Eine der wichtigsten Grundoperationen in der chemischen Industrie ist die Trennung von Substanzen nach deren Siedepunkten. Da man Stoff-Konzentrationen nur mit grossem apparativem Aufwand online messen kann, werden viele Destillationskolonnen - gemäss empirischen Erfahrungen - anhand weniger Messgrössen wie Durchfluss, Druck und Temperatur betrieben. Es ist offensichtlich, dass bei diesem “Blindflug” häufig stark schwankende Produktqualitäten und unbefriedigende Trennleistungen beobachtet werden. Ein solcher Betrieb ist fernab eines wirtschaftlichen Optimums.

Betriebsoptimierung durch multivariable Regelung

In einer bestehenden Produktionsanlage der Feinchemie wurden die Kapazität der Reaktoren verdoppelt.  Schon vor der Erweiterung traten regelmässig Probleme im Bereich der Aufarbeitung auf, da eine nachgeschaltete Destillationskolonne die notwendige Trennleistung nicht erbrachte. Eine Erweiterung des Aufarbeitung mit einer zusätzlichen Kolonne wurde daher vom Kunden erwogen.
Im Rahmen des Projektes wurde als erste Massnahme die Destillationskolonne einer genauen Analyse unterzogen. Das Betriebsverhalten wurde durch ein rigoroses Modell präzise abgebildet, wobei einige Modellparameter (Bodenwirkungsgrad, Druckverlustkoeffizient) anhand von Betriebsversuchen geschätzt wurden. Simulationsrechnungen konnten folgende zwei Faktoren als Hauptursache für die ungenügende Trennleistung identifizieren:

• Ungünstige Position des Zulaufbodens
• Schwächen im Regelungskonzept

Diese beiden Schwachpunkte konnten einerseits durch die Verlagerung des Zulaufbodens, andererseits durch den Entwurf und die Implementierung einer modellbasierten, robusten Mehrgrössenregelung im Prozessleitsystems behoben werden.

Kundennutzen

Dem Kundennutzen von

• Kapazitätssteigerung um circa 30%
• Reduktion der Produktverluste durch höhere Reinheit des Sumpfproduktes
• Stabile Produktqualität
• Kostenersparnis durch Verzicht auf Bau einer weiteren Destillationskolonne

stehen geringe Kosten für Umbau- und Instrumentierung gegenüber.

Abbildung 1: Produktqualität vor (links) bzw. nach (rechts) der Einführung von APC.