Die Welt entwickelt sich in technologischer Hinsicht ständig weiter. Das macht es zunehmend wichtiger, Studierenden praktische Erfahrungen zu ermöglichen, um ihr theoretisches Wissen zu ergänzen, z. B. durch Computersimulationswerkzeuge. Für die Ausbildung von Chemieingenieuren hat sich die Prozesssimulation als wertvolles Instrument erwiesen. So wird seit 2022 die INOSIM Software in einem neuen Kurs über Batch-Prozessdesign und -Simulation an der Universität Twente im niederländischen Enschede eingesetzt. Mit dem Fokus auf Wissenschaft und Technik bietet diese Hochschule ihren Studierenden ein vielfältiges Ausbildungsangebot. Im Masterstudiengang Chemical Engineering Science an der Fakultät für Naturwissenschaften und Technik haben Professor Meik Franke und die Ingenieure Hilbert Keestra und Albertus Fuad einen neuen Lehrgang namens Batch Process Simulation etabliert.
Ein Professor mit industriellem Hintergrund
Meik Franke hat an der Technischen Universität Dortmund in Chemieingenieurwesen promoviert und war über 15 Jahre in verschiedenen Positionen bei Bayer und LANXESS in Deutschland und China tätig. In seiner letzten Tätigkeit bei Bayer leitete er die Gruppe Process Modeling and Design, die im Rahmen der digitalen Transformation die Digital Twins für die Produktionsanlagen des Konzerns bereitstellte. Im Januar 2021 wurde er als Professor für Prozessdesign und -optimierung an der Gruppe Nachhaltige Prozesstechnologie der Fakultät für Naturwissenschaften und Technologie der Universität Twente mit Forschungsschwerpunkt im Bereich fortgeschrittener Prozessgestaltung und -optimierung berufen.
Simulation des Produktionsprozesses von Aspirin
Der neu eingerichtete Kurs beinhaltet eine realistische Simulation einer Aspirin-Produktionsanlage. Das Modell wurde unter Berücksichtigung zahlreicher Faktoren wie Energiebeschränkungen, Geräteausfälle und Prozesszeiten entwickelt, die entweder manuell oder anhand von Literaturdaten berechnet wurden. Die Herstellung umfasste die gängigsten Batch-Prozesse, einschließlich Reaktion, Kristallisation, Zentrifugation, Trocknung, Sieben und Destillation. Dieser umfassende Ansatz leistete eine realistische Darstellung einer echten Anlage und eignete sich somit ideal für die Debottlenecking-Analyse. Mit dem Modell sammelten die Studierenden praktische Erfahrungen in der Batch-Prozesssimulation und lernten, wie Bottlenecks im Prozess erkannt und behoben werden können. Insgesamt bot das Modell eine wertvolle Lernerfahrung für Studierende, um ihre Fähigkeiten in der Prozesssimulation zu verbessern und ein tieferes Verständnis der grundlegenden Herausforderungen im Zusammenhang mit Batch-Prozessen zu erlangen.
Prozessverbesserung durch Teamwork
Im Rahmen des Kurses wurden die Studierenden beauftragt, in Gruppen von 2 bis 4 Personen an der Verbesserung eines ineffizienten Aspirin-Anlagenmodells zu arbeiten. Die Aufgabe erforderte, dass die Lernenden zusätzliche Geräte hinzufügten, Zyklen abschlossen oder den Prozess durch Hinzufügen der richtigen Teilanlagen oder Ändern der richtigen Parameter entlasteten. Diese Übung half den Studierenden, ihre Problemlösungsfähigkeiten zu entwickeln, indem sie theoretische Konzepte auf praktische Probleme anwendeten. Der Gruppenauftrag förderte auch Teamarbeit und Zusammenarbeit, da die Studierenden kooperieren mussten, um Lösungen zu entwickeln. Durch die Bearbeitung der Aufgabe erlangten die Lernenden ein besseres Verständnis dafür, wie ein bestehendes Anlagenmodell verbessert werden kann und wie Engpässe erkannt und beseitigt werden können. Der Abschlussbericht, der von jeder Gruppe vorgelegt wurde, enthielt ihre Ergebnisse und die Begründungen für ihre Entscheidungen, die wertvolles Feedback und Erkenntnisse für zukünftige Verbesserungen lieferten. Insgesamt war dieser Gruppenauftrag ein wichtiger Bestandteil des Kurses, der den Studierenden half, ihre Fähigkeiten in der Prozesssimulation zu entwickeln und sich auf reale Herausforderungen im Feld vorzubereiten.
Positives Feedback für die praxisbezogene Ausbildung
„Die Resonanz der Studierenden war sehr positiv. Ihnen gefiel, dass die theoretisch vermittelten Konzepte in INOSIM erprobt werden konnten und z. B. die Auswirkungen von Debottlenecking-Maßnahmen direkt in der Simulation sichtbar wurden. In der nächsten Version des Kurses wollen wir die Verknüpfung des Operationsdesigns von Batch-Teilanlagen mit INOSIM verbessern, zum Beispiel durch ein Tutorial zur Verwendung von Visual Basis for Applications (VBA) in INOSIM“, sagt Prof. Meik Franke.
Zusammengefasst bot der Kurs Prozessdesign und -optimierung den Studierenden eine hervorragende Möglichkeit, praktische Erfahrungen in der Batch-Prozesssimulation zu sammeln. Im Kurs konnten die Lernenden Engpässe im Prozess erkennen und beheben, in Gruppen an der Entwicklung von Lösungen arbeiten und ein besseres Verständnis dafür gewinnen, wie ein bestehendes Anlagenmodell verbessert werden kann. Die positive Resonanz der Studierenden zeigt, dass dieser Kurs als effektives Instrument zur Vorbereitung von Studierenden des Chemieingenieurwesens auf reale Problemstellungen in der späteren Berufspraxis verstanden wird.
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