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Das vom VKTA entwickelte elektrochemische Verfahren zur Aufbereitung schwefelsaurer Wässer aus Tagebau-Restseen (RODOSAN®) befindet sich zurzeit in der Phase der Pilotierung. Hierzu wurde vom VKTA im Gebiet des Lausitzer Braunkohlen-Tagebaureviers eine Grubenwasserreinigungs-Pilotanlage errichtet. Durch das FZD wurden prozessbegleitende Untersuchungen sowohl zur Optimierung des Elektolyseprozesses als auch zur Aufbereitung der Koppelprodukte durchgeführt. Schwerpunkte waren experimentelle Untersuchungen zum Einfluss des Elektrolyseprozesses (Gasblasenbildung) auf die Verweilzeitverteilung der Flüssigkeit im Katodenraum unter Verwendung der laserinduzierten Fluoreszenz (LIF). Dazu wurde die Strömung im Katodenraum der Elektrolysezelle bei laufender Elektrolyse unter Anwendung verschiedener Stromdichten untersucht. Die Messungen stellen eine informative Basis zur Optimierung der Strömungsstruktur in der Zelle dar. Im Mittelpunkt des Projektes stand weiterhin eine Machbarkeitsstudie zur Abtrennung des Koppelproduktes Ammoniumperoxodisulfat aus der Anolyt-Lösung. Hierzu wurden thermodynamische Kristallisationsparameter ermittelt und Verfahrensvorschläge für die großtechnische Koppelproduktaufbereitung erarbeitet. Ziel ist die optimale Verwertung der beim Elektrolyseprozess entstehenden Koppelprodukte zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens.

Das vom VKTA entwickelte elektrochemische Verfahren zur Aufbereitung schwefelsaurer Wässer aus Tagebau-Restseen (RODOSAN®) befindet sich zurzeit in der Phase der Pilotierung. Hierzu wurde vom VKTA im Gebiet des Lausitzer Braunkohlen-Tagebaureviers eine Grubenwasserreinigungs-Pilotanlage errichtet. Durch das FZD wurden prozessbegleitende Untersuchungen sowohl zur Optimierung des Elektolyseprozesses als auch zur Aufbereitung der Koppelprodukte durchgeführt. Schwerpunkte waren experimentelle Untersuchungen zum Einfluss des Abstandgitters, der beweglichen Membran sowie der Volumenströme auf die Verweilzeitverteilung der Flüssigkeit im Katodenraum unter Verwendung der laserinduzierten Fluoreszenz (LIF). Außerdem gibt die Visualisierung durch die Verwendung fluoreszierender Tracer Informationen über Strömungsasymmetrien durch die Einlassgeometrie, das Abstandsgitter sowie den Aufbau der Zelle. Dazu wurde die Strömung im Katodenraum der Elektrolysezelle in unterschiedlichen Konfigurationen untersucht. Die Messungen stellen eine informative Basis zur Optimierung der Strömungsstruktur in der Zelle dar. Ziel der Untersuchung war, das Verweilzeitverhalten besser zu charakterisieren und damit Rückschlüsse auf das Elektrolyseergebnis ziehen zu können.

Das vom VKTA entwickelte elektrochemische Verfahren zur Aufbereitung schwefelsaurer Wässer aus Tagebau-Restseen befindet sich zurzeit in der Phase der Pilotierung. Hierzu wurde vom VKTA im Gebiet des Lausitzer Braunkohlen-Tagebaureviers eine Grubenwasserreinigungs-Pilotanlage errichtet. Durch das FZD wurden prozessbegleitende Untersuchungen sowohl zur Optimierung des Elektolyseprozesses als auch zur Aufbereitung der Koppelprodukte durchgeführt.

Zusammenfassung Es wurden Verweilzeituntersuchungen und Gasverteilungsmessungen an einer senkrecht mit Wasser durchströmten kiesbefüllten Säule mit vier intermediären Eisengranulatschichten durchgeführt. Zur Messung der Verweilzeitspektren wurde in die Zuleitung der Säule ein 60 ml Bolus BaCl2-Lösung (1,4 mol/l) eingespeist. Der Eintrittszeitpunkt des Bolus an der Säule wurde mittels einer direkt am Eintrittstutzen angebrachten Leitfähigkeitsnadelsonde erfasst. Der Durchgang des Tracerbolus durch verschiedene Messebenen wurde mittels Gammadurchstrahlung aufgezeichnet. Aus dem Schwächungssignal lassen sich Verweilzeitspektren direkt ableiten. Zur Bestimmung der Verweilzeit bzw. der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in der Säule wurden zwei charakteristische Zeitpunkte des Verweilzeitspektrums verrechnet. Einmal der Frontzeitpunkt, der den erstmaligen Nachweis von Tracerflüssigkeit in der Messebene bezeichnet, sowie der Boluszeitpunkt, der durch die maximale Tracerkonzentration in der Messebene gegeben ist. Der gammadensitometrische Nachweis des Tracerbolus war aufgrund der starken axialen Dispersion nur in der unteren Hälfte der Säule möglich. Die Ergebnisse gaben keinen Hinweis auf größere gasbedingte hydraulische Obstruktionen in der Säule. Der Nachweis von Gaseinschlüssen bzw. die Darstellung der Gasverteilung in vier ausgewählten Messebenen wurde mit dem Verfahren der Gammastrahlungstomographie realisiert. Die Messebenen wurden jeweils mittig zwischen den Eisengranulatschichten gewählt. Bezüglich der Verteilung des Bariumtracers wurden keine nennenswerten Konzentrationsgradienten im Messquerschnitt gefunden, so dass von einer homogenen Durchströmung der Säule ausgegangen werden kann. Erkannt wurden Gaseinschlüsse besonders im peripheren Bereich des Säulenquerschnitts. Der globale Gasgehalt ist dabei kleiner als 5%.

The on-line monitoring system (MoSys) for complex hydrogenation processes has been developed to support the operator in decision making. For industrial testing, the MoSys prototype was embedded in a newly developed batch-information-management system (BIMS) coupled to the process control system of the chemical plant. In this paper, the working principles of MoSys and BIMS are described. Furthermore, the optimisation and the verification of MoSys in the laboratory reactor are discussed. First results from on-line testing in a chemical plant of the Degussa AG are also presented.

Im Rahmen des Teilvorhabens wurde ein Online-Monitoring-System für stark exotherme Reaktionen entwickelt, das das Bedienungspersonal bei der optimalen und umweltgerechten Prozessführung von komplexen oder sicherheitstechnisch schwierigen Semibatch-Prozessen in Rührkesselreaktoren (Batch-Reaktoren) unterstützen soll. Das Monitoring-System (MoSys) basiert auf dimensionslosen Stoff- und Wärmebilanzen mit adaptiven Komponenten. MoSys muss zuerst mit den Prozessdaten von normalen und unerwünschten Batch-Verläufen angelernt werden, die im Miniplant unter den Bedingungen des Industrieprozesses durchgeführt wurden. Die Adaption der Bilanzmodelle an die Zielanlage erfolgt durch zweischichtige Perceptron-Netze. Um eine vollständige Maßstabsübertragung zu gewährleisten, sollte MoSys mit Prozessdaten von mindestens einem normalen Batch-Verlauf in der Chemieanlage angepasst und validiert werden. MoSys wurde sowohl für eine homogene exotherme Veresterungsreaktion als auch für einen komplexen heterogenen exothermen Hydrierprozess konzipiert. Experimentelle Tests wurden für die Veresterung in einer Pilotanlage und für die Hydrierung in einer industriellen Chemieanlage durchgeführt. Zur Industrieerprobung wurde MoSys in ein Batch-Informations-Management-System (BIMS) integriert, das auch entwickelt und in das Prozessleitsystem (PLS) einer Mehrzweckanlage im Feinchemie-Werk Radebeul (Degussa AG) implementiert wurde. Dadurch konnten die MoSys-Ausgaben simultan mit wichtigen Prozesssignalen auf den Terminals des PLS visualisiert werden. Zum Beispiel werden der Hydrierungsfortschritt, das vorhergesagte Reaktionsende und die Konzentrationsverläufe des Edukts, Zwischenprodukts und Produkts auf den Terminals der Operatorstationen angezeigt. Wenn unerwünschte Betriebszustände auftreten, wird das Bedienungspersonal frühzeitig alarmiert und Anweisungen für Gegenmaßnahmen, die nur vom Operator ausgeführt werden dürfen, werden auf den Terminals angezeigt. Die Leistungsfähigkeit von MoSys/BIMS konnte während zweier Hydrierungs-Produktionskampagnen nachgewiesen werden.

A monitoring system based on adaptive heat balances has been developed for early fault detection in exothermic reactions. Its efficiency could experimentally be proven for a homogeneous esterification reaction in the laboratory reactor and pilot plant scale. Experiments under normal and several faulty conditions were carried out in different reactor scales to prove the adaptation of the monitoring technique to various scales of chemical batch reactors. Results of the on-line testing in the pilot plant showed that the monitoring system was able to recognise undesired faults correctly.

A novel technique for the determination of the thermodynamic and kinetic parameters of the Grignard reagent formation is described. Instead of operating under the spontaneous exothermic initiation of Grignard reactions, the calorimetric measurement was carried out in a closed reactor pressure vessel. In that way, the increase of the reactor temperature and the pressure can be used for detecting the initiation of the Grignard-reagent formation as shown by comparison with the on-line profiles of the concentration of the Grignard reagent measured by FTIR-spectroscopy simultaneously. Results showed that the molar reaction enthalpy of a Grignard reagent could be determined by a closed reactor vessel more accurately than under reflux conditions.

The catalytic hydrogenation of aromatic nitro compounds is a complex exothermic process influenced by the competing effects of the mass transfer and the kinetics. In reaction calorimeters, several methods were applied to determine the parameters of kinetics and mass transfer under different process conditions. It was found that a bad quality of the aromatic nitro compound and disadvantageous process conditions can cause an accumulation of intermediates which probably deactivate the catalyst and lead to low reaction rates.

The well-known methods of the acoustic leak localization using the attenuation differences or propagation time differences (e.g. cross correlation analysis) are restricted to the linear geometry of pipe lines. At complicated three-dimensional topologies they fail because there are several modes of the structure-borne sound that have different propagation velocities and because numerous connecting branches generate multiple sound reflexion. Therefore, a new method for detecting and localizing the leaks at complicated geometrical structures was developed and experimentally proved at an original facility. This approach is based on the detection of the leak induced airborne sound or structure-borne sound as well as on the application of pattern recognition procedures. The efficiency both of Fuzzy Logic and neural networks for the acoustic leak localization could be experimentally proved. Though the method has been prototypically developed for Russian pressurized water reactors of VVER-440 type, it can also be used by the self-learning capability of the classifiers at other pressurized facilities.