Deutsche Forschungsgemeinschaft
SPP 1679
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Dyssol - Dynamische Simulation von Feststoffprozessen

Das neuartige dynamische Fließschema-Modellierungssystem Dyssol wurde entwickelt, um das zeitabhängige Verhalten komplexer Produktionsprozesse in der Feststoffverarbeitungstechnik zu simulieren. Seine Hauptmerkmale sind:

  • Dynamische Simulation von Fließbildern zur Drastellung des zeitabhängigen Verhaltens von Prozessen und zur Berücksichtigung der Akkumulation von Masse und Energie,

  • Korrekte Berechnung multidimensional verteilter Parameter der Festphase unter Berücksichtigung ihrer möglichen gegenseitigen Abhängigkeit,

  • Flexibilität und Erweiterbarkeit des Systems zum Hinzufügen neuer Apparate- und Lösermodelle.

     

Ansätze und Methoden

Das neue System basiert auf dem sequenziell-modularen Ansatz, bei dem jedes Modell separat berechnet wird. Dies ermöglicht die gleichzeitige Verwendung mehrerer spezialisierter Löser zur Berechnung eines Fließschemas und vereinfacht die Erweiterung der existierenden Modell-Bibliothek. Um die rechnerische Effizienz zu erhöhen, basieren die dynamische Berechnungen der Fließschema-Modelle mit Rückführungen auf der Waveform relaxation Methode: Die gesamte Simulationszeit wird in kleinere Intervalle unterteilt, und Modelle werden separat gelöst, wobei eine Schätzung der Lösung für die Rückführungen durchgeführt wird.

Fließschema-Simulation von Feststoffen

Eine der größten Herausforderungen bei der Simulation von Feststoffprozessen ist die Dispersion von körnigen Materialien: Die Festphase kann über mehrere voneinander abhängige Parameter, wie Größe, Form, Feuchtigkeitsgehalt oder Dichte, verteilt werden. Für den korrekten Umgang mit Feststoffen wird in diesem Fall ein Ansatz mit Transformationsmatrizen verwendet (Abb. 2). Dieses Konzept ermöglicht es, Informationen über alle Parameter zu erhalten, auch solche, die in einer bestimmten Vorrichtung nicht berücksichtigt oder nicht geändert werden.

Architektur des Systems

Zur Implementierung von Dyssol werden die Programmiersprache C++ und das objektorientierte Paradigma verwendet (Abb. 3). Um die Modularität der Simulationsumgebung zu maximieren, werden Modelle von Prozesseinheiten nicht direkt in das Rahmensystem integriert, sondern können als separate Objekte implementiert und dann der Modell-Bibliothek hinzugefügt werden.

Vorteile und Besonderheiten von Dyssol

  • Dynamische Simulation komplexer Prozessstrukturen,
  • Effizienter Berechnungsalgorithmus für dynamische Simulationen,
  • Berücksichtigung fester, flüssiger, gasförmigen Phasen und deren Mischung,
  • Korrekter Umgang mit mehrdimensionalen, voneinander abhängigen Parametern von Feststoffen,
  • Bereitstellung standardisierter Schnittstellen und Vorlagen für die Implementierung neuer Modelle,
  • Hohe Modularität und Erweiterbarkeit.

Ausgewählte Publikationen

Skorych, V., Dosta, M., Hartge, E.-U., Heinrich, S.: Novel system for dynamic flowsheet simulation of solids processes. Powder Technology 314 (2017), 665–679.

Skorych, V., Dosta, M., Hartge, E.-U., Heinrich, S., Ahrens, R., Le Borne, S.: Investigation of an FFT-based solver applied to dynamic flowsheet simulation of agglomeration processes. Advanced Powder Technology  30 (2019), 555-564.

Finanzierung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) über SPP 1679 „Dyn-Sim-FP“.