Sicherheitsorientierte Regelungsstrategien für Batch- und Semibatch-Prozesse in der Feinchemie

Insbesondere in der Feinchemie und der pharmazeutischen Industrie erfolgt die Produktion von Spezialchemikalien meist im Batch- oder Semibatch-Betrieb in sog. Mehrzweckanlagen. Als Reaktionsgefäße kommen Rührkesselreaktoren zum Einsatz. Das instationäre und nichtlineare Prozessverhalten ist dabei durch eine Reihe von Einflussfaktoren gekennzeichnet, welche sich sowohl auf die Prozesssicherheit als auch auf die Effizienz des Gesamtverfahrens auswirken können. Demgegenüber werden jedoch gerade in Mehrzweckanlagen meist konventionelle Prozessgrößen für die Steuerung komplexer chemischer Prozesse verwendet. Da PAT bei Mehrzweckanlagen nur in begrenztem Umfang einsetzbar ist, stehen Echtzeit-Informationen über Konzentrationsverläufe, die für den Prozesszustand und das Gefahrenpotenzial des Prozesses kennzeichnend sind, oftmals nicht zur Verfügung. Somit besteht für den Operator das Problem, tolerierbare von unerwünschten Prozessabweichungen zu unterscheiden und die Ursachen bestimmter Prozess-Trends zu identifizieren. Von besonderer Bedeutung ist die Entwicklung und Etablierung industriell anwendbarer Methoden für eine objektive Detektion des aktuellen Prozesszustandes in Echtzeit sowie für die frühzeitige Identifikation unerwünschter Betriebszustände. Aus diesen Gründen entwickelt das Institut für Sicherheitsforschung des FZD bereits seit Jahren Methoden zum Online-Monitoring sicherheitsrelevanter Batch- und Semibatch-Prozesse. Zur Vermeidung des Einsatzes von teuren und empfindlichen Online-Analysesystemen, wurden Methoden entwickelt, welche auf Echtzeit-Stoff- und Energiebilanzen basieren. Diese können den Anlagenfahrern als Hilfe zur Objektivierung der Prozessführung und, im Falle unerwünschter Prozesszustände, als Werkzeug zur Handlungsempfehlung für geeignete Gegenmaßnahmen dienen. Die Idee ist nun, aufbauend auf die bisherigen Entwicklungen, derartige Verfahren als Komponente einer sicherheitsbasierten Regelungsstrategie zu nutzen. Die Echtzeit-Resultate des Monit