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... supervised by Prof. Schupp (proposals):

... by Prof. Möller are individually arranged with the students.



Unit Conversion in Applications in Process- and Plantengineering

In Zusammenhang mit dem Institut für Prozess- und Anlagentechnik

Hintergrund und Ziele

Ein Standardansatz für die Auslegung verfahrenstechnischer Produktionsanlagen beispielsweise für kosmetische Grundstoffe oder pharmazeutische Wirkstoffe ist heutzutage die Simulation der einzelnen Apparate und der Gesamtanlage. Bei der Simulation verfahrenstechnischer Anlagen sind die Auslegungsingenieure in vielen Fällen auf experimentelle Messdaten für die Parametrisierung der einzelnen Anlagenmodelle angewiesen. Hierbei kommt es häufig vor, dass die verschiedenen Werte nicht von einer einzelnen Quelle stammen und somit die Daten nicht in einem einheitlichen Einheitensystem zur Verfügung stehen. Ein anderes Problem stellen Parameter dar, die zwar im selben Einheitensystem vorliegen allerdings sehr unterschiedliche Größenordnungen aufweisen.

Fließbild eines einfachen Reaktionssystems
Abbildung 1:
Fließbild eines einfachen Reaktionssystems

Ein Beispiel für ein solches System könnte ein Rohrreaktor zur Herstellung eines bestimmten Produktes sein, der aus einem Tank kontinuierlich beschickt wird (siehe Abbildung 1). Wird zunächst nur der Reaktor betrachtet, so werden für diesen beispielsweise das Volumen, die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die Dispersion (ein Maß für die Rückvermischung innerhalb des Reaktors) und die Reaktionsgeschwindigkeit benötigt. Während das Volumen und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit direkt zugänglich sind und die Reaktionsgeschwindigkeit selbst vermessen werden kann, muss für den Dispersionkoeffizienten meist auf Literaturwerte zurückgegriffen werden. So kann es sein, dass alle selbst vermessenen Werte in SI-Einheiten vorliegen, der Dispersionskoeffizient allerdings im englischen Einheitensystem vorliegt. Nimmt man nun den vorgeschalteten Tank hinzu, so ist es wahrscheinlich, dass dieser ein vielfaches des Volumens des Reaktors aufweist. Verhältnisse von 1:1000 sind hierbei keine Seltenheit.

Schematischer Ablauf der dargestellten Simulation inclusive Herkunft der Daten (Einheiten)

Abbildung 2:
Schematischer Ablauf der dargestellten Simulation inclusive Herkunft der Daten (Einheiten)

Für die Simulation erwachsen am dargestellten Beispiel zweierlei Aufgabenstellungen. Zum einen muss ein einheitliches Einheitensystem gefunden werden, in dem alle Modelle arbeiten, was in komplexeren Systemen als dem hier dargestellten unter Umständen nicht trivial ist. Zum anderen muss zur Vermeidung numerischer Ungenauigkeiten das Einheitensystem so gestaltet werden, dass die Werte nicht zu klein oder zu groß sind und somit in den numerischen Lösungsverfahren nicht zu Problemen oder größeren Ungenauigkeiten führen. Zudem sollte eine übermäßige Anzahl an Umrechnungen vermieden werden, da auch diese zu weiteren Ungenauigkeiten führen können.

Aufgrund der dargestellten Problematiken soll im Rahmen dieser Arbeit eine Systematik erarbeitet werden, mit der anhand vorliegender Parametereingaben und ihrer Einheiten vollständig automatisiert ein Einheitensystem für alle Berechnungen festgelegt werden kann sowie Art und Zeitpunkt der notwendigen Einheitenkonvertierungen zu bestimmen ist. Abschließend soll die erarbeitete Methode in ein Simulationswerkzeug, dass am Institut für Prozess- und Anlagentechnik erarbeit wurde integriert werden und seine Funktionsfähigkeit nachgewiesen werden.

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