„Das noch nicht ausgeschöpfte Potenzial ist erheblich“ – Sensorik und Messtechnik für die digitale Chemieindustrie

Digitalisierung, Automatisierung und Flexibilisierung des Anlagenbetriebs – diese Themen treiben die chemische Prozessindustrie im Moment um. Eine zentrale Rolle spielen dabei Messtechnik und Sensorik, die die Produktion überwachen und Probleme frühzeitig erkennen. Doch bei der Entwicklung entsprechender Technologien ist noch Luft nach oben. Mit interdisziplinärer Zusammenarbeit soll sich das jetzt ändern.

Prof. Dr. Uwe Hampel, HZDR

Deshalb trafen sich Anwender und Sensorentwickler aus Industrie und Akademia beim Workshop „Sensorik für die Digitalisierung chemischer Produktionsanlagen – Anforderungen, Technologien und neue Lösungsansätze“, der von Wanted Technologies und der ProcessNet Fachgruppe Mess- und Sensortechnik initiiert wurde. Dort tauschten sie Erfahrungen aus, diskutierten aktuelle Herausforderungen, klärten Anforderungen der Anwender und identifizierten Potenziale. Das Ergebnis: Ein Blick über den Tellerrand kann vielversprechende Perspektiven öffnen. Im Interview erklärt Prof. Dr. Uwe Hampel (Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) unter anderem, warum die interdisziplinäre Zusammenarbeit in dem Bereich so wichtig ist.

DECHEMA: Was sind derzeit die typischen Problemstellungen für die Sensorik im Kontext der Digitalisierung von chemischen Produktionsanlagen?

Prof. Dr. Hampel: Die Messtechnik und Sensorik spielen neben der intelligenten Datenverarbeitung eine zentrale Rolle für die Digitalisierung von Produktionsprozessen. In der chemischen Industrie sind Produktionsanlagen heute zwar umfangreich betrieblich instrumentiert, allerdings konzentriert sich die Sensorik auf wenige Prozessgrößen, wie etwa Druck, Temperatur, Füllstand und Durchfluss. Gerade für eine Flexibilisierung des Anlagenbetriebs bedarf es zukünftig mehr Sensorik zur engeren Überwachung des Anlagen- und des Produktzustandes und zur Früherkennung nichtbestimmungsgemäßer Betriebszustände. Stichworte hier sind Komponentenverschleiß, Fouling oder Schaumbildung in Apparaten. Insbesondere ist eine enge Überwachung von Anlagenparametern bei Inbetriebnahme, Anfahr- und Abfahrvorgängen sowie Durchsatzänderungen erforderlich.

Durchgehende Digitalisierung von der Messstelle bis zum Leitsystem

Ein weiteres Problem ist die kontinuierliche Analyse von Edukt- und Produktzusammensetzungen, etwa zur frühzeitigen Erkennung von Katalysatorproblemen oder Verunreinigungen, zum Beispiel von Vorprodukten. Dafür ist die vorhandene betriebliche Instrumentierung sowohl bezüglich der von ihr erfassten Informationen als auch der von ihr bereitgestellten Schnittstellen und Datenformate nicht ausreichend.

Aus Sicht der Automatisierungstechnik ist ebenfalls eine durchgehende Digitalisierung der Messwerterfassung, von der Messstelle bis zum Leitsystem, erforderlich. Dabei ist zu berücksichtigen, dass neben den klassischen Feldsensoren zukünftig auch Sensorik in die Prozessautomatisierung integriert werden soll, die digitale Massendaten generiert. Beispiele hierfür sind Prozessspektrometer oder bildgebende Messsysteme, wie etwa Infrarotkameras.

Beim Workshop diskutiereten die Teilnehmer, wie sich Anforderungen und Angebote von Anlagenbetreibern, Anlagenherstellern und Messtechnikentwicklern vereinbaren lassen.

Bei welchen Fragestellungen wurden im Workshop Fortschritte erzielt, und wie sehen diese aus?

Vorrangigste Aufgabe des Workshops war es, die Sicht und Anforderungen von Anlagenbetreibern und Anlagenherstellern mit der Sicht und den Angeboten von Messtechnikentwicklern zusammenzubringen. Dazu wurden zunächst Problemstellungen aus verschiedenen Bereichen der chemischen und pharmazeutischen Industrie sowie des Anlagenbaus in sechs Impulsvorträgen erläutert. Messtechnikentwickler erhielten die Möglichkeit, ihr Kompetenzportfolio im Rahmen einer Posterdiskussion vorzustellen. Danach wurden in Gruppendiskussionen Bedarfe und Lösungsvorschläge für die Teilgebiete Zustandsüberwachung von Anlagen, Messung stoffbezogener Größen, Sensorintegration in Anlagen und Sensorkommunikation und Sensordatenverarbeitung diskutiert. Mit mehr als 60 Workshop-Teilnehmern war das Interesse an der Thematik enorm und die Diskussion intensiv.

Entsprechend war ein erstes wichtiges Ergebnis des Workshops, dass ein breiter Erfahrungsaustausch zwischen Beteiligten verschiedener Branchen stattfand und basierend darauf Anwenderwünsche und Anforderungen an Sensorik für digitale Produktionsanlagen formuliert werden konnten. Die Entwickler von messtechnischen Lösungen, unter denen viele kleine und mittelständische Unternehmen, aber auch Forschungsinstitute und Lehrstühle an Hochschulen sind, verfügen sehr oft über intelligente und smarte Konzepte und Lösungen, die teilweise für ganz andere Anwendungsfelder, etwa Medizintechnik, Fahrzeugbau oder Energie- und Umwelttechnik, erarbeitet wurden.

Übertragung von Lösungen aus anderen Bereichen in die chemische Produktion

Ziel war und ist es herauszufinden, ob solche Lösungen in die digitalisierte chemische Produktion überführt werden können. Dazu ist aber vor allem die Kenntnis der teils strengen Anforderungen im Bereich Anlagensicherheit, Robustheit und Sensorintegration in Prozessanlagen erforderlich. Hier wollen wir einen verstärkten Wissenstransfer in Richtung der Messtechnikentwicklung anstoßen, um diese Anforderungen frühzeitig in der Sensorentwicklung berücksichtigen zu können. Ganz konkret wurden natürlich im Rahmen der Kleingruppenarbeit relevante Anwendungsfragestellungen erarbeitet. Hier möchte ich auf unser in Kürze erscheinendes Positionspapier verweisen, welches diese konkret benennen wird.

Wie wichtig ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit in diesem Bereich?

Wenn der Workshop etwas gezeigt hat, dann ist es die Bedeutung interdisziplinärer Zusammenarbeit. Die Entwicklung von Messtechnik und Sensorik ist durch die akademischen Disziplinen der Physik, Elektrotechnik und Informatik dominiert; die Chemieverfahrenstechnik durch das Maschinenwesen. Es gibt in der Tat nur wenige Experten, die auf beiden Gebieten über umfangreiche theoretische Kenntnisse und praktische Erfahrungen verfügen. Diese Welten zusammenzubringen war ein wichtiges Anliegen des Workshops.

Informations- und Wissenstransfer für Messtechnik und Sensorik

Darüber hinaus gibt es Lösungen für Messtechnik und Sensorik in den verschiedensten Bereichen von Industrie und Gesellschaft. Das noch nicht ausgeschöpfte Potenzial ist erheblich und muss durch kontinuierlichen Informations- und Wissenstransfer gehoben werden. Natürlich hoffen wird, dass unserem Workshop und der damit einhergehenden Vernetzung nun auch interessante Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf diesem Gebiet folgen werden.

Welche Fragen wurden insgesamt am lebhaftesten diskutiert?

In der Tat sehr viele, denn es gab ja eine mehrstündige intensive und lebhafte Arbeit in Kleingruppen. Stellvertretend nennen kann man hier die Fragestellungen, welche neuen Messtechniken für eine Zustandsbewertung großer Prozessanlagen geeignet sind, wie eine robuste Integration von Sensorik in Betriebsanlagen aussehen muss und welche Anforderungen für die Digitalisierung der Prozessmesstechnik bestehen.

Welche Anregungen und Wünsche haben die Teilnehmer eingebracht?

Aus Sicht der Anwender war es vor allem der Wunsch nach der Verfügbarkeit einfacher, sicherer und wartungsarmer Sensorik, die gegebenenfalls im Rahmen von Trouble-Shooting einfach nachrüstbar oder im Rahmen von Inbetriebnahmen kurzzeitig einsetzbar sein sollte. Auch multifunktionale, parametrierbare Sensorsysteme, die je nach Bedarf unterschiedliche Informationen von einer Messstelle bereitstellen, sind angesichts der Kosten für Installation und Vernetzung wünschenswert und durch preiswerte Mikrosensoren auch realistisch. Aus Sicht der Lösungsanbieter ist es vor allem wichtig, Probleme und Anforderungen aus dem Anlagenbetrieb zu kennen, um daraus neue Lösungsansätze erarbeiten zu können.

Was war für Sie ganz persönlich die wichtigste Erfahrung in diesem Workshop?

Für mich persönlich die wichtigste Erfahrung war, dass das Thema in einer offenen Atmosphäre und mit viel Interesse und Enthusiasmus breit diskutiert wurde und alle Teilnehmer mit wichtigen Anregungen und neuen Ideen in ihren Arbeitsalltag zurückgekehrt sind. Daran zeigt sich, dass das Thema insgesamt hochaktuell ist und von den Veranstaltern des Workshops, denen ich hiermit noch einmal herzlich für ihre intensive Vor- und Nachbearbeitungsarbeit danken möchte, weitergetragen wird.

Vielen Dank für das Gespräch!

Die nächsten Termine für alle Interessierten in Messtechnik, Sensorik und Prozessanalytik:
15. Herbstkolloquium Prozessanalytik, 25.-27. November 2019, Marl
14. Dresdner Sensor-Symposium, 2.-4. Dezember 2019, Dresden

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Barcamp – das erwartet Sie

Im Rahmen des gemeinsamen Strategieworkshops von ProcessNet und DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie vom 14.-16. Oktober erwartet Sie am Auftaktabend ein Barcamp. Was das ist, warum wir dieses Format gewählt haben und wie Sie sich beteiligen können, erfahren Sie hier.

Was ist ein Barcamp?
Ein Barcamp ist ein offenes Veranstaltungsformat. Das bedeutet, sowohl die Inhalte als auch der Ablauf der Tagung sind zu Beginn noch offen. Beides wird erst vor Ort von den Teilnehmern festgelegt. Barcamps werden auch Unkonferenz, Mitmach-Konferenz oder Ad-hoc-Konferenz genannt. Die Barcamp Methode dient vor allem dem Austausch und der Diskussion. Zum Teil entstehen während eines Barcamps schon konkrete Arbeitsergebnisse. ( (Quelle: https://www.eventbrite.de/blog/barcamp-methode-definition-ablauf-regeln/) )

Für den Strategieworkshop von ProcessNet und DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie wird das Format adaptiert, indem ein Teil der Beiträge bereits vorab eingesammelt und Impulsbeiträge gesetzt werden.

Warum ein „Barcamp“ beim Strategieworkshop?

Die technisch-wissenschaftlichen Themen werden im Strategieworkshop in Form von World Café und Workshops bearbeitet. Im Barcamp wollen wir andere wichtige Fragen an unsere Community diskutieren: Gesellschaftliche Verantwortung, Diversity, Kommunikation, … Sie bringen in das Barcamp mit, was Sie diskutieren möchten. Dabei kann sich jeder und jede beteiligen, ungeachtet der Position oder des wissenschaftlichen oder fachlichen Backgrounds. Wir erhoffen uns davon eine sehr offene Diskussion und neue Impulse für unsere Arbeit – und wir wollen ausprobieren, wie sich neue Kommunikationsformate in der Praxis gestalten lassen. Aber: Dafür sind wir auf Ihre Mitarbeit angewiesen!

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Johannes Möller Preis 2019 für Marco Roland Gleiß

Die Möller Stiftung für Wissenschaft und Forschung verleiht alljährlich für eine herausragende Dissertation auf dem Gebiet der Feststoffverfahrenstechnik den mit 5.000 € dotierten Johannes Möller Preis.

Der Johannes Möller Preis 2019 wurde im Rahmen des Jahrestreffens der ProcessNet-Fachgruppe „Mechanische Flüssigkeitsabtrennung“ in Bamberg verliehen.

Der diesjährige Preisträger

Herr Dr.-Ing. Marco Roland Gleiß

erhielt die Auszeichnung für seine Promotionsarbeit mit dem Thema „Dynamische Simulation der mechanischen Flüssigkeitsabtrennung in Vollmantelzentrifugen“, welche er an Karlsruher Institut für Technologie unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann Nirschl angefertigt hat.

Für das An- und Abfahren als auch für die Beschreibung der Änderung des Lastzustande der Mechanischen Abscheidung von Feststoffen aus Flüssigkeiten in Vollmantelzentrifugen wurde auf Basis eines Bilanzraummodells ein Softwaretool für die dynamische Simulation der trenntechnischen Vorgänge entwickelt und mit experimentellen Daten validiert. Infolge der rechnergestützten Auslegung des Separationsvorganges in Echtzeit ist es möglich die optimalen Prozessbedingungen schon vor dem Betrieb der Anlage festzulegen und somit langwierige Anfahrvorgänge und Analyseschritte während des Betriebs zu minimieren als auch während des Betriebes direkt Prozessanpassungen durchzuführen. Dies erlaubt eine deutliche Reduzierung von Fehlchargen und somit von Produktionsausfällen.

Zur Webseite der Möller Stiftung

 

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Siegfried-Peter-Preis 2019 verliehen

Siegfried-Peter-PreisDer Siegfried-Peter-Preis 2019 geht an Jun.-Prof. Dr. Pavel Gurikov, TU Hamburg-Harburg. Beim Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Hochdruckverfahrenstechnik wurde er für seine Arbeiten zur Entwicklung und Modellierung neuartiger nanoporöser Materialien ausgezeichnet.

Die Arbeitsschwerpunkte von Pavel Gurikov liegen im Bereich der nanostrukturierten Materialien, Massentransfer und grobkörnige Modellierungen. In der ausgezeichneten Forschungarbeit beschäftigte er sich mit allen Aspekten der Aerogelverarbeitung. Aerogele sind eine einzigartige Materialklasse, deren Herstellung maßgeblich auf der Theorie der überkritischen Trocknung beruht. 2015 konnte Gurikov erstmals zeigen, dass die Gelbildung von Biopolymeren unter Kohlenstoffdioxidatmosphäre und Drücken von 3-6 MPa stattfinden kann. Dieser Ansatz der „Kohlenstoffdioxidinduzierten Gelbildung“ konnte auf andere Systeme übertragen werden und stellt derzeit die einzige Möglichkeit dar, homogene Aerogelblöcke beliebiger Größe herzustellen. Außerdem lassen sich so Makroporen in die Aerogele einführen, was sie für Anwendungen etwa für die Isolierung oder in der regenerativen Medizin besonders interessant macht. Darüber hinaus befasste sich Gurikov mit Schrumpfungseffekten, die beim Lösungsmittelaustausch während der Herstellung auftreten. Seine Arbeitsgruppe entwickelte zudem ein Modell für die überkritische  Imprägnierung von Aerogelen und mit praktischen Fragen der Anwendung von Aerogelen.

Pavel Gurikov studierte Chemie und promovierte 2010 an der Mendeleev-Universität für chemische Technik in Moskau. Nach Praktika und einem DAAD-Stipendien übernahm er im Juni 2016 eine Gruppenleitung an der TU Hamburg-Harburg und ist seit 2017 dort als Juniorprofessor tätig.

Die ProcessNet-Fachgruppe Hochdruckverfahrenstechnik verleiht den Siegfried-Peter-Preis im Namen der Professor-Siegfried-Peter-Stiftung der Friedrich-Alexander-Unviersität Erlangen-Nürnberg in Erinnerung an seine großartigen Leistungen.

Der Preis soll einen Wissenschaftler bzw. eine Wissenschaftlerin für herausragende, zukunftsweisende und publizierte Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Hochdruckverfahrenstechnik auszeichnen. Der Preis besteht aus einer Urkunde, die an das Lebenswerk von Professor Peter erinnert und die Leistung des Preisträgers benennt, sowie einen Geldpreis in Höhe von € 1.500.

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„Viele aktuelle Themen kann ein Unternehmen allein nicht mehr stemmen“

Warum engagieren sich Experten aus der Industrie bei ProcessNet, und welchen Mehrwert können Firmen daraus ziehen? Wir haben Dr. Kai Dadhe, Evonik Industries, den neuen Vorsitzenden der ProcessNet-Fachgemeinschaft PAAT gefragt. Was für ihn die derzeit größte Herausforderung für die Prozessindustrie ist, erzählt er im Interview.

Herr Dr. Dadhe, womit beschäftigen Sie sich in Ihrem beruflichen Alltag?

Dr. Kai Dadhe ist der neue Vorsitzende der ProcessNet-Fachgemeinschaft und ProcessNet-Fachgruppe PAAT. Nach dem Studium der Elektrotechnik und der Promotion in Chemietechnik begann er seine Berufslaufbahn 2005 als Projektingenieur in der Verfahrenstechnik bei Evonik. Heute leitet er die Abteilung CAPE & Automation.

Im Bereich der Verfahrenstechnik bei Evonik Technology & Infrastructure leite ich die Abteilung „CAPE & Automation“. Neben der Unterstützung unserer operativen Chemiesegmente im konkreten Projektgeschäft geht es um die proaktive und strategische Weiterentwicklung der bei uns zum Einsatz kommenden Methoden und Technologien. Eine weitere Kernaufgabe ist das Recruiting junger Mitarbeiter und deren Begleitung bei ihrer beruflichen Weiterentwicklung.

Wie sind Sie auf ProcessNet aufmerksam geworden?

Das erste Mal war ich auf einer Konferenz in den frühen 2000er Jahren in Weimar während meiner Zeit als Doktorand an der TU Dortmund (da ich Elektrotechnik studiert habe, war die Prozesstechnik vorher nicht meine Community).

Weshalb engagieren Sie sich ehrenamtlich bei ProcessNet?

ProcessNet und darin die PAAT halte ich für eine enorm wichtige Organisation, um technologische Fragen und Herausforderungen mit einem breiten Spektrum aus Industrie, Forschungseinrichtungen und Hochschulen zu diskutieren und Lösungen gemeinsam zu finden. Und wie auf dem 57. Tutzing Symposium „100% digital“ zu beobachten war, gehen die aktuellen Fragestellungen rund um die Veränderungen durch die Digitalisierung der chemischen Industrie weit über Technologien hinaus zur Betrachtung gesamtgesellschaftlicher Aspekte.

Was nehmen Sie aus ProcessNet für sich selbst bzw. für Ihr berufliches Umfeld mit?

Die Diskussionen mit den Peers aus der Industrie, Vorträge und Veranstaltungen und damit die Möglichkeit, den Stand und die Entwicklungen der Technik zu beobachten sind für mich Anregungen für das eigene berufliche Handeln. Da viele der aktuellen und komplexen Themen nicht mehr ein Unternehmen alleine stemmen kann, ist der Austausch über Firmen- und Institutsgrenzen hinweg sinnvoll und sehr hilfreich.

Was war bisher Ihre interessanteste Erfahrung/ Erkenntnis im Rahmen von ProcessNet?

Hier ein einzelnes Ereignis herauszusuchen, ist schwierig. Aber die Atmosphäre in Tutzing war schon besonders und einmalig.

Was wünschen Sie sich, was sich in der Fachgemeinschaft PAAT in fünf Jahren verändert haben soll, und wie könnte dies geschehen?

Ganz entscheidend für die Community wird es sein, wie wir die digitale Transformation gestaltet bekommen, so dass die Prozessindustrie in Deutschland fit für die Zukunft ist. Wenn wir in fünf Jahren sagen, dass wir den richtigen Weg gegangen sind, uns nicht von Unwägbarkeiten haben beirren lassen und aus unseren Fehlern schnell gelernt haben, wären meine Wünsche erfüllt. Und ich hoffe, dass wir in der PAAT die Vielfalt der unterschiedlichen Fachgruppen, Arbeitsausschüssen und temporären Arbeitskreisen behalten und weiter entwickeln und dabei  viele interessante Jahrestagungen erleben dürfen.

Vielen Dank für das Gespräch!

Im Mittelpunkt der Fachgemeinschaft PAAT steht der Plant-Life-Cycle von Produktionsanlagen mit den Schwerpunkten Verfahrensentwicklung und -optimierung, Planung und Bau sowie Betrieb und Maintenance. Betrachtungsperspektive ist dabei der Gesamtprozess bzw. die Anlage sowie das Zusammenspiel der Teilkomponenten. Die Fachgruppe Prozess- und Anlagentechnik konzentriert sich auf die verfahrenstechnischen und abwicklungstechnischen Themen im Lebenszyklus von Anlagen.  Das Jahrestreffen der Fachgemeinschaft findet jeweils im Herbst statt; weitere Informationen unter https://processnet.org/PAAT.html.

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