Benutzer:WilfriedC/Spielwiese/Prozesssimulation
Die Prozesssimulation ist das heute gängige Verfahren zur Entwicklung und Optimierung der technischen Prozesse in chemischen Anlagen.
Prinzipien
Die Prozesssimulation ist im wesentlichen ein Abbild chemischer Prozesse und Grundoperationen in Software-Programmen. Für diese Modellierung sind eine Reihe von Kenntnissen notwendig:
- Chemische Stoff- und Gemischeigenschaften (durch Messungen, Recherche in Datenbanken, Korrelationen oder Abschätzungen)
- Stoff- und Wärmetransport
- Geräteeigenschaften (Reaktoren, Kolonnen, Mischer, Kondensatoren, Verdampfer, etc.)
- Reaktionsmechanismen und Kinetik (siehe hierzu Chemische Reaktionstechnik)
- Geeignete mathematische und chemische Modelle
- Effiziente Lösungsverfahren
Die Prozesssimulation sorgt dafür, dass die Stoff- und Wärmebilanzen stimmen und in ein stabiles Gleichgewicht gebracht werden. Zumeist ist auch die Visualisierung der Prozesse integriert.
Geschichte
Erste Entwicklungen in der Prozesssimulation chemischer Anlagen wurden in den 1970er Jahren begonnen, da hier das erste Mal geeignete Hardware und Software (hier insbesondere die Programmiersprache FORTRAN) zur Verfügung standen. Die Modellierung chemischer Eigenschaften ist bereits wesentlich früher begonnen worden, hier sind beispielsweise kubische Zustandsgleichungen (siehe etwa van der Waals-Gleichung) und Korrelationen (siehe etwa Antoine-Gleichung) zu nennen, die bereits im 19. Jahrhundert entwickelt wurden und heute teilweise noch verwendet werden. Auch Untersuchungen zur Kinetik chemischer Umsetzungen und zu Reaktionsmechanismen waren weit fortgeschritten. Geräteeigenschaften waren ebenfalls bereits weitgehend modelliert wurden, so dass alle Werkzeuge zur Verfügung standen, vollständige chemische Prozesse in Software zu modellieren.
Gleichzeitig hat die Entwicklung der Prozesssimulation die Fortentwicklung der diversen Modelle für die Abschätzung von Stoffeigenschaften. von Reaktionsmechanismen, deren Kinetik, von Geräteeigenschaften etc., aber insbesondere auch die Entwicklung von Faktendatenbanken stark beschleunigt. Faktendatenbanken dienen heute dazu, Abschätzverfahren und Korrelationen weiterzuentwickeln.
Statische und Dynamische Prozesssimulation
Ursprünglich wurde die Prozesssimulation nur zur Modellierung und Synthese komplexer Anlagen verwendet. Diese statische Auslegung wird heute durch die dynamische Berechnung ergänzt. Dynamisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Reihe von Einflussgrößen während der Rechnung geändert werden können und nicht mehr statisch einmal zu Beginn vorgegeben werden müssen. Dieses Verfahren benötigt eine wesentlich höhere Rechenleistung, erlaubt aber auch den Übergang zur Kontrolle und Führung chemischer Anlagen in Echtzeit.
Prozesssimulationssoftware
Simulationsprogramme gibt es in großer Anzahl, die bedeutenderen sind bspw.
- Aspen Simulator und HySys (Aspen Technology, Inc.)
- Pro/II (SimSci)
- System 7 (EPCON)
Größere Firmen haben oft auch Eigenentwicklungen in Benutzung. Zwei Beispiele sind
