Der Scale-up von Dekantierzentrifugen ist aufgrund der komplexen materialabhängigen Vorgänge während des Trennprozesses (Sedimentation, Sedimentaufbau, Kompressionsverhalten) eine Herausforderung. Stand der Technik werden stark vereinfachende Modelle (z.B. die Sigma-Theorie von Ambler) genutzt. Bei Nutzung dieser Modelle für den Scale-up der Zentrifugen entstehen zwangsläufig Unsicherheiten, weshalb die Zentrifugen Hersteller zeit- und kostenintensive Pilotversuche durchführen müssen, um die gewünschten Trennergebnisse zu erzielen.

Aufgrund der stetig zunehmenden Rechenleistung und der fortschreitenden Digitalisierung in der Prozessindustrie stellt der digitale Zwilling eine vielversprechende alternative Methode dar. Das digitale Abbild nutzt in diesem Fall ein Echtzeit-Prozessmodell, das die Trennergebnisse durch zeit- und ortsaufgelöste Massen- und Komponentenbilanzen vorhersagen kann. Im Gegensatz zur CFD werden zugunsten der Rechenzeit Annahmen getroffen. Diese führen jedoch wiederum, wenngleich nicht im Maße der bisher etablierten Modelle, zu Abweichungen zur Realität.

Um die Genauigkeit des Echtzeit-Prozessmodells zu erhöhen, ohne den Rechenaufwand erheblich zu steigern, ist die Einbindung von maschinellem Lernen ein aussichtsreicher Ansatz. Hierbei werden die Abweichungen des Echtzeit-Prozessmodells mittels einer Methode des maschinellen Lernens (bspw. ein neuronales Netzwerk) korrigiert. Durch die hohe Genauigkeit und schnelle Rechenzeit des hybriden Ansatzes eröffnen sich somit neue Möglichkeiten beim Scale-up und zudem bei der modellprädiktiven Regelung von Dekantierzentifugen.

Möglicher Inhalt einer Aufgabenstellung ist die Mit- und Weiterentwicklung des hybriden Modells. Hierzu gilt es, sich zunächst mit Methoden des maschinellen Lernens vertraut zu machen und diese anschließend mit dem physikalisch-basierten Prozessmodell zu verschalten. Dieses hybride Modell ist sowohl für den Labor- als auch für den Pilotmaßstab zu validieren.

Zudem ist eine experimentelle Aufgabenstellung möglich. Ein Schwerpunkt könnte dabei die experimentelle Untersuchung des Trennverhaltens verschiedener Materialien in Dekantierzentrifugen im Labor- und Pilotmaßstab sein. Mit den erhaltenen Ergebnissen kann dann ein experimenteller Scale-up durchgeführt werden.

Der Schwerpunkt der Arbeit kann, je nach Interesse, individuell angepasst werden. Voraussetzung ist eine eigenständige, selbstmotivierte und strukturierte Arbeitsweise. Bei Interesse kannst du dich gerne per E-Mail melden.

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