Gestaltung und Optimierung verfahrenstechnischer Anlagen und Prozesse auf Basis detaillierter Prozesssimulationen
In vielen Fällen kommen 3D-CFD-Simulationen zum Einsatz, da diese neben den relevanten Prozessbedingungen auch den Einfluss der Anlagengeometrie mit einer hohen Genauigkeit abbilden können.
Für Konzeptstudien, Budget- und Verbrauchsschätzungen oder stark instationären, verfahrenstechnisch komplexen Aufgabenstellungen können alternativ leistungsfähige 1D Prozesssimulationen (basierend auf Julia 1.03) zum Einsatz kommen.
Projektziele
Mögliche Ziele einer Prozesssimulation
Gleichverteilung der Strömung
Verweilzeitverteilung von Flüssigkeiten und Gasen
Minimierung des Druckverlusts
Optimierung des katalytischen Umsatzes
Erhöhung der thermischen Effizienz regenerativer Systeme
Vollständige Verdampfung von Flüssigkeiten / Tropfen
Reduktion von Wärmeverlusten
Einhaltung von Emissionsgrenzwerten
Senkung des Energieverbrauchs
Reduktion von Korrosions- und Erosionsraten
Erhöhung des Wärme- und Stoffübergangs
Verringerung von Partikelablagerungen an Wänden
Das Optimum eines Prozesses stellt oft eine Kombination von mehreren Teilaspekten dar. So kann z.B. ein maximaler Wärmeübergang bei einem minimalen Druckverlust gefordert sein. Zu diesem Zweck werden die Parameter gewichtet in einer Gesamtfunktion optimiert.
Wie funktioniert es?
Zur Erreichung dieses Ziels sind die folgenden Schritte notwendig:
Modellierung ihrer Anlage oder ihres Prozesses
Je nach Aufgabenstellung ist ein Modell für die Beschreibung der relevanten Prozesse zu wählen. Eine hohe Detailliertheit erhöht zwar die Qualität der Simulation, erfordert aber auch eine höhere Rechenleistung für die Lösungsfindung. Daher ist hier ein ausgewogenes Optimum gefragt.
Simulation des Istzustands Ihrer Anlage / Ihres Prototypen
Hierzu wird die Anlage oder ein Anlagenteil für die Simulation definiert und eine Geometrie festgelegt. Diese kann von einer bestehenden Anlage abgeleitet werden oder sie ist der erste Entwurf einer Produktidee. Die erhaltenen Simulationsergebnisse können dann mit vorhandenen Anlagendaten oder Literaturwerten verglichen werden um die Plausibilität der Daten zu prüfen.
Parametervariationen zur Anlagenoptimierung
Das Optimum eines Prozesses stellt wie oben dargestellt oft eine Kombination von mehreren Teilaspekten dar. Daher müssen geeignete Kombinationen von Parametern an der Anlage simuliert werden, um das Prozessoptimum finden zu können.
Begleitung von Messungen zur Erhebung der Randbedingungen oder zur Modellvalidierung
Messungen an einer vorhandenen Anlage können notwendig sein, wenn entscheidende Randbedingungen für die Simulation noch fehlen (zugeführte Massenströme, Temperaturen). Aber auch Daten, die für die Validierung der Simulationsdaten geeignet sind, bieten eine wertvolle Ressource.
Detaillierte Dokumentation sowie konkrete Optimierungsvorschläge
Die erhaltenen Simulationsdaten wie die
- Geschwindigkeitsfelder
- Temperaturfelder
- Druckfelder
- Konzentrationsfelder
werden geeignet grafisch aufbereitet und können auch für andere Zwecke, z.B. für die Positionierung von Sensoren, zur Anlagendokumentation etc. verwendet werden.