SFB-238

Sonderforschungsbereich 238

Projektmitglieder
Einführung
Referenzen
Publikationen

Projektmitglieder

Prof. Dr.-Ing. Joachim Werther (Sprecher)
Prof. Dr.-Ing. Herbert Märkl
Prof. Dr.-Ing. Burkhardt

Einführung

Entwicklung des Sonderforschungsbereiches

Im Jahre 1985 fanden sich Wissenschaftler aus den Fachdisziplinen Elektrotechnik, Verfahrenstechnik und Regelungstechnik zusammen, um an der neugegründeten Technischen Universität Hamburg-Harburg einen DFG-Sonderforschungsbereich mit dem Titel
"Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme"
zu etablieren. Die Themenstellung beschreibt bereits die beiden Tätigkeitsfelder des SFB: einerseits sollten neue prozeßnahe Meßtechniken für Mehrphasenreaktoren entwicklt werden, andererseits war daran gedacht, das stationäre und dynamische Betriebsverhalten solcher Systeme zu beschreiben und damit Grundlagen für deren Auslegung und technischen Betrieb zu schaffen. Als Forschungsobjekte im Bereich der Mehrphasenreaktoren wurden dabei auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik die zirkulierende Wirbelschicht und im Bereich der Biotechnologie der Bio-Turmgasreaktor ausgewählt.

Der Sonderforschungsbereich wurde 1986 für eine erste dreijährige Förderperiode eingerichtet. Eine zweite Förderperiode folgte von 1989-1990 und eine dritte von 1991-1993. Heute befindet sich der SFB 238 in seiner vierten Förderperiode(1994-1996) und umfaßt 16 Teilprojekte, an denen Wissenschaftler aus den Fachrichtungen Verfahrens- und Energietechnik, Biotechnologie, Physik,Elektrotechnik und Informatik arbeiten.

Der SFB hat in den zurückliegenden Förderperioden eine kontinuierliche Entwicklung durchlaufen. Zu Beginn der Tätigkeit lag der Schwerpunkt im Bereich der Meßtechnik.
Mit zunehmender Zahl der Ergebnisse auf diesem Gebiet wurden dann Arbeiten im Bereich der Modellbildung und mathematischer Simulation begonnen, die durch Messungen mit den neu entwickelten Techniken an Labor- und Pilotanlagen unterstützt wurden. Das vertiefte Verständnis der untersuchten Mehrphasensysteme führte zur Definition weiterer meßtechnischer Problemstellungen. Heute liegt ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit des SFB auf dem Gebiet der Optimierung des Betriebsverhaltens und der Entwicklung von Regelungskonzepten für Mehrphasenprozesse.

Forschungskonzept

Die im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 238 durchgeführten Arbeiten sind in die drei Projektbereiche

A: Sensoren und Meßprinzipien
C: Meßsysteme
B: Prozesse und Anwendungen.

gegliedert. Ausschlaggebend für die Wahl dieses Konzeptes war die Überzeugung, daß für die Erfassung der charakteristischen Größen von technischen Mehrphasenprozessen neuartige Meßprinzipien und Sensoren entwickelt werden müssen. Diese Sensoren sollen dann in Form vernetzter Meßsysteme neue Einsichten in den Ablauf derartiger Prozesse liefern und dadurch die Grundlage für die Auslegung und dynamische Simulation von Mehrphasenprozessen und die Entwicklung von Regelungskonzepten bilden.

Der Projektbereich A befaßt sich schwerpunktmäßig mit dem ersten Glied der Meßkette, dem Sensor. Neben der Optimierung des neuen Meßprinzips stehen hier vor allem Konstruktion und Anpassung des Signalgebers an die besonderen Bedingungen des Mehrphasenprozesses im Vordergrund.

Bei vielen Meßverfahren sind die interessierenden Prozeßkenngrößen nur indirekt über eine Aufbereitung der unmittelbaren Meßgrößen zu gewinnen, d.h. das Meßsystem besteht sowohl aus einer Realisierung bestimmter Meßprinzipien als auch einer komplexen Auswertung oder Interpretation der erhaltenen Meßgrößen. Im Projektbereich C werden komplexe Meßsysteme behandelt, bei denen erst aus der Verknüpfung eines oder einer Vielzahl von Sensorsignalen mit einer entsprechenden Signalaufbereitung die prozeßrelevante Information gewonnen wird. Beispielhaft sei hier die rechnergestützte Bildauswertung genannt.

Im Projektbereich B werden systemtechnische Grundlagen von technisch bedeutsamen Mehrphasenprozessen erarbeitet. Ausgewählt wurden der Biogasreaktor und die Wirbelschicht als typische Gas/Feststoff/Flüssigkeit- bzw. Gas/Feststoff-Systeme. In den hier behandelten Projekten geht es vor allem um die Erarbeitung systemdynamischer Modelle, die letztlich als Grundlage für die Erarbeitung von Regelungskonzepten dienen sollen. Als prozeßtechnische Basis verfügt der Sonderforschungsbereich über einen Biogasturmreaktor im Pilotmaßstab, eine Feuerung mit zirkulierender Wirbelschicht im Technikumsmaßstab sowie einen Wirbelschichtreaktor für die Olefinsynthese auf der Basis von Methanol. Außerdem haben die Wissenschaftler des Sonderforschungsbereiches Zugang zu einem Industrie-Heizkraftwerk, in dem Messungen an einem Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschicht-Feuerung durchgeführt werden.

Referenzen

Forschungsvorhaben:

Projektbereich A: Sensoren und Meßprinzipien

Projektbereich C: Meßsysteme

Projektbereich B: Prozesse und Anwendungen

Übersichtstabelle über die Forschungsprojekte

Teilprojekte	Thema des Teilprojektes	Teilprojektleiter
A1	Faseroptischer Partikelsensor für erhöhte Umgebungstemperaturen	Prof. Dr. R. Ulrich
A15	Mikrowellensensor zur ortsaufgelösten Messung von Partikelkonzentrationen im Hochtemperaturbereich	Prof. Dr.-Ing. R. Knöchel
A16	On-line-Messung von Gas-Feststoff-Suspensionsströmungen	Prof. Dr.-Ing. H. Singer
A17	Selektivitätsbeeinflussung von ZnO-Gassensoren durch plasmapolymerisierte Membranen in chemischen und biochemischen Reaktoren	Prof. Dr.-Ing. habil. J. Müller
C3	Entwickelung eines On-line-Probenahmemoduls für mehrphasige Bioreaktoren	Prof. Dr.-Ing. G. Brunner
C6	Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden zum Flammenmonitoring und zur Flammenregelung	Prof. Dr.-Ing. H. Burkhardt
C7	Halbleiterbildsensor als Ortsfiltersonde zur Partikelgeschwindigkeitsmessung in Wirbelschichtsystemen bei hohen Temperaturen	Prof. Dr. O. Fiedler
C8	Einsatz der digitalen Bildauswertung zur Analyse lokaler Strukturen in zirkulierenden Wirbelschichten	Prof. Dr.-Ing. H. Burkhardt
C9	Massenspektrometrische On-line-Analyse gasförmiger und gelöster Stoffe in Bioreaktoren	Prof. Dr.-Ing. G. Matz Prof. Dr.-Ing. H. Märkl
B9	Biomassenverteilung in einem anaeroben Turmreaktor zur Abwasserreinigung	Prof. Dr.-Ing. H. Märkl
B13	Dynamisches Verhalten eines Wirbelschichtreaktors mit kontinuierlicher Katalysatorregenerierung	Prof. Dr. rer. nat. F. Keil Prof. Dr.-Ing. J. Werther
B14	Dynamische Modellierung eines Dampferzeugers mit hochexpandierter Wirbelschicht-Verbrennung	Prof. Dr.-Ing. O. Geisler
B16	Dynamische Modellierung,Regelung und Prozeßführung von Biogasreaktoren	Prof. Dr.-Ing. J. Lunze
B17	Robuste Mehrgrößenregelung von Wirbelschichtverbrennungsanlagen	Prof. Dr.-Ing. J. Lunze
B18	Modellierung der Strömungsmechanik zirkulierender Wirbelschichten auf der Basis der Analyse lokaler Strömungsstrukturen	Prof. Dr.-Ing. J. Werther
B19	CO- and NOx- Emissionen bei der Klärschlammverbrennung in einer zirkulierenden Wirbelschicht	Prof. Dr.-Ing. J. Werther

Publikationen

[sto:sfb94] E. Stoll.
Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden für multispektrale und multisensorielle bildgebende Meßtechnik.
DFG-Forschungsbericht (Abschlußbericht) im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'' Projekt Bu-C5 und Interner Bericht 1/94, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, January 1994.

[bu:stru:sfb93] V. Strubenhoff and H. Burkhardt.
Instationäre Analyse von Mehrphasenströmungen durch digitale Auswertung von Bildfolgen.
DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-C6 und Interner Bericht 2/93, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1993.

[sto:bu:sfb93] E. Stoll and H. Burkhardt.
Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden für multispektrale und multisensorielle bildgebende Meßtechnik.
DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-C5 und Interner Bericht 1/93, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1993.

[minor:bu:sfb90] K.-U. Minor and H. Burkhardt.
Instationäre Analyse von Mehrphasenströmungen durch digitale Auswertung von Bildfolgen.
DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-A12 und Interner Bericht 3/90, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1990.

[fi:bu:sfb90] W. Fischer and H. Burkhardt.
Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden auf multispektrale Bildaufnahmen von Mehrphasenströmungen.
DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-A9.2 und Interner Bericht 2/90, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1990.

[fi:bu:sfb88] W. Fischer and H. Burkhardt.
Anwendung von Bildverarbeitungs- und automatischen Bildauswertemethoden auf multispektrale Bildaufnahmen von Mehrphasenströmungen.
DFG-Forschungsbericht im SFB 238, ``Prozeßnahe Meßtechnik und systemdynamische Modellbildung für mehrphasige Systeme'', Projekt Bu-A9.2 und Interner Bericht 2/88, Technische Informatik I, Technische Universität Hamburg-Harburg, May 1988.