Nichtlineare Dynamik von Reaktor-Separator Netzwerken

Einleitung
Chemieanlagen bestehen typischerweise aus zwei Basiseinheiten, aus Reaktoren und Trenneinheiten (Separatoren). Die Ausgangsstoffe werden der Reaktoreinheit zugeführt und teilweise zu Produkten umgesetzt. Das Gemisch aus Ausgangsstoffen und Produkten wird dann in die Separatoreinheit überführt, wo die Produkte aufgereinigt werden. Der an Ausgangsstoffen reiche Stoffstrom wird in die Reaktoreinheit rezykliert. Bis jetzt konzentrierte sich das Forschungsinteresse auf nichtlineare Phänomene einzelner Reaktoren. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf die Untersuchung des nichtlinearen Verhaltens gekoppelter Reaktor-Separator Netzwerke. Die Betonung wird dabei auf dem nichtlinearen Verhalten liegen, das durch die Kopplung eingeführt wird. Die vorgeschlagenen Untersuchungen werden zu einem besseren Verständnis von Recycle-Systemen beitragen, die in industriellen Anlagen sehr wichtig sind. Dies ist eine notwendige Voraussetzung für ein besseres Verständnis, ein besseres Design und eine bessere Kontrolle chemischer Prozesse. Das Bild unten zeigt ein typisches Reaktor-Separator System.
Zielsetzungen
Es werden Reaktionssysteme untersucht, die eine gut bekannte Dynamik im einzelnen Reaktor zeigen. Derartige Systeme können beispielsweise mehrfache stationäre Zustände, dauerhafte Oszillationen oder komplex periodisches Verhalten wie Periodenverdopplungen zu chaotischen Zuständen zeigen. In einem ersten Schritt werden idealisierte Modellsysteme entworfen. Die Singularitätstheorie wird benutzt, das stationäre Verhalten zu klassifizieren. Die dynamischen Phänomene werden mit der Bifurkationstheorie untersucht. Die numerische Verifizierung der Ergebnisse wird mittels Standardsimulationsmethoden und Software zur nichtlineraren Analyse, wie z.B. DIVA, durchgeführt.