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Control and Real-Time Optimisation of Intensive Polymerisation Processes

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Überwachungsinstrumente versprechen Effizienzgewinne in der Polymerverarbeitung

Mit der Entwicklung neuer Überwachungsinstrumente zur Erhöhung der Reaktionsqualität der Polymerisation und neuer kontinuierlicher Produktionsverfahren gaben EU-finanzierte Forscher der für Europa äußerst wichtigen Chemiebranche neuen Auftrieb.

Industrielle Technologien

Zunehmend erkennt die verarbeitende Industrie Europas die Notwendigkeit, nachhaltigere Herstellungsverfahren anzuwenden, um weiteres Wachstum und weltweite Wettbewerbsfähigkeit garantieren zu können. Das bedeutet, dass man umweltfreundlichere Technologien und effizientere Verarbeitungssysteme identifizieren und umsetzen muss, die zu einer Reduzierung von Abfall und Emissionen führen und gleichzeitig den Durchsatz erhöhen. Um diese wichtige Herausforderung anzunehmen, entwickelte man im EU-finanzierten Projekt COOPOL neue Verfahren und Instrumente, mit denen der europäische Polymersektor an die Spitze der intensiven, belastungsarmen und nachhaltigen Produktion gelangen könnte. „Der Schwerpunkt von COOPOL lag auf dem Polymersektor, einem Bereich von wesentlicher Bedeutung für die europäische Chemieindustrie“, erklärt Projektkoordinator Professor David Haddleton von der University of Warwick in Großbritannien. „Durch das Zusammenbringen von industriellen und akademischen Partnern konnte man im Projekt signifikante Verbesserungen bei der Polymerverarbeitung und einen greifbaren und verwertbaren Nutzen für den Sektor liefern.“ Polymere sind ein fester Bestandteil unseres Lebens. Von Kunststoffen bis hin zu Klebstoffen nimmt die Polymerproduktion jährlich zu, und der Sektor ist sowohl in der EU als auch weltweit ein wichtiger Arbeitgeber. Ein wesentliches Problem bestand jedoch darin, dass viele dieser Polymerprodukte mithilfe von Batch- und Semi-Batch-Reaktoren hergestellt werden, bei denen die Prozessparameter – wie Temperatur und Zuführung – einem bestimmten Zeitplan folgen. Unerwartete Schwankungen bei den Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Änderungen beim Reinheitsgrad der Zuführung, führen zwangsläufig zu Abweichungen in der Polymerstruktur und zu nicht spezifikationsgerechten Produkten. Im Projekt COOPOL nahm man sich dieser Einschränkungen an, und man entwickelte eine Echtzeit-Überwachung für die industrielle Polymerverarbeitung, die eine bessere Kontrolle der Materialeigenschaften bietet, um eine konstante Leistung und Verarbeitung zu ermöglichen. Dieser neue Ansatz zur Prozessüberwachung verbindet Informationen auf Molekularebene und das Verständnis der Reaktionschemie mit Echtzeiterfassung, modellprädiktiver Regelung und wirtschaftlichen Optimierungsinstrumenten. Zudem wurde die kontinuierliche Verarbeitung anstelle der traditionellen Stapelverarbeitung eingeführt, um den Durchsatz und die Produktausbeute zu erhöhen. Eine weitere wichtige Errungenschaft war die Entwicklung der Sensor-Fusion, die eine gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Daten ermöglicht, wie Wärmeströmung, akustische Oberflächenwellen, Temperatur und Leitfähigkeit. Die am Projekt beteiligten europäischen Unternehmen sollen nun von den Ergebnissen profitieren. „Große Polymerproduzenten wie BASF, DSM, Evonik, Arkema, Merck und kleinere Unternehmen wie Synthomer, Scott Bader und Cornelius Specialties können nun ihre Polymerisproduktion effizienter gestalten“, meint Haddleton. „Unternehmen für Sonden und Messtechnik werden auch profitieren, da ihnen neue Technologien und Anwendungen für ihre bestehenden Projekte zur Verfügung stehen, während es KMU wie Cybernetica gelungen ist, maßgeschneiderte Steuerungs- und Messsysteme zu entwickeln. Insgesamt wird dieses Projekt den EU-Ländern helfen, sich auf der Weltbühne zu behaupten, indem sie ihre Prozesse so effizient wie möglich halten.“ Das Projekt, das im Februar 2015 offiziell abgeschlossen war, gipfelte in einer Industrieprozessdemonstration in einer Pilotanlage von BASF. „Das lief sehr gut“, meint Haddleton. „Viele unserer Ergebnisse wurden in renommierten internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht, und ein von der EU finanziertes Folgeprojekt wird das Ziel haben, unsere Erkenntnisse in vollem Umfang umzusetzen und die Komplexität der Systeme, für die wir den Weg gebahnt haben, weiter zu erhöhen.“

Schlüsselbegriffe

Energieeffizienz, Reaktionsqualität der Polymerisation, kontinuierliche Verarbeitung, nachhaltige Produktionsmodelle, Polymerbereich

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