Ansatz zur Entwicklung zuverlässiger Modelle der heterogen katalysierten Reaktivdestillation E. von Harbou, TU Kaiserslautern/D; M. Schmitt, BASF SE, Ludwigshafen/D; H. Hans, TU Kaiserslautern/D 11:00 Kaffeepause Aus- und Fortbildung Moderator: M. Wilk, Merck KGaA, Darmstadt/D 11:30 Kompetenzen für Absolventen der Verfahrenstechnik, des Chemie- und Bioingenieurwesens in einer globalisierten Welt H.J. Feise, T. Bott, W. Seyfert, BASF SE, Ludwigshafen/D :00 TCF - More reasons why chemical engineering is cool J.E. Oude Lenferink, A. Bults, B. Sierra Meseguer, Fluor, Haarlem/NL 62 12:30 Kurz vor dem Berufseinstieg: das ProcessNet Mentoringprogramm K. Mitropetros, DECHEMA e.v., Frankfurt am Main/D 13:00 Mittagsimbiss 14:00 Ende der Veranstaltung 13:30 Geschäftssitzungen: ENPRO, AA-KFAA 14:00 Geschäftssitzungen: AA-COST, AA-MPO, TAK-TMP, FGr-AuF 13

14 VORTRAGSPROGRAMM Dienstag, 19. November :15 Bericht aus der Beiratssitzung der FGr PAT Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 Turnaround Excellence 2.0 H. Kamp, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 09:00 DEXPI (Data EXchange Process Industry) auf Basis von ISO Stand des R&I Projektes A. Teinert, BASF SE, Ludwigshafen/D; H. Temmen, Evonik Industries AG, Marl/D; L. von Wedel, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Herausforderungen moderner Produktionskonzepte - Multi Purpose Anlagen Moderator: T. Bott, BASF SE, Ludwigshafen/D 09:30 Effizienzsteigerung durch Prozessintensivierung im Multi-Purpose Umfeld M. Nelißen, M. Kohnke, S. Härtner, D. Schmalz, Merck KGaA, Darmstadt/D Seite :00 Ökologische Bewertung von Prozessen in Mehrproduktanlagen M. Wesche, TU Braunschweig/D; M. Häberl, M. Kohnke, Merck KGaA, Darmstadt/D; S. Scholl, TU Braunschweig/D 10:30 Logistik modularer Produktion in der Prozessindustrie - erste Ergebnisse des ModuLOG-Forschungsprojekts D. Wörsdörfer, S. Lier, M. Grünewald, Ruhr-Universität Bochum/D 11:00 Kaffeepause Herausforderungen moderner Produktionskonzepte Moderator: T. Bott, BASF SE, Ludwigshafen/D 11:30 Auswahl technischer Reaktoren für modulare, kontinuierliche Kleinanlagen N. Krasberg, INVITE GmbH, Leverkusen/D; L. Hohmann, N. Kockmann, TU Dortmund/D 12:00 Einbindung von Flexibilitätsanalysen und Anlagenerweiterungsstrategien in die Anlagenplanung H. Radatz, T. Seifert, G. Schembecker, C. Bramsiepe, TU Dortmund/D 12:30 Produkt-Dienstleistungs-Systeme und Geschäftsmodelle für die wandlungsfähige Produktion in der Prozessindustrie S. Lier, D. Wörsdörfer, J. Gesing, M. Grünewald, Ruhr-Universität Bochum/D 13:00 Mittagsimbiss 14:00 Ende der Veranstaltung 13:30 14:00 Geschäftssitzungen: ENPRO, AA-KFAA Geschäftssitzungen: AA-COST, AA-MPO, TAK-TMP, FGr-AuF

15 VORTRAGSPROGRAMM Dienstag, 19. November :15 Bericht aus der Beiratssitzung der FGr PAT Plenarvorträge Moderator: J.S. Kussi, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D 08:30 Turnaround Excellence 2.0 H. Kamp, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D 09:00 DEXPI (Data EXchange Process Industry) auf Basis von ISO Stand des R&I Projektes A. Teinert, BASF SE, Ludwigshafen/D; H. Temmen, Evonik Industries AG, Marl/D; L. von Wedel, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Methoden der Verfahrensentwicklung Moderator: H.-R. Lausch, Evonik Industries AG, Hanau/D 09:30 Hierarchical process design using multi-objective optimization and varying model depth - method and examples J. Burger, H. Hasse, TU Kaiserslautern/D 10:00 Systematik zur anlagenweiten Optimierung komplexer Downstream-Prozesse in der Chemischen Industrie H.-M. Lorenz, J.-U. Repke, TU Bergakademie Freiberg/D; D. Staak, Lonza Group Ltd, Visp/CH 10:30 Scale-up der kontinuierlichen Gegenstromextraktion in Kolonnen - Von Laborversuchen zur technischen Umsetzung A. Holbach, N. Kockmann, TU Dortmund/D 11:00 Kaffeepause Methoden der Verfahrensentwicklung Moderator: G. Fieg, TU Hamburg-Harburg/D 11:30 Management von Laborarbeit durch statistische Untersuchungen an Simulationsmodellen M. Harrmann, C. Bramsiepe, G. Schembecker, TU Dortmund/D 12:00 Praktische Erfahrungen mit der Pareto-Optimierung verfahrenstechnischer Apparate und Prozesse P. Ernst, G. Fieg, TU Hamburg-Harburg/D 12:30 Modellbasierte Synthese und Optimierung von Prozessen mit realem thermodynamischen Stoffverhalten J. Steimel, D. Krahé, S. Engell, TU Dortmund/D 13:00 Mittagsimbiss 14:00 Ende der Veranstaltung 13:30 14:00 Geschäftssitzungen: ENPRO, AA-KFAA Geschäftssitzungen: AA-COST, AA-MPO, TAK-TMP, FGr-AuF Seite

16 POSTERPROGRAMM P1 P2 P3 P4 P5 P6 Konzeption und Inbetriebnahme einer neuen Technikumsanlage zur Absorption und Desorption von CO2 N. Hüser, E.Y. Kenig, Universität Paderborn/D Eine neue Methode für das Retrofit von Wärmeübertragernetzwerken C. Brandt, O. Engel, XRG Simulation GmbH, Hamburg/D; G. Fieg, T. Bohnenstädt, TU Hamburg-Harburg/D Untersuchungen eines Thermoblechapparats für die Naturumlaufverdampfung R. Goedecke, S. Scholl, TU Braunschweig/D Physikalisch-chemische Modellierung und Simulation der Reaktivabsorption von Kohlendioxid in aktivierten Pottasche Lösungen M. Imle, N. McCann, J. Kumelan, D. Speyer, G. Maurer, H. Hasse, TU Kaiserslautern/D Gewusst wie - Workflows für die Datenvorverarbeitung M. Theißen, Y. Heng, M. Soemers, AixCAPE e.v., Aachen/D In-situ FT-IR reaction monitoring using standard detector M. Kleimann, ABB Automation GmbH, Frankfurt/D

17 Kurzfassungen 17

18 ProcesNet Prozess- und Apparatetechnik in den ProcessNet Zukunftsthemen A. Förster, DECHEMA e.v., Frankfurt am Main/D Wie können wir den steigenden Rohstoffbedarf unserer Gesellschaft in der Zukunft decken? Wie kann die Chemische Industrie mit einem fluktuierenden Rohstoff und Energieangebot umgehen? Welche Lösungen bietet die Verfahrenstechnik hinsichtlich einer emissionsarmen und abwasserfreien Produktion? 80 Experten aus ProcessNet, anderen Disziplinen und Branchen diskutierten Anfang Juni 2013 diese und andere Fragen und haben gemeinsam Handlungsfelder und konkrete Aktivitäten für ProcessNet definiert. Die diskutierten Bereiche umfassten die Themenfelder: - Gewinnung, Aufbereitung, Konditionierung und Veredelung von Rohstoffen - Recycling und Wertstoffkreisläufe - Energieumwandlung und -speicherung - Ressourceneffizienz verfahrenstechnischer Prozesse - Industrielle Wasser- und Abwassertechnologie - Transformation von agrarischen Rohstoffen In den o.g. sechs Themenclustern wurden insgesamt über 20 konkrete Handlungsfelder und Aktivitäten identifiziert, die nun in interdisziplinären Teams weiter vorangetrieben werden sollen. In dem Vortrag werden diese Handlungsfelder vorgestellt und Möglichkeiten zur Mitarbeit seitens der Prozess-, Apparate- und Anlagentechnik aufgezeigt. 18

19 Corporate Technology bei BASF N. Bottke, M. Brüggemann, C. Wulff, A. Polt, BASF SE, Ludwigshafen/D BASF hat im Rahmen der We create Chemistry -Strategie eine Stärkung der Produktions-Technologien sowohl langfristig-strategisch als auch durch Operational Excellence in den bestehenden Anlagen beschlossen und eine Zentraleinheit Corporate Technology and Operational Excellence aufgebaut. Produktionstechnologien bei BASF können als DNA der Firma angesehen werden und sind in vielen Fällen die Basis für eine Differenzierung vom Wettbewerb. Diese Technologien reichen von Grundverfahren für Ammoniak und Olefine über Zwischenprodukte bis hin zu Spezialitäten, Pflanzenschutzmittel, Vitaminen, Katalysatoren und Bauzusatzstoffen. Zu den Herausforderungen von Corporate Technology gehören die Beurteilung aktueller und zukünftiger Produktionstechnologien zusammen mit den Technologieinhabern, die Begutachtung von Investitionsprojekten und Akquisitionen sowie das Aufzeigen zukünftiger Wege in geschäftsspezifischen Technologiestrategien. Im Rahmen dieses Übersichtsvortrages erläutern wir die Rahmenbedingungen, Herausforderungen und methodische Ansätze, mit denen wir dem Anspruch unserer Zentraleinheit We catalyze BASFs Excellence in Chemistry gerecht werden. 19

20 Logistik für modulare Produktionsanlagen Prof. Dr. Ludger Brüll, Dr. Stephan Kessler, Bayer Technology Services GmbH Neue und nachhaltige Konzepte zur Produktion von Materialien und Chemikalien stehen in den letzten Jahren im Fokus der verfahrenstechnischen Forschung. Dezentralisierte Anlagen und modulare Ansätze, hin zu kleinen und mittelgroßen Produktionsanlagen, werden in Zukunft eine bedeutendere Rolle in der Prozesstechnik gewinnen, da so die Produktionsmengen exakt auf die individuellen Märkte zugeschnitten werden können. Um dieses Potential auch ökonomisch voll ausschöpfen zu können, müssen die modularen Produktionskonzepte in sichere, zuverlässige und kostengünstige end-to-end Logistik- und Supply Chain-Prozesse eingebettet werden. Der Logistikprozess ist daher auch modular, skalierbar und flexibel zu gestalten; die damit verbundenen Planungsaktivitäten müssen zeitlich immens verkürzt werden. Um diese Ziele zu erreichen, sind intensive Forschungs- und Entwicklungsaufgaben für die Inbound-Logistik (Versorgung mit Rohstoffen und Verpackungsmaterialien) Logistik in der Produktion (Zwischenspeichern, Fördern, Verpacken, Palettieren, Etikettieren, ), und Outbound-Logistik (Verteilung der Fertigprodukte) zu bearbeiten: Die logistischen Units/Apparate müssen an die Erfordernisse angepasst werden. Hierzu gehört die Standardisierung und Modularisierung der Apparate zum Entladen, Abfüllen, Verpacken, Speichern und Transportieren. Die Logistikprozesse müssen angepasst werden. Hierzu gehören Standardschnittstellen und autonome Steuermechanismen für die Logistik- Apparate. Letztendlich müssen die logistischen Units als Cyber Physical Systems angesprochen werden, um das Plug and Produce -Paradigma über der gesamten Supply Chain umsetzen zu können. 20

21 Supply Chain Engineering und Planungsprozesse müssen drastisch verkürzt und automatisiert werden. Basierend auf Schlüsselinformationen (wie z.b. geplanten Produktionsmengen, Örtlichkeiten und verfügbaren Infrastrukturen, Netzwerk für die Rohstoffversorgung, Kundennetzwerke) müssen leistungsstarke Assistenzsysteme verfügbar sein, um quasi auf Knopfdruck Planungsdaten wie o Stückliste der benötigten Logistikapparaturen o Verschaltung der Logistikapparaturen o Notwendige Steuerungsprozeduren o Kostenschätzung zur Investition und dem Betrieb zu generieren. Das Anlagenpersonal zur Installation der logistischen Apparate, zur Implementierung der Steuerungsprozeduren oder für die Wartung und Betriebsbetreuung muss trainiert und ausgebildet werden. Im Fokus muss dabei der professionelle Umgang mit der Variantenvielfalt der logistischen Apparate stehen. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zur Organisation des Anlagenpersonals müssen erarbeitet werden. Der Vortrag wird einen Überblick zum Thema vermitteln und die grundlegenden Aufgabenstellungen anhand von Fallbeispielen erläutern. 21

22 Hochautomatisierte Anlagen - Status, Anforderungen und erforderliche Schritte Dr.-Ing. Joachim Birk, Dr. Ing. Andreas Wernsdörfer, BASF SE, Ludwigshafen Vor wenigen Jahren war es unvorstellbar, dass Autos vollautomatisch über Straßen fahren. Car-IT ermöglicht - durch zunehmend intelligente Sensoren, unterschiedliche Assistenten sowie deren Vernetzung - stressreduziertes Fahren und damit einhergehend reduzierte Unfallrisiken sowie ökonomische und ökologische Vorteile. Im Vortrag wird gezeigt, dass ähnliche Anforderungen an innovatives Production-IT zu stellen sind, um prozesstechnische Produktionsanlagen hoch zu automatisieren. Wichtige Elemente derartiger Automatisierungslösungen sind innovative Mensch-Maschine-Schnittstellen bestehend aus flexiblen Bildschirmen und intelligenter Navigation, Assistenzsysteme, mit denen die technische Komplexität im Automatisierungsmodul gekapselt wird, um somit den Anlagenfahrern unkompliziertes Bedienen und Beobachten zu ermöglichen (z.b. Alarmunterdrückung, robuste Regelung, Produktwechsel-Assistent) sowie die Vernetzung aller eingesetzten Automatisierungsmodule hinsichtlich Funktion sowie Mensch-Maschine-Schnittstelle und die hierfür erforderliche Production-IT Infrastruktur. Mit Hilfe betriebsspezifischer Analysen hinsichtlich der Bedarfe sowie anlagenspezifischer Implementierungs-Roadmaps von Automatisierungsmodulen lassen sich Produktionsanlagen schrittweise geplant hochautomatisieren. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass alle automatisierungstechnischen Maßnahmen jeweils bereits isoliert betrachtet wirtschaftlich sind und dass die erwarteten Ergebnisse der Automatisierungsmaßnahmen zeitlich mit den Bedarfen übereinstimmen (wie z.b. Mehrbedarf an Kapazität, Migration eines existierenden Automatisierungssystems oder Kompensation altersbedingter Personalabgänge). 22

23 Prozesssimulation - endlich Online! Hans-Rolf Lausch, Evonik Industries AG, Hanau Kai Dadhe, Evonik Industries AG, Marl Die Prozesssimulation ist aus dem Lebenszyklus von Chemieanlagen, startend von der Entwicklung über die verschiedenen Planungsphasen bis zum Bau und dem Betrieb nicht mehr wegzudenken. Auch das Troubleshooting, Debottlenecking und die Optimierung unserer Anlagen wir häufig mit der Simulation begleitet, wobei diese Methoden in der Regel Offline angewendet werden. Die Integration der Engineering Tools erlaubt mittlerweile einen relativ einfachen Einstieg in die Online-Anwendung von komplexen, nichtlinearen verfahrenstechnischen Modellen, welche einen erheblichen Nutzen bei der Optimierung unserer Anlagen generieren. Im Rahmen des Vortrages werden zwei Anwendungsmethoden vorgestellt: 1. Simulation parallel zum Prozess als rigoroser Softsensor (Open-Loop) Die Online Bestimmung von prozesstechnischen Parametern, welche nicht direkt im Prozessleitsystem zur Verfügung gestellt werden, gewinnt eine zunehmende Bedeutung beim Betrieb und der Auslegung unserer Anlagen. Einer dieser Parameter ist z.b. der Bodenwirkungsgrad von Destillationskolonnen, der sich während des Betriebes durchaus ändern kann und einen starken Einfluss auf die optimale Fahrweise der Kolonnen hat. Zur kontinuierlichen Bestimmung wichtiger Kenngrößen und Parameter, wie dem Bodenwirkungsgrad setzen wir häufig rigorose Simulationsmodelle als Softsensoren ein. 2. Optimierung mit Simulation im geschlossenen Regelkreis (Closed-Loop) Bei der zweiten Anwendungsmethode, der Real Time Optimization (RTO) handelt es sich um die Kopplung eines klassischen linearen Mehrgrößenregelungskonzeptes mit einem stationären rigorosen Simulationsmodell. Diese Methode eignet sich besonders zur Online-Optimierung von Produktionsprozessen mit vielen komplexen Reaktionen und sich ändernden Einflussfaktoren, wie variierende Rohstoffzusammensetzungen und Umgebungsbedingungen. Anhand von verschiedenen Praxisbeispielen wird der wirtschaftliche Nutzen dieser Online-Methoden veranschaulicht. 23

24 Enthalpie trifft NPV Wirtschaftlichkeitsrechnung und Kostenschätzung in frühen Phasen Ingrid Lunt-Rieg, Evonik Industries AG, Hanau, Dr. Bernhard Knaup, Evonik Industries AG, Marl, Sita Rohbeck, Dow Deutschland Anlagengesellschaft mbh, Stade Mit Hilfe der Thermodynamik lassen sich die Massen- und Energiebilanzen chemischer Prozesse in der Regel sehr gut beschreiben. Wenn es aber darauf ankommt, die Kosten eines Prozesses zu eruieren, sind Enthalpie, Entropie und Exergie allein nicht hilfreich. Die alles entscheidende Frage: Lohnt sich das oder nicht? blieb in der Simulation unbeantwortet. Das hat sich geändert. Nach dem Motto Enthalpie trifft Net Present Value w erden Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen in frühen Projektphasen bereits als Teil der Prozesssimulation möglich. Bisher wurden in einem iterativen Prozess zum Teil recht detaillierte technologische Lösungen inklusive Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erarbeitet. Dabei stellte erst der angestrebte monetäre Wirkungsgrad das Ende der Iteration dar. Gefürchtete Fragen waren nun: Sind Industriekostenkurve und Position sich in der Entwicklung befindlicher Prozesse in Relation zum Wettbewerber bekannt? Welchen Einfluss hat die Volatilität von beispielsweise dem Ölpreis auf die Profitmarge? Eine Herstellkostenrechnung wird basierend auf den Ergebnissen der Prozesssimulation mit den geschlossenen Mengen-, Komponenten- und Energiebilanzen erstellt. Die Verwendung des Aspen Simulation Workbook, als Teil der Aspen Engineering Suite, in Kombination mit Excel ermöglicht die Analyse verschiedener Szenarien und Fallstudien. Ein eigens dafür entwickeltes Visualisierungstool hilft bei der Identifizierung der Kostentreiber. Ausgabeparameter sind einzelne Module der Herstellkostenrechnung und können Energie- und Materialkosten in /kg Produkt sowie Investitions-, Personal- und Instandhaltungskosten beinhalten. Anwendungen sind Analyse von Wettbewerbern, Benchmarking, Machbarkeitsstudien, Technologiebewertung und Standortanalysen. Volatilitäten lassen sich durch Kombination von Prozesssimulation mit Monte-Carlo- Methoden beschreiben und bewerten. Dadurch wird zusätzlich zur technischen auch eine wirtschaftliche Auswertung von Prozessalternativen möglich. 24

25 Mit welcher Genauigkeit die Investkosten aus den Ergebnissen der Prozesssimulation abgeschätzt werden, ist abhängig von den Eingabeparametern, die der Nutzer angibt. So kann man aus der Simulation einer Destillationskolonne sowohl eine Kolonne mit Böden als auch mit strukturierter Packung in die Kostenschätzung übertragen. Die Auswahl geeigneter Ausrüstungsteile hat entscheidenden Einfluss auf die zu ermittelnden Kosten. Eine Länderreferenzbasis bestimmt Stundensätze und Produktivitäten und somit die Montagekosten. Über die Festlegung der Auslegungsbasis, der sog. Design Basis, ist eine Anpassung an lokale Gegebenheiten wie z.b. Bodenbeschaffenheit, Erdbebenanforderungen etc. möglich. Eine zusätzliche Option ermöglicht die detaillierte Bestimmung von Stundensätzen und Produktivitäten für einzelne Montagegewerke. Zu guter Letzt umfasst eine Prozesssimulation lediglich Apparate und Maschinen, die für das Verfahren benötigt werden. Inwieweit für ihre Errichtung eine Stahlbühne oder ein Gebäude erforderlich ist, ein zusätzlicher Kühlturm gebaut werden muss oder eine vorhandene Rohrbrücke eine Erweiterung bedarf, obliegt dem Nutzer, der diese Ausrüstungsteile in der Software definieren muss. 25

26 Klassifizierung von Kostenschätzungen Tatjana Jüngst Certified Cost Technician by AACE International Siemens AG Industriepark Höchst B Frankfurt am Main Die Kosten für ein Projekt zu kennen ist im heutigen Umfeld von beschleunigtem Wirtschaftswachstum und immer weitere steigender Rohstoffpreise ein enormer Wettbewerbsvorteil. Neben dem Kostenfaktor für Rohstoffe ist ein weiterer Kostenfaktor im Anlagenbau die steigenden Engineering und Montagekosten. Auf einem Arbeitsmarkt, der global zusammenwächst, gibt es in regionaler Ausprägung der Situation nur geringe Unterschiede. Auch die Beschaffung von Apparaten und Maschinen für ein Anlagenbauprojekt findet immer mehr auf dem Weltmarkt statt. Um den Anforderungen in diesem global agierenden Markt zu begegnen, werden Kostenschätzungen für Projekte in der Prozessindustrie in immer früheren Phasen benötigt. Diese Kostenschätzungen werden von Cost Engineers bzw. Kostenschätzer erstellt, die sich bei Ihrer Arbeit folgenden Herausforderungen stellen müssen: der Schätzung der Kosten auf Basis weniger Schlüsselangaben der Prognose der Kosten für künftige Projekte Internationale Vergleichbarkeit von Kostenschätzungen Die erforderlichen Werkzeuge und Methoden zur Kostenschätzung sind im Cost Engineering in der Regel vorhanden, die internationale Vergleichbarkeit muss noch verfeinert werden. Diese Vergleichbarkeit kann durch eine einheitliche Nomenklatur und Klassifizierung erreicht werden. Hierzu existieren weltweit verschiedene Arbeitskreise und Verbände des Cost Engineering, deren Mitglieder diese Themen vorantreiben. Eine anerkannte Methode bei der Klassifizierung von Kostenschätzungen, im internationalen Anlagenbau, ist das Vorgehen und die Nomenklatur der AACE International (Association for the Advancement of Cost Engineering). Die Methode des AACE beruht auf der Spezifikation der Projektphasen und deren korrespondierenden Eingangsdokumenten. Mit diesen und weiteren Projektinformationen werden die Genauigkeitsklassen der Kostenschätzung einheitlich und verbindlich festgelegt. 26

27 Terminrisikoanalysen für kritische Fast-Track-Projekte Alexander Strazmesterov; Alexander Moritz BASF SE Ludwigshafen Hintergrund Investitionsvorhaben im Anlagenbau sind oft sehr komplex und stellen hohe Anforderungen an das Projektmanagement. Durch immer kürzere time-to-market Anforderungen werden Terminpläne stark komprimiert. Schon früh müssen ausführende Einheit bzw. der Auftragnehmer belastbare Aussagen zur terminlichen Machbarkeit treffen. Dem Wunsch des Kunden nach einem frühen aber verlässlichen Endtermin stehen jedoch eine Vielzahl von Risiken und Unwägbarkeiten gegenüber, die eine klare Aussage erschweren. Dies birgt Konfliktpotential in sich. Doch nicht nur zu Beginn, sondern auch während der Abwicklung von Projekten mit engen Terminen greifen herkömmliche deterministische Betrachtungsweisen oft zu kurz. Deshalb sind probabilistische Methoden, wie beispielsweise die quantitative Terminrisikoanalyse, für die Beherrschung von komplexen Fast-Track-Projekten unerlässlich. Ablauf einer Schedule Risk Analyse (SRA) im Anlagenbau Im BASF Anlagenbau wird diese Methode bereits erfolgreich auf Großprojekte angewandt. Die projektspezifischen Terminrisiken werden sowohl durch Analyse des Projektumfangs und des Terminplans, als auch durch die Ermittlung kritischer Pfade systematisch identifiziert und hinsichtlich Ihrer Auswirkungen auf die Investitionskosten bewertet. Zusammen mit allen Stakeholdern werden konkrete Maßnahmen zur Risikominderung aufgestellt und in ein speziell für Monte-Carlo-Analysen vorgesehenes Terminplanmodell eingearbeitet. Dann wird eine für die jeweilige Projektphase typische statistische Streuung der Aktivitätendauern in Form von probabilistischen Verteilungen berücksichtigt. In ähnlicher Form wird die Auswirkung der konkreten Risiken auf bestimmte Aktivitäten modelliert. Um aufzuzeigen, wie die einzelnen Risikotreiber das Gesamtprojekt beeinflussen, wird die eigentliche Monte- Carlo-Terminplansimulation durchgeführt. Dabei wird die Wahrscheinlichkeit berechnet, mit der das Projekt innerhalb der Zielvorgaben bleibt. Außerdem lässt 27

28 sich über Kosten/ Nutzenbetrachtungen ableiten, durch welche konkreten Maßnahmen eine frühe Fertigstellung wirtschafltlich realisiert werden kann. Wahrscheinlichkeitsverteilungen, Tornadodiagramme und spezifische Risk Register bieten somit den Projektverantwortlichen eine fundierte Entscheidungsgrundlage zur Risikominderung. Abbildung: Beispiele für Wahrscheinlichkeitsverteilung und Tornadodiagramm Résumée Die Terminrisikoanalyse ist ein effektives Werkzeug zu einer kostenoptimierten Fast- Track Projektabwicklung. Die Diskussion um die terminliche Machbarkeit wird versachlicht und die Zusammenarbeit zwischen Kunden und Projektteam erleichtert. Darüber hinaus schärft der Einsatz dieser Methodik bei allen Stakeholdern das Bewusstsein für terminliche Risiken und bildet so einen weiteren Baustein für vorausschauendes Projektmanagement. 28

29 Multivariate Risikoanalyse eines modularen Anlagenkonzeptes M. Heitmann, J. Elischewski, T. Seifert, C. Bramsiepe, G. Schembecker Technische Universität Dortmund, Dortmund/Germany Obwohl volatile Märkte und Rohstoffpreisschwankungen zu den großen Herausforderungen chemischer Unternehmen zählen, ist eine gleichzeitige Betrachtung von Markt und Prozess in der industriellen Praxis noch nicht Stand der Technik. Eine Möglichkeit die Auswirkung gewinnreduzierender Volatilität zu verringern, ist der Einsatz eines modularen Anlagenkonzeptes. Die Verwendung von modularen, standardisierten Apparaten mit festen Kapazitätsstufen ermöglicht es mittels Numbering Up die Kapazitätsflexibilität der Anlage zu erhöhen und somit die Produktionskapazität an Marktschwankungen anzupassen. Um somit eine wirtschaftliche Kapazität der Anlage zu wählen, muss die Marktvolatilität bereits in der Planungsphase der Anlage berücksichtigt werden. Im Rahmen des Vortrages wird dargelegt, wie für modulare Anlagenkonzepte mit Hilfe einer multivariaten Risikoanalyse die schwankenden Rohstoffpreise bei volatilen Absatzmärkten berücksichtigt werden. Die Risikoanalyse wird exemplarisch am Verfahren der Hydroformylierung von Propen zu Butanal aufgezeigt, bei der für eine Investition relevante Risiken identifiziert und quantifiziert werden. Zur Beurteilung des Risikos und zur Festlegung der Produktionskapazität wird der Cash Flow at Risk als Risikomaß verwendet, um den maximalen Verlust durch Marktvolatilität aufzuzeigen. Weiterhin wird eine Entscheidungsbaumanalyse zur Generierung von Anlagensetups vorgestellt, deren Kapazität durch Installation weiterer modularer Apparate an den Markt angepasst wird. Die frühzeitige Abschätzung der Kapazitätsflexibilität durch Identifikation der equipmentspezifischen Flexibilitätsparameter ermöglicht eine wirtschaftliche Anpassung des Anlagensetups an die jeweiligen Marktszenarien. Darauf aufbauend wird der Einfluss unterschiedlicher Faktoren wie der Volatilität und der Geschwindigkeit des Marktwachstums auf die Investitionsentscheidung verdeutlicht. 29

30 Optimierung eines hybriden Erdgas- und Elektrolyse-basierten Verfahrens zur Herstellung von Ammoniak Simon Schulte Beerbühl, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany; Dr. Bärbel Kolbe, ThyssenKrupp Uhde GmbH, Dortmund, Germany; Dr. Christoph Roosen, ThyssenKrupp Uhde GmbH, Dortmund, Germany; Prof. Dr. Frank Schultmann, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany Die durch wachsende Einspeisung von Wind- und Solarenergie erzeugte Reduktion der Börsenpreise für Elektrizität steigert die Attraktivität Elektrolyse-basierter Prozesse. Insbesondere Wasserstoff wird in der Elektrizitäts- und Energiewirtschaft aufgrund der Fähigkeit zur kurzfristigen Absorption überschüssiger Elektrizitätslasten eine hohe Bedeutung zugemessen. Für die Nutzung des Wasserstoffs in chemischen Synthesen, wie beispielsweise zu Methan, Methanol oder Ammoniak, ist ein möglichst stationärer Betrieb vorteilhaft, während die Elektrolyse gut an die Fluktuationen in der Elektrizitätswirtschaft anpassbar ist. Eine stationäre Betriebsführung der Elektrolyse widerspricht dagegen der Idee, Niedrigpreisphasen am Elektrizitätsmarkt bzw. Zeiten hoher Einspeisung von Windund Solarenergie zu nutzen. Aus diesem Grund wird ein Konzept vorgestellt, das über parallele Erzeugungspfade für Wasserstoff (siehe Abb. 1) verfügt und somit zu jeder Zeit H 2 erzeugen kann, ohne auf teure bzw. knappe Elektrizität zurückgreifen zu müssen. Durch diese Anordnung können sowohl die Anforderungen des Elektrizitätsmarktes nach flexibel zuschaltbaren Lasten sowie intermittierendem Betrieb, sowie die Anforderungen der Synthese nach stetiger Bereitstellung von H 2 erfüllt werden. In der Auslegung stellt sich die Frage nach optimaler Größe für Elektrolyse, Pufferspeicher und konventioneller H 2 -Anlage bei gegebener NH 3 -Kapazität. Hierzu wurde das Hybridkonzept zuerst in AspenPlus dimensioniert und anschließend für einen Bereich sinnvoller Teillasten jeweils stationär simuliert. Die hieraus abgeleiteten Massen- und Energiebilanzen bilden die Grundlage für die folgende Optimierung der einzelnen Kapazitäten. Dazu ist im selben Schritt eine Einsatzplanung der einzelnen Erzeugungspfade in Abhängigkeit des vorgegebenen Strompreises nötig. Die Systemeigenschaften weisen deutlich nicht-lineare 30

31 Verhaltensweisen auf, so dass gängige, auf dem SIMPLEX-Algorithmus basierende Lösungsverfahren zu stark vereinfachen würden. Aus diesem Grund wird zur Optimierung ein Interior-Point-Algorithmus gewählt, der für konvexe nicht-lineare Probleme geeignet ist. Die Ergebnisse zeigen, wie sich die Erzeugungspfade in Abhängigkeit des Strompreises ergänzen. Neben wirtschaftlichen Kennzahlen wird der mittlere spezifische Erdgas- und Primärenergiebedarf dargestellt und für variierende Strompreisszenarien berechnet. Ferner kann der Effekt einer Flexibilisierung der Produktionsbedingungen für NH 3 gezeigt werden, z.b. einer Absenkung der NH 3 - Produktion auf bis zu 50%. Durch diese Absenkung ist eine proportionale Reduktion des konventionellen Erzeugungspfades erreichbar, während die Elektrolyse- und Puffergröße in deutlich geringeren Maßen sinkt. Entsprechend kann der Anteil des elektrizitätsbasierten Wasserstoffs deutlich gesteigert und der durchschnittliche Erdgasbedarf reduziert werden. Abb. 1: Schema des Hybridkonzeptes zur Herstellung von Ammoniak 31

32 Process-Design Intensification in Flow: Direct Synthesis of Adipic Acid Iris Vural Gürsel*, Volker Hessel, Timothy Noël, Qi Wang Micro Flow Chemistry & Process Technology, Department of Chemical Engineering and Chemistry, Eindhoven University of Technology, Den Dolech 2, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands, corresponding Process intensification through micro-process technology allows to reach processing through entirely new and innovative equipment in continuous flow mode. Transport intensification has been vastly demonstrated. Chemical intensification using harsh process conditions to boost microprocessing (high-t, high-p, high-c, safety) is increasingly studied [1]. Process-design intensification is a new field in micro processing and it considers a completely new process design that has a new cost, energy and sustainability structure [2]. The latter two constitute Novel Process Windows. The demonstration example is the direct oxidation of cyclohexene with hydrogen peroxide for the synthesis of adipic acid which is an important intermediate for the manufacturing of nylon 6,6. This direct route provides an innovative alternative to the industrial route that is carried out in two-stages (Figure 1). Since the direct route is not yet commercially applied for adipic acid synthesis, a flow diagram and the process conditions were not available. The reaction characteristics of this process explained by Sato et al.[3] were considered together with the flow diagram of the commercial nitric acid oxidation process [4] to propose the downstream equipment and their conditions for the direct route. The implementation of microreactor technology was considered since it would enable to overcome limits in interfacial transfer, to safely handle hydrogen peroxide, and to test for better selectivity at much reduced reaction times. Accordingly, a microreactor setup is in our group and a yield of adipic acid of about 50% is currently recorded [5]. The capacity selected is 400 kt/y based on average adipic acid production plants. In Figure 2 the flowsheet of this direct flow oxidation process is given. The reduction in number of steps in synthesis leads to requirement of only one reactor and fewer number of downstream units. Accordingly, we recently demonstrated that use of the direct route in flow cuts the total purchase cost of equipment approximately in half [6]. Besides cost analysis, estimations of environmental impacts of the direct route in comparison to the commercial two-step route is studied using Life Cycle Assessment in our group [7]. Figure 1. Reaction scheme Figure 2. Flowsheet of Aspen Plus TM simulation of direct adipic acid synthesis 32

33 For designing an energy efficient process for this novel direct route pinch analysis which enables heat integration is employed. By following the stepwise procedure of such pinch analysis using software software Aspen Energy Analyzer an improved heat exchanger network design is achieved (Figure 3). Compared with the initial network where the heating and cooling requirements are all satisfied by utilities, the improved HEN design enables 70 % operating cost saving. It is calculated that this saving pays back the extra capital requirement for the heat exchangers in 8 months [8]. The current use of pinch analysis consider only shell and tube heat exchangers due to limited information on compact heat exchanger. However, the utilization of compact heat exchangers (including microchannel-based) can provide additional saving in cost and reduce plant complexity. With their improved heat transfer that enable operation with approach temperature as low as 1 C, they give the possibility to reduce the utility requirement by 20% [8]. They also enable pure countercurrent flow which in the case of temperature cross can enable the capital cost to be halved [8]. Using such innovative tools means considering the effect of process intensification also on the utility side aiming at decreasing the size of the plant, thereby rendering a true holistic picture of the intensification. In conclusion, the use of micro process or other smart-scaled technology can achieve considerable capital cost and energy consumption reduction through process-design intensification lowering the management s main decision barrier towards new technologies. Yet, considerable challenges are expected when releasing the theoretical potential into industrial practice. Figure 3. Grid diagram of improved heat exchanger network References 1. Hessel V., Cortese B., de Croon M. H. J. M., 2011, Chemical Engineering Science, 66, Hessel V., Vural Gürsel I., Wang Q., Noel T., Lang J.G., 2012, Chemical Eng. Technol., 35(7), Sato K., Aoki M., Noyori R., 1998, Science, 281, Oppenheim J.P., Dickerson G.L., 2003, Adipic Acid, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley, New York, Shang M., Noel T., Wang Q., Hessel V., 2013, Chem. Eng. Technol. 36(6), Vural Gürsel I., Wang Q., Noël T., Hessel V., 2012, Chemical Engineering Transactions, 29, Wang Q., Vural Gürsel I., Shang M., Hessel V., 2013, Chemical Engineering Journal, accepted. 8. Vural Gürsel I., Wang Q., Noël T., Hessel V., Tinge, J.T., 2013, Ind. Eng. Chem. Res., 52(23),

34 Alternative Nutzung von Kokereigas - experimentelle Untersuchungen mit modularer Versuchsanlage im realen Prozessverbund E. Speelmanns 1, M. Rieger 2, J.C. Schöneberger 2, R. Günther 1, H. Thielert 2, G. Wozny 1 1 Fachgebiet: Dynamik und Betrieb technischer Anlagen (dbta), TU Berlin, Straße des 17. Juni 135, D-10623, Berlin, Germany 2 Thyssen Krupp Uhde GmbH, Uhde-Str. 15, D-44141, Dortmund, Germany Als Beispiel der Nutzung mobiler, modularer Versuchsanlagen wird eine Prozessentwicklung aus dem Bereich der Kokerei vorgestellt. Dabei werden neben prozesstechnischen Fragestellungen Aufwand und Nutzen mobiler modularer Versuchsanlagen diskutiert. Beim Verkokungsprozess wird Kohle unter Ausschluss von Sauerstoff erhitzt, wodurch sowohl Teer als auch flüchtige Stoffe ausgetrieben werden. Pro Tonne Koks entstehen somit ca. 200 kg Koksofengas. Dieses Gasgemisch wird in modernen Kokereien durch Wasch- und Reinigungsprozeduren nachbehandelt. Das verbleibende Koksofengas besteht aus ca. 60 mol% Wasserstoff, ca. 20 mol% Methan, sowie Anteilen an Kohlenmonoxid, Stickstoff, Sauerstoff und verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Damit besitzt es etwa den halben Heizwert von Erdgas und wird hauptsächlich zur Unterfeuerung der Koksöfen und für den Export, bzw. in einem integrierten Stahlwerk verwendet. Die steigende Nachfrage nach Wasserstoff und alternativen Brennstoffen motiviert jedoch den Einsatz für die Herstellung von elektrischer Energie, Wasserstoff oder beispielsweise synthetischem Erdgas. Da jedoch auch Organische Schwefelverbindungen wie COS und CS 2 in geringen Mengen (ppm-bereich) im Koksofengas enthalten sind, die sich negativ auf nachfolgende Prozesse auswirken würden, ist eine Entfernung selbiger aus dem Gas vonnöten. In Laboruntersuchungen wurde gezeigt, dass eine Umsetzung in einer heterogenen Katalyse möglich ist. Aufgrund der vielfältigen Komponenten im Kokereigas ist eine experimentelle Untersuchung unter realen Bedingungen unumgänglich. Diese werden mit einer mobilen und modular konstruierten Versuchsanlage auf der Kokerei ArcelorMittal Bottrop im Bypass zum realen Prozess durchgeführt. Die Anlage wurde zuvor für die Untersuchung von heterogenen Katalysatoren für eine emissionsfreie Schwefelsäureanlage verwendet und wurde nun für den hier vorgestellten Prozess umgebaut. Über das 34

35 konsequent modulare Konzept wurde in der Vergangenheit berichtet 1, 2. Sie besteht aus drei Einheiten, die jeweils bestimmte Funktionen abdecken (Abbildung 1): Modul 1: Gasmischung (Explosionsschutzzone) Modul 2: Strömungserhitzer und Festbettreaktor Modul 3: Gasnachbehandlung Für den hier vorliegenden Fall konnten Änderungen innerhalb eines Moduls separat durchgeführt werden. Durch diese Flexibilität konnte nahezu das gesamte Equipment wiederverwendet und die Versuchsanlage in nur 4 Monaten gebaut und auf dem industriellen Gastbetrieb in Betrieb genommen werden. Abbildung 1. Schematische Darstellung der mobilen Versuchsanlage. Modifikationen wurden hinsichtlich veränderter Volumenströme durchgeführt und das Sicherheitskonzept wurde erweitert. Zusätzlich wurde die Anlage für zukünftige Hochdruckexperimente geplant und angepasst, sodass sie in unterschiedlichen Druckbereichen betrieben werden kann. Im Beitrag wird das Potential von neuartigen Prozessen im Rahmen der Kohlenwertstoffanlage von Kokereien vorgestellt. Weiter werden gewonnene Erfahrungen und Ergebnisse der ersten Versuchsreihe mitgeteilt. Es wird dadurch gezeigt, dass durch konsequente Prozessentwicklung von Modularisierungskonzepten zur Wiederverwendung die Entwicklungszeiten und auch die Equipmentkosten reduziert werden können. 1 Schöneberger J., Thielert H., Koksofengas Zu wertvoll zum Verheizen?, Chem. Ing. Tech. 2012, 84 (8), Günther R., Schöneberger J., Arellano-Garcia H., Thielert H., Wozny G., Effektive Prozessentwicklung durch modulare Versuchsanlagen im realen Prozessverbund, Jahrestreffen der Fachgemeinschaft Prozess-, Apparateund Anlagentechnik (PAAT), Dortmund,

36 Sicherheitsbetrachtungen an Polymerreaktoren mit Hilfe dynamischer Berechnungsmethoden in der industriellen Praxis M. Wendt, Infraserv GmbH & Co. Knapsack KG, Hürth, Deutschland Rechnerische Herleitung von Maßnahmen zur Reaktorsicherheit nach Modellierung und Simulation von Worst-Case Szenarien zu Betriebsstörungen Polymerreaktionen gehören vor allem in der chemischen Kunststoffindustrie zu den wichtigsten Prozessen. Zumeist handelt es sich dabei um stark exotherme Prozesse und die Herausforderung in der Prozessführung liegt darin, durch ausreichende Kühlvorrichtungen die Abfuhr der Reaktionswärme zu gewährleisten und zeitgleich eine festgelegte Reaktortemperatur zu halten, mit der einerseits die Reaktionskinetiken die Einhaltung der Produktionskapazität im vorgegeben Zeitrahmen ermöglichen und andererseits die Kühlkapazitäten nicht überschritten werden, um ein Durchgehen des Reaktors von vornherein auszuschließen. Die Kühlung im Normalbetrieb kann z.b. über den Reaktormantel, eine im Reaktor eingetauchte Kühlschlange, einen externen im Umpump durchfahrenen Wärmetauscher oder durch Verdampfung leichtsiedender Komponenten mit anschließender Rückkondensation erfolgen. Die Mengenströme der Kühlmittel werden zumeist für die Regelung der Reaktortemperatur verwendet, die so gewählt wird, dass die abzuführende Reaktionswärme noch weit unter der Maximalgrenze der Kühlkapazität liegt. Neben der Gewährleistung des sicheren Normalbetriebs ist jedoch auch die Berücksichtigung von allen denkbaren Szenarien hinsichtlich Betriebsstörungen erforderlich. Dabei müssen neben den von außen eintretenden Unfallszenarien wie Brandfall oder Kühlmittelausfall auch menschliches Versagen wie Fehlbedienungen in Betracht gezogen werden. Als Konsequenz müssen dann Einrichtungen für Gegenmaßnahmen hergeleitet und ausgelegt werden, die im Störungsfall automatisch aktiviert werden, wodurch ein Durchgehen des Reaktors und damit mögliche Gefahren für Mensch und Umwelt abgewendet werden. Für die Auslegung dieser Einrichtungen und Apparaturen liefern auf detaillierte physikalische Modelle basierende dynamische Simulationsrechnungen sowohl für die einzelnen Betriebsstörungen als auch für den Verlauf der Gegenmaßnahmen sehr hilfreiche Erkenntnisse wodurch einerseits die Effekte besser verstanden und andererseits aber auch die Auslegungsparameter für die Sicherheitseinrichtungen genauer ausgelegt werden, ohne dass es zu wesentlichen Beschränkungen in der Produktionskapazität für den Normalbetrieb führt. Diese Präsentation gibt zunächst einen Überblick über die einzelnen Arbeitsschritte des gesamten Projektierungsablaufs von der Bestimmung der Störungsszenarien bis hin zur apparativen Auslegung der Sicherheitseinrichtungen. Bei der Aufzählung möglicher Szenarien wird dabei auf die Fälle wie Kühlmittelausfall, Fehldosierungen oder Einsatz falscher Katalysatoren näher eingegangen. Nach Festlegung der zu betrachtenden Szenarien bzgl. Betriebsstörungen ist die Zusammenstellung der Modellierungs- und Berechnungsgrundlagen, die für die erforderlichen dynamischen Simulationsstudien benötigt werden, der nächste Schritt. Im Fokus stehen dabei vor 36

37 allem die Temperaturabhängigkeit der Reaktionskinetiken und damit der frei werdenden Reaktionswärme sowie der sich ändernden Stoffdaten. Insbesondere die Modellierbarkeit der Viskosität (entscheidend für die Wärmeübertragung im Reaktor) in Abhängigkeit von Temperatur und Polymerisationsgrad, was gut über das Ubbelohde-Diagramm überschlagen werden kann, ist von großer Bedeutung. Darauf basierend wird dann im nächsten Schritt festgelegt, welche Laboruntersuchungen für ein verlässliches Prozessmodell noch in Auftrag gegeben werden müssen. Als Beispiele seien hier DTA-Messungen und Messungen der Wärmeflusskalorimetrie zur Abschätzung der Temperaturabhängigkeit von Reaktionskinetik und wärme sowie Viskositätsmessungen für unterschiedliche Polymerisationsgrade hervorgehoben. In der anschließenden Modellierung und den dynamischen Simulationsstudien werden vor allem die Druck- und Temperaturverläufe nach der Betriebsstörung, beim Durchgehen des Reaktors sowie nach Einschaltung erwogener Gegenmaßnahmen generiert. Als Beispiele für mögliche Gegenmaßnahmen werden hier Notkühleinrichtungen sowie Einlass von Notwasser mit Substanzen zur Deaktivierung von Katalysatoren näher erläutert. Im hinteren Teil der Präsentation wird anhand eines konkreten Falls aus der industriellen Praxis die Vorgehensweise zur Auslegung eines anzuschließenden Blow-Down Systems, das durch Ansprechen einer Berstscheibe die erforderliche Druckentlastung bewirkt, vorgestellt. 37

38 Verbesserte Fertigung von GFK Flanschverbindungselementen und werkstoffgerechte Beschreibung des Bauteilverhaltens im Betrieb Dipl.-Ing. Stephanie Moritz (1), M.Sc. Amke Eggers (2), Prof. Dr.-Ing. habil. Karl Maile (1), Prof. Dr.-Ing. Gerhard Ziegmann (2), Dr.-Ing. Dieter Meiners (2) (1) MPA Universität Stuttgart, (2) Technische Universität Clausthal Die Nutzung von Flanschverbindungen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) weist gegenüber der Verwendung einer entsprechenden Verbindung aus Stahl einige Vorteile auf, sodass derartige Systeme in der chemischen Industrie vermehrt zum Einsatz kommen. Zu nennen sind hier vor allem die hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien wie z.b. Säuren, aber auch das geringe Gewicht sowie die Möglichkeit, das Bauteil aufgrund der anisotropen Eigenschaften des Werkstoffs beanspruchungsgerecht zu gestalten. Mit dem Ziel die Auslegung von Flanschverbindungen aus GFK zu verbessern und Konservativitäten abzubauen, wurden in zwei vorangehenden Projekten verschiedene teilweise neue Berechnungsmethoden aufgezeigt, mit denen die Belastungen im Montagezustand nachweislich besser abgebildet werden, als dies mit den bisherigen Berechnungsvorschriften möglich ist. Damit können nun höhere Schraubenkräfte als bisher zugelassen und somit Wartungsintervalle verlängert werden. Problematisch ist allerdings weiterhin der recht hohe Schraubenkraftabfall im Betrieb, der aus Kriech- und Relaxationsvorgängen im GFK resultiert. Um die Dichtheit der Verbindung weiterhin gewährleisten zu können, wird daher in der Praxis häufig willkürlich nachgespannt, wodurch auf Dauer jedoch die Tragfähigkeit der Verbindung gefährdet wird. Deshalb wird in diesem Projekt die Schraubenkraftrelaxation im Betrieb untersucht und eine Berechnungsmethode entwickelt, mit der es möglich ist, das viskoelastische Materialverhalten des GFK- Flansches beschreiben zu können. So soll hierbei das Ziel sein, mithilfe dieses Verfahrens die Wartungsintervalle gezielt definieren zu können. Ein erster Ansatz wurde bereits im Vorgängervorhaben entwickelt. Seine Gültigkeit (u.a. auch für verschiedene GFK-Materialien) muss jedoch experimentell nachgewiesen werden. Ein weiterer bedeutender Punkt dieses Projektes ist die Optimierung des Fertigungsprozesses von Flanschelementen aus GFK. Es hat sich gezeigt, dass sich 38

39 die mechanischen Eigenschaften und die Kriechneigung von Flanschverbindungen aus GFK durch gezielte Harzauswahl, textile Gestaltung und einen geeigneten Fertigungsprozess auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten weiter verbessern lassen. Es werden Automatisierungskonzepte für die Herstellung von GFK- Flanschelementen in der RTM-Technik entwickelt, um diese alternative Fertigungstechnologie, die das Potenzial des Werkstoffes wesentlich effizienter als bisher ausschöpft, auf dem Markt konkurrenzfähig zu machen. 39

40 Zulässige Pumpenstutzenlasten, Knackpunkt im Piping J. Purat, Bayer Technology Services GmbH, Krefeld/D Pumpen werden immer Leistungsfähiger, immer besser und auch immer kleiner. Tendenziell somit auch immer erfindlicher für äußere Lasten durch die zu- und abführenden Rohrleitungen. Nicht selten werden Rohrdurchmesser vor Anschluss an die Pumpe um zwei Nennweiten reduziert. Wo aber bleiben die statischen Lasten und Expansionslasten aus den Rohrleitungen? Die Bestellung der Pumpen erfolgt zu einem Zeitpunkt an dem die Rohrleitungstrassen sowie die Unterstützungskonzepte noch nicht exakt definiert sind. Werden im Nachhinein durch die Berechnung die Lasten ermittelt, stellt man in vielen Fällen fest, dass diese ermittelten Lasten die zul. Pumpenstutzenlasten um ein vielfaches übersteigen. An dieser Stelle beginnt ein Stahlbau-, Piping-, Prozessplanungs- und Berechnungsloop, der hohe Kosten erzeugt. Dies Kosten sind oft nicht kalkuliert und übersteigen teilweise den Einkaufspreis einer Pumpe. Wie sehen die Berechner und Piper das Problem? Wie geht man mit den künftigen Entwicklungen der Pumpen um? Was sollte durch den Einkauf im Vorfeld berücksichtigt und gefordert werden? Bild Quelle: IFU Bayern 40

41 Übergabe von Asset und Informationen RFID Erkennung am Beispiel des Kugelhahnes Dipl.-Ing Stefan Dick, MECAFRANCE (Deutschland) GmbH, Bonn/Deutschland Moderne Industrieanlagen bestehen aus unzähligen Komponenten und Baugruppen, die alle speziell den an sie gestellten Anforderungen angepaßt sind. Umso wichtiger ist es, diese Komponenten fehlerfrei zu identifizieren und sicherzustellen, daß diese auch an den für sie vorgesehenen Plätzen eingebaut sind. Wichtig ist auch die Nachvollziehbarkeit, ob beispielsweise alle Wartungsintervalle eingehalten wurden, die Inspektionen durchgeführt wurden, und alle diese Tätigkeiten auch dokumentiert sind. Um die Komponenten einer Anlage genau zu identifizieren, werden Typenschilder verwendet, die oftmals noch mit TAG-Nummern oder Equipmentnummern des Betreibers ergänzt werden. Mit diesen Informationen könnte man die Komponenten eindeutig identifizieren wenn nicht noch Fehlerquellen vorhanden wären Einen neuen Weg der Identifizierung eröffnet die RFID-Technik (Radio Frequency Identification) die Identifizierung von Komponenten mittels eines elektronischen Typenschildes. Grundliegende Informationen sind in den elektronischen Typenschilder gespeichert, können via Funk ausgelesen werden und anschließend elektronisch in jeglicher Form weiterverarbeitet werden. Anbindung an Datenbanken ob betreiberintern oder firmenübergreifend sind einfach möglich und gewährleisten jederzeit bestimmten Nutzergruppen eine Identifizierung und Überwachung von Anlagenkomponenten. In den jeweiligen Datenbanken sind weitere Informationen wie Wartungs- und Montageanweisungen, Inspektionsintervalle, Materialzeugnisse, Zeichnungen und sonstige Dokumentationen hinterlegt. Inspektionsrundgänge oder Abstellungen sind einfach vorzubereiten und zu planen, der Weg der Komponenten kann jederzeit verfolgt werden, und alle an Wartungsabstellungen beteiligten Parteien sind zeitgleich über den Status der einzelnen Komponenten informiert. 41

42 Armaturenklassenkonzepte in der chemischen Industrie Ralph-Harry Klaer, Bayertechnology Services, Krefeld In der chemischen Industrie in Deutschland haben Handarmaturen zum Absperren von Flüssigkeiten und Gasen eine eigene Bedeutung. Der Fertigungsprozess und die Auslieferung an einen Kunden unterscheiden sich von den sonstigen Rohrbauteilen. Die Bedeutung der Handarmaturen wird durch Ihre Dokumentation im Rohrleitungsund Instrumentenfließbild unterstrichen. Bei den Handarmaturen hat es in den vergangenen Jahren signifikante Veränderungen gegeben. Diese beziehen sich insbesondere auf den Fertigungsprozess und die Herkunft des Rohmaterials und der Halbzeuge. Konstruktiv wurden besondere Anstrengungen im Bereich der Dichtheit nach außen unternommen. (Fugitive Emissionen) Die Schwerpunkte der Entwicklung der einzelnen Typen von Armaturen werden in naher Zukunft von den geänderten Größenordnungen der chemischen Anlagen zu erwarten sein. Da sind einerseits die vermehrt auftretenden Worldscale Anlagen zu nennen, andererseits finden sich zunehmend stärker individualisierte Kleinanlagen. Somit lässt sich die Erwartung eines Scale ups und scale downs bei den Armaturen ableiten. Es haben aber auch in der Behandlung von Handarmaturen bei den Kunden Veränderungen stattgefunden. Die detaillierte Beschreibung einzelner Typen ist den Anforderungskatalogen gewichen. Zunehmend wird von den Herstellern eine Beschreibung der technischen Details in vorgegebenen Formaten erwartet. Insbesondere die Dokumentation des einzelnen Bauteils - im Heimatformat des Betreibers - ist ein zunehmender Wunsch. Diese Dokumentation muß einerseits die gesetzlichen Forderungen erfüllen, andererseits die detaillierte Spezifikation aller eingebauten Teile enthalten. Eine Historie des Fertigungsprozesses ist gelegentlich mit zur Verfügung zu stellen. Der Vortrag schließt mit einem beispielhaften allgemeinen Anforderungskatalog für Klassifizierungen von Handarmaturen. 42

43 Turnaround Excellence 2.0. H. Kamp, Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen/D In Bereichen der chemischen Industrie mit steigendem Bedarf an Produktionskapazität, bekommt das Thema Turnaround-Abwicklung einen höheren Stellenwert. Man hat erkannt, dass durch weiter optimierte Abwicklung zusätzliche Produktionskapazität gewonnen werden kann, ohne dass man Neuinvestitionen tätigen muss. Hierzu muss der Betrachtungswinkel auf ein solches Ereignis deutlich erweitert werden, um alle Einflussgrößen erkennen und optimieren zu können. Auch die seit Jahren angewandten Methoden, die zunächst aus der Raffinerie- und petrochemischen Industrie übernommen wurden, werden immer weiter entwickelt, unter Berücksichtigung, das auf Grund ihres Prozesses und der eingesetzten Chemie besondere Formen der Abwicklung von Stillständen erforderlich ist. In dem Vortrag wird zunächst der grundsätzliche verfeinerte methodische Ansatz der Bayer Technology Services bei der Vorbereitung eines Stillstands vorgestellt. Bild: Die neue Betrachtung Danach werden die Unterschiede zwischen der früheren Betrachtung und der heutigen/zukünftigen Herangehensweise dargestellt. Es wird insbesondere auf die vielen begleitenden Themen eingegangen, die für die optimale Abwicklung eines Stillstandes wesentlich sind. 43

44 DEXPI (Data EXchange Process Industry) auf Basis von ISO Stand des R&I Projektes A. Teinert, BASF SE, Ludwigshafen/D; H. Temmen, Evonik Industries AG, Marl/D; L. von Wedel, Bayer Technology Services GmbH, Dormagen/D Das Thema der mangelnden Interoperabilität zwischen den CAE-Tools der Prozessindustrie wird und wurde schon seit längerem diskutiert, u.a. auch auf den früheren PAAT Treffen. Im Anschluss an die PAAT Magdeburg 2010 hat sich so unter der Führung von BASF SE, BTS und Evonik eine ProcessNet Arbeitsgruppe gebildet, die das Ziel hat, Informationsmodelle zu entwickeln, die den Datenaustausch erheblich vereinfachen. Als technologische Grundlage dient die ISO In enger Zusammenarbeit mit wichtigen CAE-Firmen, der RWTH Aachen und AixCAPE konnte ein Jahr später bereits ein Labortyp präsentiert werden. Die erfolgreiche Arbeit wird unter dem Namen DEXPI fortgesetzt. Als Scale-Up-Thema dient das R&I, denn es enthält als zentrales Dokument der Anlagenplanung und des -betriebes viele unterschiedliche Anlagenobjekte, topologische Informationen, grafische Repräsentationen und Label. Außerdem bringt der angestrebte R&I- Austausch zwischen Planern, Betreibern und Kontraktoren einen schnellen Nutzen. Der Beitrag berichtet über den Stand der Arbeiten, die Vernetzung von DEXPI mit der ISO Community und die geplanten nächsten Schritte. Erste Implementationen der Informationsmodelle werden von den CAE-Firmen als Export- und/oder Importschnittstellen präsentiert. Link: DEXPI - Data Exchange in the Process Industry, 44

45 DEXPI (Data EXchange Process Industry) auf Basis von ISO Lösungen der CAE-Provider Each vendor is presenting the status of the interface implementation in its commercial CAE-tool based on the milestones and the ISO information models developed in the DEXPI working group in the past year. This may include prototypes, status examples on some data, import and/or export results. Responsible for the presentations are: M. Elo, Siemens, Bonn/D; R. Engels, Bentley, Ismaning/D; S. Antvogel, Intergraph, Ratingen/D; R. Meyer-Rössl, Autodesk, Wien/Österreich; M. Herrmann, Aveva, Sulzbach/D; 45

46 IT Systemverbund aus Sicht der EPCs und Owner Operators Martin Rittmeister, Linde AG, Pullach/Germany; Die Linde AG baut einerseits verfahrenstechnische Großanlagen für weltweite Großkunden. Andererseits betreibt Sie an über 500 Standorten weltweit Gasanlagen. Die unterschiedlichen Anforderungen und Aspekte für IT Systeme für Anlagenbauer und betreiber sollen im Vortrag am Beispiel der Linde AG aufgezeigt werden. Data transfer from EPC to Owner Operator business the challenges and chances In the life cycle of a chemical plant, the planning and erection phase is the shortest piece. However, the IT tools used during this phase are the most dedicated and optimized for full change control throughout this 12 to 48 months lasting phase. More and more, it is requested from the Owner to make use of this well-sorted and most consistent as-built data. This data shall be made available after commissioning and hand-over of the plant. However, missing global standards in plant object models for the industry make it necessary to align the individual expectations very early in the planning phase between an EPC contractor and a plant owner. Different possible approaches depend on the relationship between Owners and EPCs. In the ideal situation, the EPC and the Owner are one and the same company. For third party EPCs it will be necessary to find an economic way for both parties to fulfil Clients requirements without sacrificing the advanced and EPC-optimized functionality for their own purpose. The presentation shall inform about the different perspectives to the topic and sketch potential approaches that are currently under examination at Linde AG. 46

47 Revisionssichere Schnittstelle zwischen Verfahrens und Prozessleittechnik Martin Dubovy, Rösberg Engineering GmbH, Karlsruhe/Deutschland; Die Forderungen nach Schnittstellen für den einfachen Austausch verfahrenstechnischer Daten zwischen EDV-Werkzeugen zur R&I-Fließbild- Erstellung und PLT-CAE-Systemen werden immer lauter. Dieser Vortrag betrachtet die Notwendigkeit dieser Forderung und beleuchtet, welche Kriterien die Schnittstellen für einen einfachen und reibungslosen Datenaustausch erfüllen müssen. Meist werden in der Verfahrenstechnik und der Prozessleittechnik unterschiedliche, nicht kompatible Systeme verwendet, was einen Datenaustausch erschwert. Oft müssen Daten manuell nachgetragen und gepflegt werden. Jeder manuelle Transfer und Abgleich von Daten bringt ein Fehlerrisiko mit sich. Daten werden in allen Phasen der Planung und Betriebsbetreuung geändert und ergänzt. Für die Planung prozessleittechnischer Anlagen sind die aktuellen Daten der Verfahrenstechnik notwendig. Es ist für den Planer unerlässlich, dass er umgehend über Änderungen der Gerätedaten informiert wird, ihm die Änderungen übersichtlich dargestellt werden und er schnell abschätzen kann, welche Auswirkungen die Änderungen für seine Planung bedeuten. Um einen einfachen Austausch der PLT-relevanten Daten mit dem R&I-Werkzeug zu ermöglichen, benötigt man ein genormtes Austauschformat. So können die Daten zwischen den R&I-Datenbanken und den PLT-Datenbanken einfach, schnell und fehlerfrei synchronisiert und weitergeben werden. Damit die Synchronisierung und die Weitergabe der Daten beliebiger, unabhängiger Systeme funktionieren, ist eine standardisierte Schnittstelle erforderlich. Zum Austausch der Informationen zwischen den verschiedenen Systemen werden XML- Dateien eingesetzt. Die NAMUR normiert momentan diese Schnittstelle auf Basis CAEX gemäß DIN EN Laut dieser Norm muss die Schnittstelle verschiedene Attribute enthalten. Auf diese Attribute wird im Vortrag näher eingegangen. Die Qualität der ausgetauschten Daten ist sowohl für die Geschwindigkeit und Kosten der Anlagenerrichtung maßgeblich. 47

48 Mobile Computing in Anlagenplanung und -betrieb Strategien und Konzepte von AVEVA Markus Herrmann, AVEVA GmbH, Sulzbach/Deutschland Aus dem täglichen Leben ist Mobile Computing nicht mehr wegzudenken. Die Werbung vermittelt uns allen den Eindruck, dass jeder moderne Mensch jederzeit erreichbar zu sein hat, dass man ein gutes Restaurant ausschließlich durch eine Online-Recherche herausfinden kann und dass unsere persönlichen Daten am besten in der Cloud abgelegt werden, damit wir auf sie jederzeit und an jedem Ort der Welt zugreifen können. Was aber bedeutet Mobile Computing für industrielle Anwender in der Praxis? Welche Lösungen stehen heute bereits zur Verfügung? Und welche Lösungen werden aktuell entwickelt? Um dies aufzuzeigen, wird zunächst im Sinne einer Begriffsdefinition erläutert, aus welchen Komponenten Mobile Computing Lösungen grundsätzlich bestehen. Dies sind: Devices Software & Services Communication & Infrastructure Lösungen von AVEVA heute und in Zukunft Im Hauptteil dieses Vortrags wird AVEVAs Verständnis und Strategie für Mobile Computing vorgestellt und welche Lösungen aus dem Hause AVEVA dazu bereits heute existieren und an welchen Entwicklungen gearbeitet wird. Es wird aufgezeigt, wie schon heute partnerschaftlich verbundene Unternehmen über ihre Unternehmensgrenzen hinweg kontrolliert Projekt- und Anlagendaten zu Kollaborationszwecken über die Cloud austauschen können. Es wird eine Lösung für Informationskonsumenten und Entscheider vorgestellt, die Zugriff auf intelligente Planungs-/Anlagendaten ermöglicht und die Mobilität und einfachste Handhabung durch die Verwendung eines Tablet Devices vereint. Und last but not least werden Technologien und Konzepte vorgestellt, die sich aus der strategischen Partnerschaft von AVEVA mit Microsoft ergeben. 48

49 Augmented Reality in der Anlagenindustrie - Optimierung der Prozesse im Anlagenlebenszyklus mit Hilfe mobiler AR-Lösungen Alexander Mankel, Augmensys Deutschland GmbH, Schwelm Das Ziel, weitere Optimierungen im Anlagenlebenszyklus zu erreichen, erfordert den Einsatz neuer Methoden aber auch Technologien im Umgang mit Anlagenplanungs- und Bestandsdaten. Die wenigsten Anlagen werden einheitlich mit der Planungstool Suite eines Herstellers geplant. Zusätzlich werden wesentliche Daten meist auch in ERP-Systemen (SAP, ), Leitsystemen oder Dokumentenmanagementsystemen gehalten. Daher ist die Voraussetzung für eine komplette digitale Anlage, die Konsolidierung mehrerer Systeme in eine Datenbasis. In großen Bereichen ist dies das Ziel der ISO15926, welche als Datenaustauschstandard herangezogen werden kann. Abb. 1 Datenkonsolidierung und Transfer Die Konsolidierung muss auch bei Vorhandensein von mannigfaltigen Systemlandschaften ständig und workflowgestützt erfolgen, damit eine mobile Nutzung der digitalen Gesamtdaten, zum Einen von den Ingenieuren bei Anlagenbestandsaufnahme oder Inbetriebnahmen und zum Anderen im Betreiberumfeld vom Anlagenpersonal, Sinn macht. Die Herausforderung heute ist nicht mehr alle Anlagendaten digital vorrätig zu haben, sondern die enorme Menge an Daten auch orts-, personen- und aufgabenabhängig zu nutzen und auf Stand halten zu können. Hierbei spielt die Augmented Reality zukünftig eine entscheidende Rolle. So wird durch das Mobilgerät (Smartphone, Tablet, Heads Up Display) der Kontext zur aktuell im Sichtbereich befindlichen Anlage gebildet und eben nur mehr die dort für den Anwender 49

50 notwendigen, konsolidierten Daten angeboten. Dabei werden zuerst lediglich grundsätzliche Equipment Daten als Einstiegspunkt in das digitale Gesamtobjekt angeboten. Bei Bedarf kann der Anwender aber beliebig tief Daten (Daten, Dokumente, Tasks, ) abrufen. Weiterführend kann er bei entsprechender Berechtigung über das Mobilgerät auch Daten eingeben, die dann über die Konsolidierungszwischenschicht wieder in die bestehenden Planungs- und Dokumentationssysteme zurückgespeist werden. UBIK (Produktname der Augmented Reality Lösung für die Prozessindustrie) wird sowohl bei EPCs als auch Anlagenbetreibern sehr erfolgreich eingesetzt. Den Vortrag würden wir gerne mit einem Use Case anreichern, um den tatsächlichen Nutzen und die zukünftigen Strategien hinsichtlich des Einsatzes Abb. 2 Augmented Reality im realen Einsatz mobiler Lösungen in der Anlagenindustrie zu erörtern und darzustellen (Best Practice). Im Vortragsteil Best Practice wird u.a. auf die Punkte a) Wie wird eine solche Lösung in die vorhandenen Prozesse integriert und b) Was sind die Rückmeldungen der Anwender, eingegangen. Als Mobilgeräte werden je nach Anwendungsfall unterschiedliche Typen eingesetzt (Best Practise Beispiel Rohölaufsuchungs-AG ). Anforderungen bezüglich Umgebungsbedingungen (Robustheit, Lesbarkeit, ATEX-Tauglichkeit, ) sind bei der Auswahl entsprechend maßgeblich. 50

51 Comos als Bedienoberfläche für den Prozesssimulator OPTISIM M.Häfele, H. Hemberger, J. Höfner, A. Kröner, Linde AG, Engineering Division, Pullach, Deutschland Linde Engineering ist ein weltweit führender Anbieter von verfahrenstechnischen Großanlagen für die Luftzerlegung, Erdgasverflüssigung, Gastrennung, Olefin- und Synthesegaserzeugung. Dabei wird die gesamte Wertschöpfungskette des Engineering-Workflows von der Verfahrensentwicklung, dem Basic und Detail Engineering, dem Bau bis zur Inbetriebnahme abgedeckt. Entscheidend für die erfolgreiche Abwicklung verfahrenstechnischer Projekte ist die Verfügbarkeit geeigneter Softwarewerkzeuge, wie Prozesssimulatoren. Bei Linde Engineering kommen die kommerzielle Software Unisim von Honeywell und der Linde-eigene Simulator OPTISIM zum Einsatz. In Abhängigkeit der Aufgabenstellung wie stationäre oder dynamische Simulation, Optimierung, oder Sensitivitätsanalyse und der Prozessklasse wie kryogene Trennprozesse, Reaktoren, Turbomaschinen erfolgt die Auswahl des geeigneten Simulators. Einen wesentlichen Einfluss auf die Benutzerakzeptanz von Software hat neben der Berechnungseffizienz, die Bedienung des Programms. Das Bedienkonzept des Simulators OPTISIM sah bislang vor, dass die Topologie des Verfahrensfließbildes (Flowsheet) in Form eines strukturierten Textes mit einem ASCII-Editor erstellt wird. Zur Durchführung der Simulation kommen interaktive Menükonzepte zum Einsatz. Die Aufgabe bestand darin, eine Oberfläche für OPTISIM zur graphischen Eingabe der Prozesstopologie, zur Angabe von Modellspezifikationen und Startwerten für die Simulation sowie für die Ausgabe der Simulationsergebnisse zu erstellen. Die Auswahl einer geeigneten Softwareplattform erfolgte anhand von Kriterien wie Verfügbarkeit eines objekt-orientierten Daten- und Grafikformats, Bedienkonzepte, die eine schnelle Einarbeitung erlauben, sowie einfache Integrationmöglichkeiten in den Linde Engineering Workflow. Nach einer umfassenden Evaluierung fiel die Wahl auf die Plant-Lifecycle-Management- Software Comos von Siemens. Das Betriebskonzept für diese Comos-basierte Bedienoberfläche von OPTISIM sieht vor, dass nach der graphischen Erstellung des Flowsheets zunächst die 51

52 Eingabedatei für OPTISIM erstellt wird. Damit können alle bestehenden Funktionen des Simulators ohne weitere Anpassung genutzt werden. Nach Durchführung der Simulation erfolgt die Übertragung der Ergebnisse unmittelbar aus der speicherresidenten OPTISIM -Datenbank in die Comos-Oberfläche. Die Speicherung der in Comos erstellten Flowsheets erfolgt in einem Datenbank- Management-System und ermöglicht so eine konsisten Ablage und einen einfachen Austausch zwischen den Anwendern. Viele Comos-Funktionen wurden für die Erstellung, Prüfung und Darstellung von OPTISIM -Flowsheets eingesetzt und angepasst. Die graphischen Objekte im Fließbild wurden auf mehrere Ebenen aufgeteilt, um für unterschiedliche Zwecke komfortabel Darstellungen unterschiedlichen Detailgrades auswählen zu können. Für umfangreiche Prozesse kann das Flowsheet auf mehrere Seiten in Comos verteilt werden. Die Darstellung von Apparatesymbolen im Flowsheet erfolgt in Abhängigkeit der eingegebene Spezifikationen. Die Implementierung zusätzlicher Methoden zur Benutzerführung und Eingabeüberprüfung wurden in.net realisiert. Die flexible COM-Schnittstelle von Comos erlaubt eine einfache Anbindung von Komponenten wie den Zugriff auf die OPTISIM -Datenbank oder das Linde-eignene Stoffdatensystem GMPS. Die wesentlichen Konzepte der Oberfläche werden im Beitrag detailiert vorgestellt. 52

53 CheMaTronik Ausbildung Technische Visualisierung als Mittel der interdisziplinären Kommunikation Prof. Dr. U.K. Trägner, HS Mannheim, Fakultät für Verfahrens- und Chemietechnik Dipl.-Ing.(FH) D. Balz, Kompetenzzentrum Virtual Engineering Rhein-Neckar Kennzeichnend für fast alle Bereiche der Technik ist die zunehmende Komplexität von Produkten und Dienstleistungen, begleitet von einem enormen Zeitdruck. Selbst der Fachmann stößt häufig an seine Grenzen, wenn diese Komplexität eine Vielzahl von Gewerken unterschiedlichster Art mit den dazugehörigen Schnittstellen beinhaltet. Die jeweils fachspezifischen Ansichten auf das Gesamte und die einzelnen Fachsprachen führen dazu, dass ein effektives Projektmanagement eine besondere Herausforderung darstellt. Die zunehmende Komplexität bei innovativen Produkten und Dienstleistungen berührt selbstverständlich auch die Ausbildung von jungen Ingenieuren an deutschen Hochschulen. Technische Grundlagenausbildung ist ein Muss. Aber was braucht der junge Mensch als add-on, um in den modernen Industrien bestehen zu können, und wie kann eine solche Aufgabe institutionalisiert werden? Die Bereiche der Chemie, speziell die Prozess-, Apparate- und Anlagentechnik, der Steuerungs- und Elektrotechnik sowie des klassischen Maschinenbaus und der Gebäudetechnik, müssen aufeinander abgestimmt werden, um optimale Lösungen zu produzieren. Diese umfassende Betrachtungsweise wird in unserem Falle CheMaTronik genannt. Am Beispiel einer einfachen, im halbtechnischen Maßstab und nach industriellen Standards ausgeführten Destillationsanlage, soll gezeigt werden, dass es durchaus möglich ist, die jungen Ingenieure schon während der Hochschulausbildung an die komplizierten, interdisziplinären Aufgabenstellungen aus dem gesamten Anlagen- Life-Cycle heranzuführen. Ein Mittel der Wahl ist die Nutzung technischer Visualisierung als Kommunikationsgrundlage. Ob dies mithilfe von Zeichnungen, Animationen oder stereoskopischer Visualisierung, Virtuelle Realität genannt, geschieht, hängt ganz vom Umfang und der Komplexität des Kommunikationsbedarfs ab. 53

54 Schwierige Details und Zusammenhänge beispielsweise in der Aufstellungsplanung, Sicherheit, PLT, Maintenance, Utilities, Verkehrswege, Accet-Managment, Mensch- Maschine Interaktion, Arbeitsplatzgestaltung, Materialfluss, Life-Cycle-Management und vielem mehr, werden dabei nicht nur für den jeweiligen Fachmann quasi sichtbar. Der Mehrwert einer zusätzlichen und umfänglichen Visualisierung für die Spezialisten, welche jeweils fachspezifische einschlägige CAD, CAE und PLM/PDMS Software Pakete einsetzen, ist die schnelle Kommunikation mit den übrigen Gewerken. Der Hochschule Mannheim stehen dazu am Kompetenzzentrum Virtual Engineering Rhein-Neckar (KVE) neben einer 4-Seiten CAVE und einer Powerwall auch kleinere lokale und mobile Visualisierungssysteme zur Verfügung. Das Geschäftsmodell des KVE sieht vor, das Potential der Bereiche Simulation, Visualisierung und Virtuelle Realität den Instituten, Fakultäten und Unternehmen zur Verfügung zu stellen. Das Center ist ein Engineering Joint Venture zwischen der Hochschule Mannheim und dem Unternehmen John Deere. 54

55 Lean Construction ein 20-jähriger Megatrend auf dem Weg zur produktiven Reife?! S. Konietzka, D. Lindenthal, Intergraph PP&M Deutschland GmbH, Ratingen/D Die Bezeichnung lean, was so viel bedeutet wie mager, schlank, wird recht häufig in der modernen Anlagenbau- und Betreibersprache in Begriffen wie lean production, lean thinking, lean manufacturing und eben auch lean construction benutzt. Es gibt viele Argumentationsrichtungen und Debatten bezüglich der Gemeinsamkeiten dieser eigenständigen Begriffe oder inwiefern sich diese Termini technici unterscheiden. Die unbestreitbare Gemeinsamkeit ist bei allen Begriffen die Verwendung des Wortes lean. Was bedeutet also lean im Bereich der Montage und Montageplanung? Ergeben sich dadurch Abhängigkeiten für die technische/mechanische Komponentenfertigstellung über die Anlagenfertigstellung bis hin zur Inbetriebnahme? Die Zweite Fragestellung kann in diesem Vortrag leider nur kurz angerissen werden, soll aber dennoch einen Ausblick auf die Verflechtung von Lean Construction mit den weiteren Prozessen nach der Montage geben. Ersteres wird in diesem Vortrag anhand eines Beispiels ergründet und erläutert werden. Dabei sollen die Wurzeln des lean manufacturing als Basis dieser Herleitung dienen. Der Nutzen in der Montage und Montageplanung ist wie in jedem anderen Geschäft auch die Generierung einer Rendite. Die eingangs erwähnten Schlagworte adaptieren die lean principles als eine Zukunftsinvestition, welche auch für das Projekt Lean Construction gültig ist. Sechs dieser lean principles sind Gegenstand der erweiterten Folgerung und geben einen Hinweis auf eine solide Renditegenerierung. Dies führt allerdings zu einem Wechsel der Weltanschauung in der Montage und Montageplanung von der reinen Kosten- und Zeitplanbetrachtung hin zu einer Sicherheits- und Qualitätsbetrachtung, um diesen entsprechenden Nutzen zu generieren. Gerade Betreiber forcieren schon seit einiger Zeit diesen Trend. 55

56 Lean Construction ist ein neues Paradigma in der Montageplanung, welches lean concepts benutzt und somit lieber Nutzen statt Kosten sowie Wirkungsgrad an Stelle von Zeitplan zur Erreichung in Betracht zieht. Im Anschluss wird prägnant eine Lösung unter Anwendung der Lean Construction Principals erläutert. Das Ende wird von einer konzentrierte Darstellung des Paradigmenwechsels begleitet und untermauert den bereits vorhandenen Wandel. 56

57 Hierarchische Modellierung, Simulation und Optimierung von Destillationsprozessen Michael Bortz a, Richard Welke a, Jakob Burger b, Andreas Scheithauer b, Sergej Blagov c, Agnes Dittel c, Oliver Ryll c, Norbert Asprion c, Karl-Heinz Küfer a, Hans Hasse b a Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik, Kaiserslautern b Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD), Technische Universität Kaiserslautern c BASF SE, Chemical and Process Engineering, Ludwigshafen Design und Optimierung von Destilliationsprozessen erfolgen heute meist auf Basis rigoroser Simulationen mit dem Gleichgewichtsstufenmodell. Für den konzeptionellen Verfahrensentwurf stehen darüber hinaus einfachere Ansätze wie die / -Analyse zu Verfügung [1]. Beim hierarchischen Design müssen beide Modellierungsebenen miteinander verbunden werden. Hierfür wurde in der vorliegenden Arbeit ein neuer Ansatz entwickelt, mit dem ausgehend von der / -Lösung exzellente Startwerte für die Simulation mit dem Gleichgewichtsstufenmodell erhalten werden. Dies beinhaltet auch Angaben zum Energiebedarf, wodurch sich neue Möglichkeiten für das Design von Destillationsprozessen ergeben. Zur Generierung von Startwerten für die Vollsimulation wurden heuristische Schätzer für das Rücklaufverhältnis und die Anzahl der Gleichgewichtsstufen entwickelt. Auf der Basis der / -Analyse kann die Simulation von Destillationsprozessen auf die Lösung von linearen Gleichungssystemen zurückgeführt werden. Die Methode lässt sich auf Destillationssequenzen [1] und Reaktions-Destillationsprozesse mit beliebig vielen Apparaten in beliebiger Verschaltung anwenden. Mit der Untersuchung des gesamten Lösungsraums werden globale Optimierungen komplexer Prozesse ermöglicht. Ist ein erfolgreicher Übergang zum Gleichgewichtsstufenmodell vollzogen, ist dies ein sehr guter Ausgangspunkt für die Berechnung von Paretomengen aufgrund der multikriteriellen Optimierung miteinander konkurrierender Zielfunktionen[2]. [1] O. Ryll, S. Blagov, H. Hasse: / -Analysis of homogeneous distillation processes, Chem. Eng. Sci. 84 (2012) [2] N. Asprion, S. Blagov, O. Ryll, R. Welke, A. Winterfeld, A. Dittel, M. Bortz, K. Küfer, J. Burger, A. Scheithauer, H. Hasse: Decision Support for Process Development in the Chemical Industry, The tenth International Conference on Chemical & Process Engineering - ICheaP-10 Florence, Italy, pp , ISBN (2011). 57

58 Reaktive Trennwandkolonnen: Experimenteller Betrieb und mathematische Simulation C. Ehlers, G. Fieg, Technische Universität Hamburg-Harburg, Hamburg/Deutschland Reaktive Trennwandkolonnen sind höchst komplexe Rektifikationsapparate, die die industriell etablierten Apparate der Reaktivrektifikationskolonne und der konventionellen Trennwandkolonne in einem Apparat verbinden. Simulative Untersuchungen sagen voraus, dass dieser Apparatetyp ein hohes Potential zur Prozessintensivierung besitzt und damit die Ressourceneffizienz verfahrenstechnischer Prozesse verbessern kann [1,2]. Seitens potentieller Anwender dieser Technologie besteht allerdings aufgrund der hohen Komplexität der Apparate und der geringen Anzahl veröffentlichter experimenteller Untersuchungen Unsicherheit darüber, inwieweit konventionelle Modellierungsansätze eine sichere Vorhersage des Betriebsverhaltens reaktiver Trennwandkolonnen erlauben. Im Rahmen der eigenen Forschung wurde eine reaktive Trennwandkolonne im Technikumsmaßstab mit einem Beispielstoffsystem erfolgreich konzipiert, aufgebaut und in Betrieb genommen. Es handelt sich hierbei um eine Petlyuk-Konstruktion mit der reaktiven Strukturpackung Katapak-SP-Labor (Fa. Sulzer) auf der Zulaufseite des Trennwandbereiches. Hier ist der saure Ionentauscher Amberlyst 35 Dry (Fa. Dow) als Katalysator für die Umesterung von n-butylacetat mit 1-Hexanol implementiert. Im restlichen Kolonnenbereich wird die Packung B1-500 (Fa. Montz) verwendet. Der Apparat weist eine Gesamthöhe von ca. 11 Metern sowie Innendurchmesser von 54 mm beiderseits der Trennwand und 68 mm in den weiteren Anlagenteilen auf. Sämtliche Temperaturen, Drücke, Druckverluste und Massenströme werden messtechnisch erfasst. Zusätzlich wurde beruhend auf umfangreichen Vorarbeiten [3, 4] ein mathematisches Modell einer reaktiven Trennwandkolonne entwickelt, welches auf dem bekannten Prinzip der Gleichgewichtsstufe beruht. Dieses Modell erlaubt Vorhersagen sowohl für das stationäre als auch für das dynamische Betriebsverhalten der eingesetzten Technikumskolonne. Die direkte experimentelle Überprüfung von Modellvorhersagen über den Betrieb einer reaktiven Trennwandkolonne zeichnet dieses Projekt aus. 58

59 Der Vortrag lässt sich in drei grundsätzliche Abschnitte unterteilen. Im Rahmen einer kurzen Einleitung werden zunächst die Herausforderungen, die an den erfolgreichen Einsatz einer reaktiven Trennwandkolonne geknüpft sind, zusammenfassend vorgestellt. Außerdem werden die wesentlichen Charakteristika der eingesetzten Versuchsanlage vermittelt. Im zweiten Abschnitt des Vortrages wird das mathematische Modell, welches stationäre und dynamische Simulationen ermöglicht, detailliert beschrieben. Insbesondere wird hier auf entscheidende Modellattribute eingegangen, die bei der dynamischen Simulation wesentlich sind. Im letzten Vortragsabschnitt wird der Fokus auf den experimentellen Versuchsbetrieb gerichtet. Es wird gezeigt, wie das sichere Anfahren und der stabile Betrieb der reaktiven Trennwandkolonne gelingt. Außerdem wird an dieser Stelle verdeutlicht, wie das dynamische Modell gewinnbringend bei der Planung des Prozessführungskonzeptes und des Anfahrvorganges eingesetzt werden kann. Zusammenfassend verbindet der Vortrag die mathematische Simulation des Betriebsverhaltens reaktiver Trennwandkolonnen mit dem eigentlichen experimentellen Versuchsbetrieb. Auf diese Weise können bestehende Unsicherheiten hinsichtlich des Einsatzes dieses Apparatetyps durch wertvolle praktische Erfahrungen abgebaut werden. Literatur [1] I. Mueller, C. Pech, D. Bhatia, E. Y. Kenig: Rate-based analysis of reactive distillation sequences with different degrees of integration. Chem. Eng. Sc., 62 (24), , 2007 [2] Kiss, A.A., Pragt, J.J., van Strien, C.J.G.: Reactive dividing-wall columns How to get more with less resources? Chemical Engineering Communications, 196 (11), , 2009 [3] G. Niggemann, C. Hiller and G. Fieg: Experimental and Theoretical Studies of a Dividing-Wall Column Used for the Recovery of High-Purity Products. Ind. Eng. Chem. Res., 49 (14), , 2010 [4] G. Niggemann, C. Hiller and G. Fieg: Modeling and in-depth analysis of the start-up of dividing-wall columns. Chem. Eng. Sc., 66 (21), ,

60 Morphologischer Ansatz zur Entwicklung zuverlässiger Modelle der heterogen katalysierten Reaktivdestillation Erik von Harbou 1, Markus Schmitt 2, Hans Hasse 1 1 Lehrstuhl für Thermodynamik, Technische Universität Kaiserslautern 2 Global Process Technology, BASF SE, Ludwigshafen Die Modellierung der heterogen katalysierten Reaktivdestillation (HCRD) erfolgt bislang im Wesentlichen mit einfachen Gleichgewichtsstufen- bzw. Rate-based Modellen unter Berücksichtigung der Reaktionskinetik. Dabei wird der Erfassung der tatsächlichen Verhältnisse in den katalytischen Einbauten, die sehr unterschiedlich ausgeführt sein können, meist wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Dies erschien durch Ergebnisse von Untersuchungen an Testsystemen gerechtfertigt, die eine geringe Sensitivität der Simulationsergebnisse hinsichtlich einer Detaillierung des Modells zeigten. Neue Ergebnisse einer eigenen Studie an zwei Testsystemen mit unterschiedlicher relativer Flüchtigkeit, die jeweils mit unterschiedlichen reaktiven Einbauten untersucht wurden, zeigen jedoch, dass diese Annahme keineswegs generell richtig ist. Überraschend wurde gefunden, dass eine Modellvariation hinsichtlich a) des Reaktormodells (Rührkessel/Rohrreaktor) und b) der Beschreibung der Überlagerung von Reaktion und Destillation für praxisrelevante Systeme großen Einfluss auf die vorhergesagten Umsätze und Kolonnenprofile haben kann. Die Ergebnisse erklären zuvor unverstandene Befunde. Die Erkenntnisse führen zur Entwicklung eines morphologischen Ansatzes zur Modellierung der HCRD, der eine zielgerichtete und pragmatische Wahl der Modellierungstiefe erlaubt. 60

61 Kompetenzen für Absolventen der Verfahrenstechnik, des Chemie- und Bioingenieurwesens in einer globalisierten Welt Dr. Hermann J. Feise, Dr. Thomas Bott, Dr. Wilfried Seyfert; BASF SE, Ludwigshafen Bildung, ob in Kindergarten, Schule oder Hochschule, ist jeden Tag ein Thema in der öffentlichen Diskussion in Deutschland. Schlagworte wie Rechtsanspruch auf Kindergartenplätze, Bildungsnotstand, Mangelnde Deutschkenntnisse, Studierendenzahlen, OECD Bildungsindex, Bologna-Reform, Zurück zum Diplom, Freiheit der Lehre und seit neuestem Abbrecherquote sind dafür ein beredtes Bespiel. Allen diesen Diskussionen ist gemeinsam, dass sie häufig basierend auf statistischen Erhebungen richtige Beobachtungen formulieren und anspruchsvolle Neuerungen fordern, aber selten und spät Verbesserungen erreichen. Dieser Beitrag beleuchtet die Anforderungen, die an einen Absolventen der Verfahrenstechnik, des Chemie- oder Bioingenieurwesens gestellt werden, der heute in einer global agierenden Firma an einem deutschen Standort seine erste Stelle antritt. Ausgehend vom wissenschaftlichen und technischen Arbeitsumfeld in der BASF werden verschiedene Aufgaben, Angebote und Herausforderungen beleuchtet, denen sich ein junger Ingenieur gegenübergestellt sieht. Betrachtet werden neben fachlichen Kenntnissen auch Schlüsselqualifikationen und die Frage, wann und wie diese erworben werden können. 61

62 TCF - More reasons why chemical engineering is cool J.E. Oude Lenferink, Fluor, Haarlem, The Netherlands Todays students tend to select their study of choice on what is "needed" in society, but also because certain things are "cool". In the past many students choose studies in engineering/beta-direction because of the coverage given in the news (e.g. building refineries/bridges, medical research etc, all in the second half of the last century). Nowadays many students for example pick "social media studies" and economics, because this is something they get into contact with on a daily basis. The process industry appears to have lost their "cool" when looking at the number of students at Dutch/European universities. But is this correct? What process engineers do on a daily basis is cool, and therefore the concept of technical coolness factor or TCF, in analogy to the cool wall of the BBC program Top Gear is presented. Some examples will be given on not-so-cool, cool, and sub-zero process units and applications, which are typically seen at refineries/chemical sites, with the aim to make it more attractive and visible for students. 62

63 Effizienzsteigerung durch Prozessintensivierung im Multi-Purpose Umfeld Michael Nelißen, Marco Kohnke, Sebastian Härtner, Dirk Schmalz, Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland Das Produktportfolio der Spezialitätenchemie zeichnet sich durch eine hohe Dynamik aus. Aus kurzen Produktlebenszyklen und kurzen Prognosezeiträumen resultiert eine hohe Produktvielfalt mit stark unterschiedlichen Produktionsmengen. Die daraus folgenden Flexibilitätsanforderungen werden durch moderne Mehrproduktanlagen erfüllt. Effizienzsteigerungen können auch in diesem Umfeld durch den gezielten Einsatz von Prozessintensivierung, zum Beispiel der Mikroreaktionstechnik, erreicht werden. Dadurch wird es ermöglicht, Batchprozesse in robuste kontinuierliche Verfahren zu überführen. Mit Hilfe von Portfolioanalysen werden Potentiale aufgezeigt, aus denen sich ableiten lässt, welche Produkte sinnvoll in eine kontinuierliche Fahrweise transferiert werden können. Häufig geht die Optimierung der Effizienz mit einem Verlust an Flexibilität einher. Diese Einschränkung der Flexibilität einer kontinuierlich betriebenen Anlage kann unter anderem durch deren modularen Aufbau kompensiert werden. Für die Integration von kontinuierlich betriebenen Anlagen in die Multi-Purpose Umgebung wurde das Konzept der Mehrprozessanlage entworfen. Dieses Konzept erlaubt es, Prozesse ressourceneffizient zu entwickeln, indem die Vorteile der kontinuierlichen Verfahren mit denen der flexiblen Batchproduktion kombiniert werden. Im Beitrag wird das Konzept der Mehrprozessanlage vorgestellt, sowie die zur effektiven Nutzung des Konzepts notwendige integrierte Verfahrensentwicklung und Produktionslogistik diskutiert. 63

64 Ökologische Bewertung von Prozessen in Mehrproduktanlagen Mandy Wesche 1, Michael Häberl², Marco Kohnke², Stephan Scholl 1 1 Technische Universität Braunschweig, Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik, Deutschland ² Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland Der Aspekt der Nachhaltigkeit ist für viele Firmen der chemischen Industrie ein wichtiger Bestandteil der Unternehmensstrategie. Die Gründung von Initiativen wie Chemie³ zeigt die Bereitschaft der Branche, Verantwortung für Produktionsprozesse und Produkte zu übernehmen. Neben sozialen und ökonomischen Aspekten sind dafür ökologische Gesichtspunkte, wie der effiziente Einsatz von Rohstoffen und Energien, von entscheidender Bedeutung bei der Bewertung von Produktionsprozessen. Im Bereich der Spezialchemie kommen häufig Mehrproduktanlagen zum Einsatz. Darin werden flexibel verschiedene Produkte entsprechend der Nachfrage hergestellt, in der Regel Spezialitäten mit geringen Jahreskapazitäten. Anhand eines Produktionsprozesses aus dem Bereich der Spezialchemie wird eine Methode vorgestellt, welche die Analyse von Prozessen in Mehrproduktanlagen im Hinblick auf Energie- und Ressourcenverbrauch verbunden mit ökologischen Betrachtungen ermöglicht. Die Grundlage der Methode bildet das neu entwickelte 3-Ebenen-Modell. So werden in der ersten Ebene einzelne Grundoperationen differenziert abgebildet. In der zweiten Ebene sind die verschiedenen Prozesse durch Verknüpfung dieser Grundoperationen modular strukturiert dargestellt. Die dritte Ebene repräsentiert die für die Fertigungsprozesse zur Verfügung stehenden Energie- und Mediennetze sowie die betriebliche Infrastruktur. Mit diesem Modell sind alle für die Verfahrensanalyse und -bearbeitung relevanten Detaillierungsgrade eines Prozesses darstellbar. Das Konzept bildet die Basis für die Prozessdarstellung in einem Stoffstrommodellierungstool, wie z. B. umberto, welche die ökologische Bewertung von Prozessen unterstützt. Um den zeitlichen Aufwand für die Modellerstellung zu minimieren und gleichzeitig eine hohe Flexibilität für Prozesse in 64

65 Mehrproduktanlagen zu unterstützen, wurden Bausteine definiert und implementiert. Die Bausteine repräsentieren Anlagenbestandteile, wie z. B. Rührwerksreaktoren, Zentrifugen oder Pumpen, und verschiedene Prozessschritte, wie Temperieren oder Verdampfen. Durch Eingabe von prozess- und produktspezifischen Betriebsparametern sowie Apparategrößen erfolgt die individuelle Anpassung an die Produktionsprozesse. Dieser modulare Ansatz ermöglicht die Bilanzierung vollständiger Prozesse bzw. -abschnitte. Neben den Aufwendungen für die Bereitstellung von Rohstoffen, Energien, Hilfs- und Betriebsstoffen sind für die ökologische Bewertung von Produktionsprozessen die Bereitstellung und der Betrieb der Anlage selbst zu erfassen. Dabei muss für Prozesse in Mehrproduktanlagen als Besonderheit die produktspezifische Anlagenkonfiguration berücksichtigt werden. Der Nutzungszeitraum der Apparate, ebenso wie Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung, sind auf geeignete Weise auf die verschiedenen Produktionsprozesse zu allokieren. Ein entsprechender Ansatz wird in dem Beitrag vorgestellt. Aufgrund der transparenten Darstellung aller Stoff- und Energieströme sind systematische Schwerpunktanalysen zur Identifikation von Prozessschritten mit hohem ökologischem Einfluss möglich. Die vorgestellte Methode ermöglicht somit eine kontinuierliche Verbesserung der Nachhaltigkeit von bestehenden Produktionsprozessen und ein ökologisch vorteilhaftes Design neuer Prozesse in der Planungsphase. 65

66 Logistik modularer Produktion in der Prozessindustrie erste Ergebnisse des ModuLOG-Forschungsprojekts S. Lier, D. Wörsdörfer, M. Grünewald, Ruhr-Universität Bochum Jüngste Entwicklungen in der Verfahrenstechnik, wie z.b. Mikroverfahrenstechnik, ermöglichen neue Produktionstechniken in der chemisch-pharmazeutischen Industrie. In kleinen Produktionsmodulen können wirtschaftlich und kontinuierlich chemische Produkte kundennah produziert werden. Modulare, kleinskalige Produktionskonzepte versprechen eine verbesserte Flexibilität und Anpassung an Marktbedingungen, dies jedoch bei Verlust von Skaleneffekten. Die Entwicklung und Bewertung solcher innovativen Konzepte sind bzw. waren Gegenstand diverser Forschungsprojekte (z.b. F3 Factory, CoPIRIDE, Polycat oder ENPRO). Das Projekt ModuLOG baut auf die generierten (verfahrenstechnischen) Ergebnisse auf und entwickelt hierfür geeignete Supply Chain Lösungen, Materialversorgungskonzepte und optimale Produktionsnetzwerke. Die dezentrale, kleinskalige Produktion ist mit völlig neuen logistischen Herausforderungen verbunden. Diese aufzuklären, zu beherrschen und neue Potenziale zu nutzen ist Ziel des ModuLOG Projektes. Dabei sind u.a. die Netzwerkgestaltung, die Ableitung von Anforderungen an Produktionsstandorte, die Gestaltung von Lieferkonzepten und die Layouterstellung für den internen Materiafluss ebenso von Belang wie die übergreifende ökonomische und ökologische Bewertung. Für diese Aufgaben sind im ModuLOG Projekt Partner aus Hochschule und Industrie vertreten. Gegenstand des Vortrages ist die Vorstellung des ModuLOG-Projektes und das Aufzeigen erster Ergebnisse aus den Bereichen Aufklärung von Schnittstellen zur Produktion, Ver- und Entsorgung modularer Anlagen, Förder- und Lagertechnik, Standortanforderungen, Transporte und Produktionsnetzwerk. 66

67 Auswahl technischer Reaktoren für modulare, kontinuierliche Kleinanlagen N. Krasberg, INVITE GmbH, Leverkusen; L. Hohmann, TU Dortmund, Dortmund, N. Kockmann, TU Dortmund, Dortmund Modulare, kontinuierliche Kleinanlagen werden seit einigen Jahren in Forschung und Industrie diskutiert und wurden bereits in verschieden Forschungsprojekten (z.b. F³ Factory, COPIRIDE) demonstriert. Durch die geforderte Standardisierung der Module [1] ergibt sich das Potential, die Entwicklungszeit eines neuen Prozesses stark zu verkürzen. Nach einmaliger Auslegung kann ein Modul als Verfahrenseinheit immer wieder verwendet werden. Der Aufwand für Auslegung, Kostenschätzung, Sicherheitsbetrachtungen und Montage verringert sich. Auch bei der Beschaffung ergeben sich Potentiale zur Einsparung, wenn Standardapparate bei den Herstellern schneller erhältlich sind als Einzelanfertigungen [2]. Dies führt im Umkehrschluss dazu, dass gewisse Kompromisse bei der Effizienz des Verfahrens eingegangen werden müssen. Einhergehend mit diesem neuen Anlagentyp werden neben den klassischen Engineering-Disziplinen ergänzende Planungswerkzeuge benötigt, um dessen Potentiale ausschöpfen zu können. Dies umfasst zum einen Werkzeuge, die eine durchgängige modulbasierte Dokumentation über alle Projektphasen ermöglichen, als auch neue Herangehensweisen bei der Auswahl technischer Hauptapparate auf Basis vordefinierter Standardapparate. Auswahlmethode für kontinuierliche Flüssigphasenreaktoren Es wird eine Methodik vorgestellt, welche eine systematische Auswahl von technischen Reaktoren für kontinuierliche Flüssigphasenprozesse, die im Feinchemie- und Pharmasektor einen großen Teil der Syntheseverfahren stellen [3], ermöglicht. Als Grundlage für die Auswahl dient die verfahrenstechnische Katalogisierung und Charakterisierung der am Markt verfügbaren Reaktorsysteme für kontinuierliche Synthesen (Kanalreaktoren, Mischer-/Wärmetauscher, Mischeinheiten, Rührkessel). Aus der Verwendung von vordefiniertem Equipment resultiert eine von klassischen Reaktorauslegungsmethoden [4] abweichende Arbeitsweise, welche bestrebt ist aus den zur Verfügung stehenden Reaktorkomponenten eine ökonomisch und technisch sinnvolle Variante zu identifizieren und so auf eine kosten- und zeitintensive Einzelanfertigung zu verzichten. 67

68 Die Methodik wird begleitend während den Phasen Laborentwicklung, Conceptual Design, und Basic Engineering angewendet um die wachsende Informationsdichte der verschiedenen Fachdisziplinen effizient zusammenzuführen und gleichzeitig den Raum der technisch sinnvollen Lösungen durch eine gezielte Steuerung von Laborversuchen und einer sukzessiven Reduktion des Suchraums einzugrenzen. Der Auswahlmethode liegt eine Datenbank mit verfahrenstechnischen Berechnungsmodellen der einzelnen Reaktorsysteme zu Grunde. Wichtige Kenngrößen von Reaktoren sind hierbei z.b. Volumen, zulässige Flussraten, Möglichkeiten zur Parallel- und Serienschaltung, Druckverlust, Wärmeübergang und axiales sowie radiales Mischverhalten. Die Modellqualität reicht hierbei von Abschätzungen anhand von Geometriedaten (z.b. von Kanalstrukturen), bis hin zu empirischen Korrelationen für einen spezifischen Apparat und ist flexibel für jedes Reaktorsystem zu adaptieren. Im Auswahlprozess werden zunächst alle möglichen Reaktorsysteme hinsichtlich ihrer Funktionalität betrachtet und bei Nichteinhaltung technischer Kriterien von der weiteren Auswahl ausgeschlossen. Mit wachsender prozessseitiger Datenlage werden zunächst die Kriterien Prozessdurchsatz, mittlere Verweilzeit, Betriebsdruck und Druckverlust, Wärmeübertragungsleistung geprüft. Liegen kinetische Daten vor, werden zusätzlich die Abstimmung von Reaktion und Vermischung im Reaktor, sowie der thermisch sichere Betrieb (Barkelew-Renken Kriterium [5]) anhand einer 1D- Simulation überprüft. Die technisch funktionalen Reaktorsysteme und Reaktorkombinationen werden anschließend hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit gestaffelt dargestellt, sodass die Ausgabe dieser Auswahlmethodik als Grundlage für eine fundierte Expertenentscheidung im Conceptual Design verwendet werden kann. [1] Bramsiepe, C.; Kussi, J. S.; Schembecker, G.; Schneller zur Produktion; CT; 2011; 3; [2] Schembecker, G.; Bott, T.; Die 50%-Idee Vom Produkt zur Produktionsanlage in der halben Zeit; CIT; 2009; 81; 8; [3] Roberge, D. M.; An Integrated Approach Combining Reaction Engineering and Design of Experiments for Optimizing Reactions; Org. Proc. Res. Dev.; 2004; 8; 6; [4] Peschel, A.; Karst, F.; Freund, H.; Sundmacher, K.; Analysis and optimal design of an ethylene oxide reactor; Chem. Eng. Sci.; 2011; 66; 24; [5] Haber, J.; Kashid, M. N.; Renken, A.; Kiwi-Minsker, L.; Heat Management in Single and Multiinjection Microstructured Reactors: Scaling Effects, Stability Analysis, and Role of Mixing; Ind. Eng. Chem. Res.; 2011; 51; 4;

69 Einbindung von Flexibilitätsanalysen und Anlagenerweiterungsstrategien in die Anlagenplanung Heiko Radatz, Tim Seifert, Gerhard Schembecker, Christian Bramsiepe TU Dortmund, Dortmund/Deutschland Vor dem Hintergrund von Globalisierung, schwankenden Märkten und kürzer werdenden Produktlebenszyklen wird der Begriff der Flexibilität in der Anlagenplanung immer wichtiger. Bisher werden möglichst große Anlagen gebaut und auf einen Betriebspunkt optimiert. Dadurch können Economy of Scale genutzt und Betriebskosten minimiert werden. Eine solche Vorgehensweise ist von Vorteil, wenn bekannt ist, wie sich der Markt entwickeln wird. Entwickelt sich der Markt jedoch anders als angenommen, muss der Betriebsbereich der bestehenden Anlage ausgenutzt werden. Wenn das nicht ausreicht, muss die Kapazität der Anlage erweitert oder reduziert werden. Eine Kapazitätserweiterung bestehender Anlagen ist beispielsweise durch Debottlenecking möglich. Dies ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Um schon in der Planungsphase spätere Anlagenerweiterungen zu berücksichtigen, können einzelne Apparate überdimensioniert werden. Das resultiert jedoch in höheren Investitionskosten, wodurch das Investitionsrisiko steigt. Außerdem wird der Betriebsbereich der Anlage in Richtung kleiner Kapazitäten begrenzt. Eine weitere Möglichkeit die Anlagenkapazität zu erhöhen bietet das Kopieren ganzer Anlagenstränge. Da diese Kapazitätsschritte sehr groß sind, kommt es zu Über- oder Unterkapazitäten, was eine schlechte Anpassung an den Markt und damit eine geringe Ausnutzung des investierten Kapitals zur Folge hat. Haben die Anlagenstränge kleine Produktionskapazitäten, ist eine bessere Marktanpassung möglich, aber die Investitionskosten steigen deutlich. Es wird also ein Ansatz benötigt, der die Anpassung der Anlagenkapazität an den Markt mit geringem Aufwand und zu niedrigen Kosten ermöglicht. Dies kann durch die Verwendung von modularisiertem Equipment geschehen. Hierbei sind die Betriebsfenster der einzelnen Equipmentmodule, also die Volumenflexibilität, und die Expansionsflexibilität des Anlagensetups wichtig. Die Expansionsflexibilität beschreibt, wie gut sich die Kapazität eines Anlagensetups durch Numbering Up einzelner Equipmentmodule an einen Marktverlauf anpassen lässt. 69

70 H2 MEK H2 MEK Durch den Verlust an Economy of Scale bei der Verwendung von mehreren Equipmentmodulen werden die Investitionskosten der Gesamtanlage jedoch steigen. Auf der anderen Seite kann durch eine schrittweise Erweiterungsstrategie von modularisiertem Equipment die Anfangsinvestition und somit das Investitionsrisiko für eine geplante Anlage durch verzögerte Investitionen verringert werden. Bezüglich der Größe des Equipmentmoduls muss ein Kompromiss zwischen den Einsparungen durch die Economy of Scale des Moduls und der Marktanpassung gefunden werden. In diesem Beitrag wird am Beispielprozess zur Herstellung von Methylethylketon aus 2-Butanol ein Konzept vorgestellt, das die schrittweise Erweiterung von modularisierten Analgensetups über den Lebenszyklus einer Anlage betrachtet. Die schrittweisen Erweiterungen sind schematisch in Abbildung 1 dargestellt. BuOH BuOH Abbildung 1: Schrittweise Marktanpassung über Numbering Up von Equipmentmodulen Dabei werden aus einer vordefinierten Moduldatenbank Anlagensetups erstellt und zur Anpassung der Produktionskapazität an die Entwicklung des Marktbedarfs schrittweise erweitert. Durch die Verwendung eines evolutionären Algorithmus kann das Anlagensetup mit der besten Expansionsflexibilität für einen vorgegebenen Marktverlauf bestimmt werden, was eine schrittweise und optimale Anpassung der Anlagenkapazität an den Markt ermöglicht. 70

71 Produkt-Dienstleistungs-Systeme und Geschäftsmodelle für die wandlungsfähige Produktion in der Prozessindustrie S. Lier, D. Wörsdörfer, J. Gesing, M. Grünewald, Ruhr-Universität Bochum Heutzutage ist der Anlagenbau in der Prozessindustrie durch eine begrenzte Interaktion zwischen Unternehmen des Anlagenbaus und Betreiberunternehmen in den Phasen der Planung und Konstruktion gekennzeichnet. Weil Anlagen normalerweise betriebsbereit übergeben werden endet die Geschäftsbeziehung oft mit Inbetriebnahme der Anlage. Dienstleistungen wie Wartung, Reparatur und Instandhaltung werden von den Betreiberfirmen selbst übernommen. Globaler Wettbewerb, Kosten-, Schnelligkeits- und Qualitätsdruck, verkürzte Lebenszyklen, zunehmende Produktdifferenzierung und deshalb volatile Märkte stellen große Herausforderungen für Teile der Prozessindustrie dar. Bisher wurde der Anlagenbau durch Skaleneffekte mit dediziertem Equipment an zentralen Produktionsstandorten dominiert und durch die oben beschriebenen Geschäftsbeziehungen gekennzeichnet. Insbesondere in niedrigen Konjunkturlagen und Produktanläufen sind optimale Kapazitätsauslastungen dieser Systeme aber nicht garantiert. Außerdem stehen zentrale Produktionsnetzwerke den Gedanken von schlanken Prozessen und Supply Chains mit kurzen Reaktionszeiten entgegen. Mit der Neuentwicklung von Produkten können die Produktionssysteme nicht so schnell umgebaut werden wie es notwendig wäre. Deshalb stehen wandlungsfähige, modulare Produktionskonzepte aktuell im Entwicklungsfokus, um diese Herausforderungen zu beantworten. Diese Produktionskonzepte benötigen andere Geschäftsmodelle jenseits der Inbetriebnahme, da Betreibern an dezentralen Produktionsstandorten weniger Know-How und Ressourcen zur Verfügung stehen. Deshalb werden Apparatehersteller und Anlagenbauer für solche Systeme Dienstleistungen wie Instandhaltung nach Inbetriebnahme mit anbieten. Vor Inbetriebnahme kommen Dienstleistungen wie die Charakterisierung von Apparaten während der Planungs- und Konstruktionsphase dazu, weil Produkt-, Prozess-, Apparate-, und Anlagenentwicklung immer weiter ineinander integriert werden, um eine kurze Time-to-market zu erreichen. Hier werden die heutigen B2B-Geschäftsbeziehungen zwischen Apparateherstellern, Anlagenbauern und Betreibern mit einem Fokus auf die Produkt-Dienstleistungs-Systeme analysiert. Im Vergleich dazu werden neue Strukturen inklusive alternativer Geschäftsmodelle für wandlungsfähige, modulare Produktionskonzepte vorgeschlagen. 71

72 Hierarchical process design using multi-objective optimization and varying model depth method and examples Jakob Burger, Hans Hasse Laboratory of Engineering Thermodynamics, TU Kaiserslautern The design of a chemical plant is a hierarchical process of several stages. From conceptual design to detail engineering the complexity is stepwise increased. In every step models of different model depth and different design methods are used, e.g. distillation boundaries in conceptual design or fluid dynamics computations in apparatus design. The design process can be understood as a hierarchical optimization, in that several subsequent optimizations are executed. The optimum of each design stage serves as a starting point for the next stage. A major challenge of hierarchical optimization is to avoid restrictions in early stages and the associated loss of the global optimum. In the last decades, advances in process systems engineering have provided a large number of optimization techniques to deal with that problem, e.g. optimization under uncertainties [1] and multi-objective optimization techniques [2, 3]. In this contribution, a generic hierarchical optimization method is presented which enables the effective and systematic design of optimal processes using varying model depth. In a first step the process is optimized with a simplified process model. Due to the lack of significant objective functions, the problem at this stage is formulated as optimization with multiple conflicting objectives. The Pareto-optimal solutions, a set of best compromises, are used as starting points for the subsequent optimization with more detailed models. Inferior or dominated solutions are no longer considered in the next stages. The method is illustrated using two examples: first, the design of a novel process for yielding poly(oxymethylene) dimethyl ethers (OMEs), which are highly interesting environmentally benign fuel additives [4], and second, a computer-aided molecular design problem, in which an optimal solvent structure for the physical absorption of CO2 is determined [5]. In both examples the flow sheet design is a complex MINLP problem. Thus, simplified process models, which reflect the thermodynamic limits of the apparatus, are derived and used in multi-objective optimization. By using Pareto- 72

73 optimal solutions of this problem as starting points, the complex MINLP problems are solved quick and robust. With the proposed systematical approach hierarchical process design becomes faster and more reliable. [1] E. N. Pistikopoulos: Uncertainy in Process Design and Operations, Comp. Chem. Eng. 19, 1995, p. 553 [2] V. Bhaskar et al.: Applications of multiobjective optimization in chemical engineering, Rev. Chem. Eng. 16, 2000, p [3] N. Asprion et al.: Decision support for process development in the chemical industry, Chem. Eng. Trans. 24, 2011, p [4] J. Burger, H. Hasse: Multi-objective Optimization Using Reduced Models in Conceptual Design of a Fuel Additive Production Process, Chem. Eng. Sci. 99, 2013, p [5] F. Pereira et al.: Integrated solvent and process design using a saft-vr thermodynamic description: High-pressure separation of carbon dioxide and methane, Comp. Chem. Eng. 35, 2011, p

74 Systematik zur anlagenweiten Optimierung komplexer Downstream- Prozesse in der Chemischen Industrie Hilke-Marie Lorenz, Jens-Uwe Repke, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg (Sachs)/Deutschland; Daniel Staak, Lonza Group Ltd, Visp/Schweiz Durch den weltweit steigenden Energiebedarf und die zeitgleiche Verknappung von Rohstoffen werden nachhaltige und effiziente Prozesse in der Chemischen Industrie immer wichtiger. Der Energie- und Rohstoffbedarf bestimmt damit häufig die Wirtschaftlichkeit von Prozessen. In der Optimierung bestehender Prozesse, deren Randbedingungen sich dabei deutlich von denen einer Synthese neuer Prozesse unterscheiden, liegt hierbei ein bedeutendes Potential. Durch die hohe Anzahl an Komponenten im Prozess und einer meist über mehrere Jahrzehnte entstandenen komplexen Prozessführung ist ein systematisches Vorgehen bei der Optimierung unerlässlich. Die angewandte anlagenweite Prozessanalyse und mit anschließender Optimierung kann in fünf Schritte unterteilt werden (Abbildung 1). Der erste Schritt stellt die Abbildung 1: 5 Schritte bei der Analyse und Optimierung komplexer Downstream-Prozesse konkrete Formulierung des zu erreichenden Optimierungszieles dar. Der zweite Schritt beinhaltet die Analyse des gesamten Prozesses, durch die ein fundiertes Prozessverständnis erlangt wird. Hierbei wird neben vorhandenen Prozessdaten auch die historische Entwicklung des Prozesses mit berücksichtigt. Durch die Auswertung der resultierenden Massen- und Energiebilanzen kann in einem dritten Schritt das Optimierungspotential identifiziert werden. In dieser Phase ist ein tiefes Verständnis des thermo- und fluiddynamischen Verhaltens unumgänglich. Nach der Formulierung der Optimierungsziele folgt im vierten Schritt die Verbesserung der entsprechenden Teilprozesse. Diese Phase kann auch die Synthese zusätzlicher Trennschritte beinhalten. Die optimierten Teilprozesse werden in dem folgenden fünften und letzten Schritt in den Gesamtprozess integriert. Hierbei sind, neben den 74

75 Auswirkungen auf die Reaktion und andere Prozessteile, auch wirtschaftliche Aspekte mit zu berücksichtigen. In Rahmen dieser Arbeit wird die entwickelte Systematik an einem komplexen Downstream-Prozess aus der Chemischen Industrie angewandt. Der Beispielprozess besteht aus mehr als 15 Unit-Operations und einer Vielzahl an Rückführungen. Die große Anzahl der Komponenten (>20) erhöht die Komplexität zusätzlich. In dem Beitrag wird die entwickelte Systematik vorgestellt, und an dem Beispielprozess angewandt. Die Anwendung der ersten drei Schritte ergab unter anderem eine Flash-Unit direkt hinter dem Reaktor als Optimierungsstelle. Weiterhin wird für die selektive Ausschleusung eines störenden Nebenproduktes ein neuer Teilprozess integriert, dessen Synthese hier dargestellt wird. 75

76 Scale-up der kontinuierlichen Gegenstromextraktion in Kolonnen Von Laborversuchen zur technischen Umsetzung Alexander Holbach und Norbert Kockmann, Technische Universität Dortmund, Dortmund/Deutschland Der Scale-up der kontinuierlichen Gegenstromextraktion vom Labormaßstab hin zur großtechnisch, industriellen Umsetzung stellt bereits am Anfang im Labor große Probleme dar. Die kleinsten, kommerziellen Kolonnen sind eher in der Miniplanttechnik einsetzbar und oft zu groß für das Labor. Um diese Lücke zu füllen, wurde eine neue prozessintensivierte, millistrukturierte Extraktionskolonne mit einem Innendurchmesser von 15 mm entwickelt. Diese kann bereits mit kleinsten Volumenströmen von wenigen ml/min im Labor eine kontinuierliche Extraktion im Gegenstrom realisieren. Hierdurch können bereits im frühen Stadium der Prozessentwicklung wichtige Ergebnisse gewonnen werden, bzw. erste Proben und Muster hergestellt werden. Der nächste Schritt hin zur Durchführung der Extraktion in einer Pilotanlage wird dadurch deutlich beschleunigt. Untersucht wurde die prozessintensivierte Laborkolonne zunächst mit dem EFCE- Testsystem: Butylacetat / Wasser / Aceton, wobei Aceton den zu extrahierende Stoff darstellt. Mit Hilfe der Charakterisierung durch das Testsystem wird eine Vergleichbarkeit zu anderen Extraktionskolonnen geschaffen. Experimentelle Ergebnisse zeigt, dass kleinere Dimensionen zu besseren Trennleistungen als konventionelle Kolonnen führen, die Belastung allerdings deutlich abfällt. Diese Tendenz wirkt sich für erste Versuche durchaus positiv aus, weil mit kleinen Volumenströmen sehr gute Trennleistungen erzielt werden können. Erste Erfahrungen eines industrienahen Prozesses für den Scale-up aus dem Labormaßstab heraus wurden mit der Extraktion von Methylestern gewonnen. Die Methylester stammen aus der Weiterverarbeitung von Pflanzenölen zu Biodiesel. Weil das Pflanzenöl ein Naturprodukt ist, treten nach der Veresterung viele Verunreinigungen auf, die extraktiv entfernt werden können. [1] Die Methylester werden dabei in einem Heptan/Methanol-System getrennt. Die Prozessparameter konnten in der millistrukturierten Laborkolonne (Ø=15 mm) gewonnen werden und auf eine Miniplantkolonne (Ø=50 mm) übertragen werden. [1] Ralph H. Mc Cormack, Don S. Bolley; Fractionation of Castor Oil Methyl Ester by Liquidliquid Extraction, The Journal of the American Oil Chemists Society, 31, ,

77 Management von Laborarbeit durch statistische Untersuchungen an Simulationsmodellen Marius Harrmann, Christian Bramsiepe und Gerhard Schembecker Lehrstuhl für Anlagen und Prozesstechnik, Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen, Technische Universität Dortmund, Emil-Figge Straße 70, Dortmund, Deutschland In der frühen Phase der Prozessentwicklung werden in der Regel Verschaltungen einzelner Unit-Operations untersucht. Dabei stehen für die Auslegung wenige Daten zur Verfügung. Damit können für die zu erwartenden Kosten lediglich Bereiche angegeben werden, die die Auswahl einer konkreten Verschaltung noch nicht erlauben. Für die Auslegung benötigte Daten müssen daher in Laboruntersuchungen ermittelt werden. Durch diese Experimente werden die Unsicherheitsbereiche der Auslegungsparameter verkleinert, was die möglichen Kostenbereiche der Unit- Operation konkretisiert. Die Laborversuche beginnen in der Regel durch Chemiker mit systematisch experimentellen Untersuchungen. Daraufhin erfolgt durch Ingenieure mit dem zunehmend tiefer erzeugten Wissen die Modellierung von Prozessschritten. Im Hinblick auf eine optimale Gesamtlösung eines Prozesses ist es nicht machbar und nicht wissenschaftlich, alle Alternativen für diese Prozessschritte oder eine große Zahl hiervon bis zur größten Detailtiefe zu untersuchen. Um einen effektiven Kompromiss zwischen den unterschiedlichen Arbeitsweisen des Chemikers und des Ingenieurs zu finden und die Prozessentwicklung systematischer zu gestalten, wird eine Methode zum Management der Laborarbeit benötigt wird. Der Vortrag zeigt eine Methode mit der Laborarbeit mittels statistischer Analysen von Simulationsmodellen effizient gesteuert werden können. Diese erfolgt am Beispiel der Flüssig-Flüssig-Extraktion. Nach Erstellung eines Simulationsmodells werden durch qualitative Analysen die nicht einflussreichen Auslegungsparameter ausgeschlossen. Dadurch werden erste Eindrücke der Parametereinflüsse bekannt und weitere aufwändigere Analysen können mit weniger Auslegungsparametern durchgeführt werden. Mit Hilfe einer quantitativen Analyse lässt sich für die ökonomisch stark einflussreichen Parameter ein rein mathematisches Ranking erstellen. Bei der Erstellung der Reihenfolge der Parameter, wie sie schließlich im Labor untersucht werden sollen, muss neben rein mathematischen Überlegungen auch ingenieurwissenschaftliches Wissen berücksichtigt werden. Auch der zeitliche 77

78 und finanzielle Aufwand bei der Parameterbestimmung im Labor fließt in die Festlegung mit ein. Die Arbeit erfolgt im Rahmen des Sonderforschungsbereiches Transregio 63 InPROMPT der DFG. Hier wurde eine Methode entwickelt, mit der werkzeugunterstützt eine Bewertung von Prozessalternativen während der Prozessentwicklung erfolgt [1, 2]. Quellen [1] M. Harrmann, J. Steimel, S. Engell, G. Schembecker; Werkzeugunterstützte Alternativenbewertung in frühen Phasen der Prozessentwicklung; Vortrag beim Jahrestreffen der FG Prozess-, Apparate- und Anlagentechnik der ProcessNet, DECHEMA, Fulda, Germany (2011) [2] J. Steimel, M. Harrmann, G. Schembecker, S. Engell, A framework for the modeling and optimization of process superstructures under uncertainty, Chemical Engineering Science, Available online 15 May 2013, ISSN , 78

79 Praktische Erfahrungen mit der Pareto-Optimierung verfahrenstechnischer Apparate und Prozesse Ernst, P., G. Fieg, Technische Universität Hamburg-Harburg, Hamburg/Deutschland Bei der Auslegung verfahrenstechnischer Apparate und Prozesse müssen immer komplexere Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich Produktmenge und -qualität, Prozessstabilität, Emissionen und Ressourceneffizienz erfüllt werden. Darüber hinaus führt der steigende Wettbewerbsdruck vermehrt zu der Suche nach exakt der Apparate-/ Prozessauslegung, die diese vielschichtigen Anforderungen mit den gleichzeitig geringsten Investitions- und Betriebskosten erfüllt. Deshalb hat die Pareto-Optimierung verfahrenstechnischer Apparate und Prozesse hinsichtlich beider Kostenarten in den letzten Jahren sowohl in der industriellen Praxis als auch in der Forschung stark an Bedeutung gewonnen. Angesichts dieser großen Bedeutung hat sich das Institut für Prozess- und Anlagentechnik der TU Hamburg-Harburg in einem mehrjährigen Forschungsprojekt intensiv mit dem Themenkomplex beschäftigt. Das Forschungsprojekt bestand aus drei Säulen. Die erste Säule umfasste die Entwicklung eines universell einsetzbaren Werkzeugs für die Apparate-/ Prozessauslegung mit überlagerten Optimierungskriterien. Das Werkzeug wurde in umfangreichen Studien an Beispielen aus der Industrie und der Literatur erfolgreich getestet. Innerhalb der zweiten Säule wurden zunächst verschiedene Zielfunktionen für die realitätsnahe Beschreibung der Investitions- und Betriebskosten einzelner Apparateklassen entwickelt. Anschließend wurden mit der Hilfe des Werkzeugs konkrete Apparate optimiert. In der dritten Säule wurde der Fokus auf die Optimierung vollständiger Prozesse erweitert. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden somit zahlreiche verfahrenstechnische Apparate und Prozesse optimiert, die erzielten Optimierungsergebnisse bewertet und mit bekannten Lösungen aus der Literatur oder der industriellen Praxis verglichen. Dabei konnten neben den eigentlichen verfahrenstechnischen Optimierungsergebnissen wertvolle Erfahrungen zum Beispiel im Hinblick auf die verwendeten Optimierungsverfahren, Fließbildsimulatoren und die eingesetzte Hardware gesammelt und bewertet werden. Im Rahmen des Vortrags werden zunächst schlaglichtartig die erwähnten einzelnen Teilprojekte skizziert. Darauf aufbauend werden die wesentlichen und allgemeingülti- 79

80 gen Ergebnisse aus den einzelnen Apparate- und Prozessoptimierungen zusammengeführt, gebündelt präsentiert und bewertet. Basierend auf diesen konzentrierten Ergebnissen werden praxisorientierte Hinweise für den erfolgreichen Einsatz der Pareto-Optimierung in eigenen Optimierungsprojekten gegeben. 80

81 Modellbasierte Synthese und Optimierung von Prozessen mit realem thermodynamischen Stoffverhalten Jochen Steimel, Daniel Krahé, Sebastian Engell Lehrstuhl Systemdynamik und Prozessführung, Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen, Technische Universität Dortmund, Emil-Figge Straße 70, Dortmund, Deutschland Die Synthese von vollständigen Gesamtprozessfließbildern ist trotz zahlreichen Erfolgen auf Teilgebieten wie der Synthese von Trennsequenzen, Wärme- und Massetauschernetzwerken oder Reaktornetzwerken immer noch ein anspruchsvolles Forschungsthema. In diesem Beitrag werden die Fortschritte, die bei der Entwicklung des Werkzeuges FSOpt erreicht wurden, vorgestellt und anhand eines Beispielprozesses illustriert. Die Optimierungsmethodik in dieser Arbeit basiert auf einer Dekomposition der Entscheidungsvariablen in zwei Stufen. Die erste Stufe enthält Designentscheidungen, wie die Existenz und die Verschaltung von Prozesseinheiten sowie alle Parameter, die vor dem Bau einer Anlage fixiert sein müssen. In der zweiten Stufe werden diejenigen Parameter optimiert, die für ein festgelegtes Design noch im laufenden Betrieb angepasst werden können, zum Beispiel Temperaturen, Drücke und Molenströme. Unter der Annahme, dass sich die wahren Werte der Unsicherheiten im Betrieb manifestieren, kann durch Anpassung der Betriebsparameter auf die von den Unsicherheiten induzierten Schwankungen und Abweichungen reagiert werden. Die Unsicherheiten können über einen szenariobasierten Ansatz oder über eine Monte-Carlo- Methode in die Optimierung einfließen. Ziel der Optimierung ist in diesem Falle das Finden eines Prozesses der optimales Verhalten für alle Realisierungen der Unsicherheiten bietet. Die Optimierungsmethodik ist im Computerwerkzeug FSOpt (Flowsheet Superstructure Optimization) implementiert worden. Dieses Werkzeug ermöglicht es dem Anwender, komplexe chemische Prozesse gleichungsbasiert, modular und hierarchisch mit Hilfe der Sprache Modelica zu beschreiben, und die sich daraus ergebenden Optimierungsprobleme zu lösen. Ziel der Entwicklung ist es, eine Umgebung 81

82 zu schaffen in der Designoptimierungsprobleme so einfach formuliert und gelöst werden können wie klassische Simulationsprobleme. In der aktuellen Implementierung wird das Erststufenproblem von einem selbstentwickelten memetischen Algorithmus optimiert, während die Zweitstufenprobleme mit dem State-of-the-Art-NLP-Solver IPOPT gelöst werden. FSOpt unterstützt den Modellierer mit einem graphenbasierten Algorithmus zur Synthese von Fließbildsuperstrukturen. Aus den zur Verfügung stehenden Prozessschritten werden automatisch die Gleichungen generiert, die die Verknüpfungen der Schritte untereinander beschreiben. Eine beispielhafte Superstruktur ist in Abb. 1 gezeigt. In dieser Superstruktur kann jeder Prozessschritt mit jedem anderen verschaltet werden Die entwickelten Methoden werden anhand des Beispielprozesses der Ameisensäureherstellung illustriert. Als Grundlage dient der Kemira-Leonhard-Prozess, bei dem aus Methylformat und Wasser Ameisensäure und Methanol hergestellt wird. Eine Schwierigkeit Abb. 1: Beispielsuperstruktur stellen in diesem Prozess das stark nicht-ideale Verhalten von Gemischen aus Wasser und Ameisensäure und die sich ergebenden Azeotrope dar. Der Prozess wurde in FSOpt modelliert und das Prozessdesign, bestehend aus der Auswahl, der Verschaltung und Parametrisierung der Prozessschritte, wurde optimiert. Die Modellierung der thermischen Trennungen erfolgte mit einem gleichgewichtsbasiertem Stufenmodell, was eine robuste Optimierung der Kolonnendimensionen und Fahrweise ermöglicht. 82

83 Konzeption und Inbetriebnahme einer neuen Technikumsanlage zur Absorption und Desorption von CO 2 N. Hüser, E.Y. Kenig Universität Paderborn, Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik, Deutschland Trotz jahrelanger Forschung auf dem Gebiet der Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) aus v.a. Kraftwerksabgasen bleibt CO 2 weiterhin das im höchsten Maße für die Klimaerwärmung verantwortliche Treibhausgas. Die Integration eines Aminwäschers zur CO 2 -Reduktion in Kohlekraftwerke erhöht den Energieverbrauch um etwa 30%, was mit einer Wirkungsgradminderung um 10 Prozentpunkte einhergeht. Dennoch scheint die Abscheidung mittels aminhaltiger wässriger Lösungsmittel das am besten geeignete Verfahren zu sein und wird in den nächsten 20 Jahren die dominierende Technologie bleiben [1]. In der Literatur werden viele aminhaltige Lösungsmittel (Aminmischungen, aktivierte Amine, sterisch gehinderte Amine) vorgeschlagen, welche den Energieverbrauch senken sollen. Diese wurden aber bisher kaum in einem kompletten Technikums-Kreislauf getestet. Am Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik der Universität Paderborn wird daher daran gearbeitet, diese Lücke zu schließen. Zunächst werden die vorgeschlagenen Lösungsmittel mit Hilfe von Rate-based Simulationen untersucht und ihr Energie- und Kostenverbrauch verglichen. Die in den Simulationen am besten abschneidenden Kandidaten werden dann in der neu entstandenen Technikumsanlage zur Absorption und Desorption von CO 2 experimentell überprüft. Die Anlage besteht aus zwei Glaskolonnen, welche eine Höhe von jeweils etwa 5m haben (Abb. 1). Die Höhe der austauschbaren Packung beträgt je Kolonne 3 m mit einem Flüssigkeitswiederverteiler in der Mitte. Die Absorptionskolonne hat einen Durchmesser von 100 mm und die Desorptionskolonne einen Durchmesser von 300 mm. Die Desorptionskolonne kann auch als eigenständige Anlage mit dem System Wasser/Luft betrieben werden, um das fluiddynamische Verhalten von Packungen und Verteilern zu untersuchen. Beide Kolonnen können bei F-Faktoren von bis zu 4 Pa 0,5 und Flüssigkeitsbelastungen von bis zu 60 m 3 /m 2 h eingesetzt werden. Zur Messung von Temperatur- und Konzentrationsprofilen, wurden spezielle Messflansche entwickelt. Diese sind im Abstand von 50 cm zwischen den 83

84 Kolonnenschüssen installiert und erlauben jeweils die Entnahme einer Gas- und einer Flüssigprobe, sowie die Messung von Temperatur und Druck. Mit Hilfe eines Gaschromatographen wird die Zusammensetzung der Gasproben online bestimmt. Die Flüssigkeitsproben werden offline analysiert. Abbildung 1 Technikumsanlage zur Absorption und Desorption von CO 2 Die Funktionsfähigkeit der Anlage wurde in Vorversuchen mit Wasser und Luft sowie in ersten Experimenten mit dem Standardlösungsmittel Monoethanolamin (MEA) getestet. In dem Beitrag werden die Besonderheiten der Versuchsanlage und die Ergebnisse der Vorversuche präsentiert. [1] G. T. Rochelle, Amine Scrubbing for CO 2 Capture, Science 325 (2009)