Umweltgerechte Prozessführung und Zustandserkennung in Chemieanlagen mit neuronalen Netzen - Teilvorhaben 2: Konzipierung und Erprobung des Zustandserkennungsverfahrens

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.