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Abstract:
Chemische Produktionsanlagen bestehen im Wesentlichen aus Reaktions- und Separationsprozessen. In den Reaktionsprozessen werden die zugeführten Ausgangsstoffe teilweise in die gewünschten Produkte umgesetzt. In den nachfolgenden Separationsprozessen werden nicht umgesetzte Ausgangsstoffe von den Produkten abgetrennt und in den Reaktor rezykliert. Derartige Recycles sind einerseits notwendig um den Prozess ökonomisch und ökologisch sinnvoll zu gestalten, andererseits können sie das dynamische Verhalten einer Produktionsanlage negativ beeinflussen und Instabilität sowie erhöhte Sensitivität gegenüber Störungen verursachen. Solche Verhaltensweisen werden im Rahmen des geplanten Beitrages zunächst an zwei typischen industriellen Beispielprozessen illustriert. Dabei handelt es sich um eine Anlage zur Produktion von Essigsäure und eine Anlage zur Herstellung von Hochdruckpolyethylen. Es wird weiter gezeigt, dass sich die beobachteten Phänomene mit Hilfe eines einfachen Modells systematisch untersuchen und verstehen lassen. Bei dem betrachteten Modellsystem handelt es sich um einen idealen Rührkesselreaktor und einen nachgeschalteten einstufigen Flash mit Recycle. Die Dynamik eines solchen Systems hängt ganz entscheidend von der grundlegenden Regelungsstrategie ab. Selbst für den einfachen Fall einer isothermen Reaktion erster Ordnung können infolge des Recycles Instabilitäten und Mehrdeutigkeiten auftreten. Die dynamischen Instabilitäten bleiben sogar im nichtreaktiven Grenzfall erhalten und können im Falle einer nicht vernachlässigten Transportverzögerung im Recycle zu komplexem bi- und multirhythmischem Verhalten führen. Umgekehrt lassen sich mit Hilfe dieser Untersuchungen Regelungsstrategien identifizieren, die immer auf eindeutige und stabile Betriebszustände führen.
