Zum Einfluss von Parameterunsicherheiten bei der Simulation komplexer Feststoffprozesse

Bei der mathematischen Abbildung komplexer verfahrenstechnischer Prozesse sind zahlreiche Parameter erforderlich, die die Beschaffenheit der Eintrittsströme, das apparative Erscheinungsbild der einzelnen Prozesse, die Einstellung des Modellsystems und die Steuergrößen beschreiben. Im Regelfall werden diese Daten nur lückenhaft oder mit Messfehlern behaftet vorliegen. Des Weiteren stellen die zur Verfügung stehenden Modelle zumeist eine Vereinfachung des Prozessverhaltens dar, was zu einer fehlerbehafteten Wiedergabe der realen Gegebenheiten führt. Für Feststoffprozesse ist die Betrachtung derartiger Ungenauigkeiten von besonderer Bedeutung, da die Beschreibung der Stoffströme aufgrund der zumeist verteilt vorliegenden Eigenschaften nur schwer exakt zu erfassen sind oder in vielen Fällen nur abgeschätzt werden können. Die komplexen Vorgänge in Apparaten der Feststoffverfahrenstechnik können zudem zumeist nur mit einfachen empirischen oder halbempirischen Modellen beschreiben werden. Dieses verursacht zum Einen eine große Anzahl an zu definierenden Modellparametern, zum Anderen weisen diese Modelle auch bei optimaler Einstellung der Parameter Abweichungen in der Beschreibung des Prozessverhaltens auf. Bei der Untersuchung der parameterseitigen Ungenauigkeiten werden zwei Zielstellungen verfolgt: Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse werden zum Einen die globalen Einflüsse der unsicheren Parameter analysiert, d. h. der aus den Ungenauigkeiten der Parameter resultierende Unsicherheitsbereich der Zielgrößen. Zum Anderen werden Hierarchien der Einflussstärken auf die Zielgrößen der einzelnen Parameter erstellt. Dies ermöglicht eine überproportionale Verbesserung der Aussagegenauigkeit einer Simulation mit geringem Aufwand, da weniger einflussreiche Parameter bei etwaigen Experimenten vernachlässigt werden können. In einer Flexibilitätsanalyse wird die Zulässigkeit von Schwankungen der Systemeingangsgrößen untersucht. Die Zielstellung besteht in diesem Falle in der Beschreibung des zulässigen Bereiches und der Erkennung der kritischen Grenzen der Schwankungsbereiche. Für alle vorgestellten Zielstellungen werden Methoden vorgeschlagen, die eine Beschreibung der komplexen feststoffspezifischen Eigenschaften ermöglicht. Am Beispiel einer Bodenwäscheanlage wird die praktische Anwendbarkeit der Methoden demonstriert.