Model hierarchies for chemical process design

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• Peter Heidebrecht

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Mathematische Modellierung ist ein essentielles Werkzeug für den Entwurf chemischer Prozesse, sowohl bei der Auslegung bestehender als auch bei der Entwicklung neuer Systeme. Jede Anwendung stellt spezifische Anforderungen an die Modelle, was ein breites Spektrum an Modellen erforderlich macht. Die Herleitung, Implementierung und Validierung dieser Modelle erfordert erheblichen Aufwand. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich der Fokus auf komplexe Systeme verlagert, die durch die Integration mehrerer Prozesse, dynamischen Betrieb oder gezielte Prozessführung gekennzeichnet sind. Diese Komplexität erfordert mathematische Modellierung, wobei der Aufwand mit der Systemkomplexität steigt. Zudem wird eine stärkere Integration unterschiedlicher Größen- und Zeitskalen im Prozessdesign notwendig, etwa bei der Optimierung des Reaktorverhaltens durch Mikrostrukturierung des Katalysators. Modellhierarchien bieten eine effiziente Strategie, um Modelle für verschiedene Zwecke nicht unabhängig, sondern durch Modellreduktion abzuleiten. Dies verringert den Aufwand und verbindet die Modelle, da sie auf ähnlichen Annahmen basieren. Die Arbeit demonstriert das Konzept der Modellhierarchien anhand von vier Prozessen: einem zyklisch betriebenen Festbettreaktor zur Wasserstoffreinigung, einem strukturierten Reformierungsreaktor, der optimalen Gestaltung dynamischer Experimente zur Bestimmung reaktionskinetischer Parameter sowie der stofflichen I

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• Année de publication: 2011