Entwicklungsplattform zur Bewertung der Prozessführung verfahrenstechnischer Produktionsanlagen mit komplex verschalteten Wärmeübertragern

Eine typische verfahrenstechnische Produktionsanlage in der Prozessindustrie setzt sich aus einer Vielzahl an Prozessströmen zusammen, die sich üblicherweise auf unterschiedlichen Temperaturniveaus befinden. Diesen Prozessströmen muss häufig aufgrund der prozesstechnischen Anforderungen der einzelnen Apparate (Reaktoren, Trennapparate,…) thermische Energie zu- oder abgeführt werden. Dies lässt sich über zwei mögliche Strategien praktisch umsetzen. Eine der Möglichkeiten besteht darin, dass hierfür klassische Utilities wie z.B. Heizdampf bzw. Wärmeträger (Aufheizen) oder Kühlwasser bzw. Sole (Kühlung) eingesetzt werden. Die Verwendung von Utilities ist immer mit hohem extremem Energieaufwand verbunden, was hohe Energiekosten und damit hohe Herstellkosten bedeutet. Dadurch wird die Wettbewerbsfähigkeit der Produktionsanlage und des hergestellten Produkts deutlich herabgesetzt. Die zweite der erwähnten Möglichkeiten besteht darin, dass die kalten und heißen Prozessströme mittels WÜ verknüpft werden. Das bedeutet, dass der heiße Prozessstrom thermische Energie an den kalten Prozessstrom abgibt, diesen dabei erwärmt und selber abkühlt. In einem solchen Fall spricht man von Wärmeintegration oder Wärmerückgewinnung (WR). Die interne Nutzung von einem vorhandenen Wärmestrom eines heißen Prozessstroms bedeutet, dass der externe Energiebedarf für das Kühlen und das Aufheizen der beteiligten Prozessströme reduziert wird. Praktisch bedeutet die integrierte Nutzung eines Wärmestroms eines Prozessstroms von 1 kW die Einsparung von 2 kW sonst erforderlicher Utility-Leistung. Der Energieaufwand kann durch solche Wärmeintegrationen also massiv gesenkt werden, so dass sich erhebliche Kostenvorteile erzielen lassen.

Publikationen

• M. Rathjens, G. Fieg, C. Brandt, O. Engel: Heat exchanger network synthesis using subnetworks and dynamic considerations for optimal design. ACHEMA, Frankfurt, 2015.
• M. Rathjens, T. Bohnenstädt, G. Fieg, O. Engel: Synthesis of Heat Exchanger Networks Taking into Account Cost and Dynamic Considerations. Procedia Engineering, Volume 157: S. 341-348, 2016. , DOI: DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.375
• M. Rathjens, G. Fieg: Kostenorientierte Synthese von Wärmeübertragernetzwerken unter Berücksichtigung ihrer Prozessführung . Chemie Ingenieur Technik, 88(9): S. 1386, 2016.
• M. Rathjens, G. Fieg: Kostenorientierte Synthese von Wärmeübertragernetzwerken unter der Berücksichtigung ihrer Prozessführung. ProcessNet-Jahrestagung und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, Aachen, 2016.
• M. Rathjens, T. Bohnenstädt, G. Fieg: Synthesis of heat exchanger networks taking into account cost and dynamic considerations. IX International Conference on Computational Heat and Mass Transfer, ICCHMT, 2016, Krakau, Polen, 2016.