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On design and control of simulated moving bed plants

Autor :Marco Fütterer
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Datum :26.04.2010
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00007996
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :In vielen Zweigen der chemischen und pharmazeutischen Industrie ist man mit der Aufgabenstellung konfrontiert, Stoffgemische zu trennen. Hierfür existieren verschiedene Trennverfahren, die jeweils die unterschiedlichen Stoffeigenschaften der einzelnen Komponenten ausnutzen. Ein häufig benutztes Trennverfahren ist die Chromatographie. Diese nutzt das unterschiedliche Adsorptionsverhalten der in ein Lösungsmittel aufgelösten Stoffe aus. So bewegt sich die Konzentrationsfront einer stärker adsorbierten Komponente mit einer geringeren Geschwindigkeit durch eine chromatographische Säule als die Konzentrationsfront der schwächer adsorbierten Komponente. Um eine kontinuierliche Auftrennung eines Stoffgemisches zu realisieren, ist eine zyklische Verschaltung von chromatographischen Säulen notwendig. Eine solche Methode wurde von der Firma Universial Oil Products, UOP, in den 60-iger Jahren entwickelt, [1], und wird als Simulated- Moving- Bed, SMB, Verfahren bezeichnet. Seit dieser Zeit wurde diese Technologie in verschiedenen Bereichen zur Stofftrennung erfolgreich angewandt. Der Prozess ist jedoch sehr empfindlich gegenüber Änderungen in den einzustellenden Volumenströmen und Umschaltzeiten. Es ist daher notwendig die Volumenströme und die Umschaltzeit, die man zusammenfassend als Betriebspunkt bezeichnen kann, für einen störungsfreien Betrieb korrekt einzustellen. Die Berechnung eines Betriebspunktes erfolgt heutzutage meist auf der Basis eines True- Moving- Bed, TMB, Prozesses. Bei diesem Prozess wird ein echter Gegenstrom des Adsorbtionsbetts angenommen. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass ein TMB- Prozess mathematisch einfacher zu analysieren ist als ein periodisch arbeitender SMB- Prozess. Auf Basis dieses Modells haben sich im Wesentlichen zwei Verfahren für die Berechnung von Betriebspunkten für vollständige Trennung und vollständige Regeneration etabliert. Das eine Verfahren bezeichnet man als triangle theory, [2], [3], und das andere als standing wave design, [4], [5]. Die mit diesem Verfahren berechneten Betriebspunkte für den TMB Prozess werden anschließend in Betriebspunkte für den SMB- Prozess transformiert. Zusätzlich wurden auch Anstrengungen unternommen, um Betriebspunkte für TMB- Prozesse bei geringeren Reinheitsanforderungen zu berechnen, [6], [7]. Der TMB- Prozess ist jedoch nicht in der Lage, die periodischen Konzentrationsänderungen an den Abzügen zu beschreiben. Um den aktuellen Herausforderungen gerecht zu werden und auch weiterentwickelte Betriebsweisen, wie z.B. die asynchrone Umschaltung durch das VariCol- Konzept, [8], und die Variation des Stoffmengenflusses durch ModiCon, [9], und PowerFeed, [10], gut beschreiben zu können, ist es unabdingbar, neue Verfahren für die Bestimmung von Betriebspunkten zu entwickeln, die den tatsächlichen SMB- Prozess als Ausgangspunkt für die mathematische Analyse verwenden. In dieser Arbeit wird eine neue Methode für die Berechnung der Stellgrößen des zyklisch-stationären Zustandes eines SMB- Prozesses unter idealisierten Bedingungen vorgestellt. Mit Hilfe dieses Ansatzes, lassen sich explizite Designformeln für eine vollständige Trennung der beteiligten Stoffkomponenten für die in der Praxis häufig verwendeten Langmuir- Isothermen und den daraus abgeleiteten Grenzfällen herleiten. Die periodischen Konzentrationsänderungen an den Abzügen lassen sich nun mathematisch sehr gut beschreiben. Weiterhin wird aufgezeigt, wie sich diese Methode auch bei reduzierter Produktreinheit anwenden lässt. Zusätzlich wird diese Methode verwendet, um einfache, aber sehr robuste Regelungskonzepte für die automatische Einstellung von SMB- Anlagen zu entwickeln. Diese Regelungskonzepte lassen sich auch verwenden, um komplexe Modelle von SMB- Anlagen effektiv zu optimieren.
Schlagwörter :chromatography, simulated moving bed, SMB, adaptive control
Rechte :Dieser Text ist urheberrechtlich geschützt
Größe :134 S.
 
Erstellt am :25.05.2010 - 09:38:17
Letzte Änderung :25.05.2010 - 09:41:09
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00007996
Statische URL :http://edoc.bibliothek.uni-halle.de/servlets/DocumentServlet?id=7996