Intelligente Strömungsfolger zur räumlichen Parametererfassung in großskaligen Behältern

Die räumliche Erfassung relevanter Prozessparameter wird bei einer Vielzahl industrieller Anwendungen durch den begrenzten Zugang zum Prozess erschwert. Beispiele sind Reaktoren mit Rührwerken, Bioreaktoren, Fermenter und Schüttgutbehälter. In solchen Behältern ist die Installation von fest angebrachten Sensoren und Kabelverbindungen oft nicht realisierbar oder unerwünscht. Herkömmliche Messsonden werden üblicherweise nur lokal installiert, womit die Erfassung räumlich verteilter Parameter nur eingeschränkt möglich ist. Zudem sind räumlich auflösende Apparate, wie Kameras oder Tomographiemesssysteme, meist nicht anwendbar. Daher bietet die Überwachung der räumlichen Verteilung relevanter Prozessparameter ein hohes Potential für die verbesserte Untersuchung und die Optimierung der Anlagen und Prozesse.
Speziell für Fermenter sind der lokale Vergärungsgrad von Biomasse, Temperaturprofile, pH-Wertverteilungen, Gas- und Flüssigkeitsbestandteile im Substrat sowie lokale Strömungscharakteristiken (Geschwindigkeitsprofile, Totzonen, Kurzschlussströmungen) für die Einschätzung der Prozesseffizienz von Interesse. Dabei kann es oft ausgehend von wenigen physikalischen Basisparametern, wie Temperatur und Druck, Rückschlüsse auf die Effektivität der Heiz- und Rührregime geben. Autonome Sensortechnologien ermöglichen die messtechnische Erfassung verteilter Parameter durch den Einsatz intelligenter Strömungsfolger und gewinnen deshalb zunehmend an Bedeutung für Anwendungen in der Prozessindustrie.
Zur Erfassung räumlich verteilter Parameter in Prozessbehältern wurde ein Schwarm autonomer Sensorkapseln mit einer zugehörigen Basiseinheit entwickelt und getestet. Die Validierung des Messsystemes erfolgte unter realen Strömungsbedingungen in einem Pilotfermenter. Die aufgenommenen Messdaten und die daraus extrahierten Parameterprofile liefern neuwertige und verlässliche Informationen über den Zustand im Prozess und die vorherrschenden Strömungsbedingungen.