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Über dieses Buch

Erstmalig wird die Entwicklung verfahrenstechnischer Prozesse von der Aufgabenstellung über Synthese, Analyse und Bewertung bis hin zur Entscheidung über ihre technische, ökologische und wirtschaftliche Durchführbarkeit dargestellt. Anhand von Vorgehensplänen und vielen praktischen Beispielen werden systematische, planmäßige Vorgehensweisen für den Entwicklungsprozeß demonstriert.
Das Buch bietet mit seiner ganzheitlichen Betrachtungsweise der Systemtechnik einen modernen didaktischen Ansatz. Es schließt Sicherheits- und Umwelttechnik in die Verfahrensentwicklung ein.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung und Überblick

Zusammenfassung
In seiner Entwicklungsgeschichte begann sich der Mensch von seiner Umwelt abzuheben, als er die Fähigkeit entwickelte, die in der Natur gefundenen Stoffe zu seinen Gunsten zu nutzen. Nahrung, Kleidung, Waffen, Unterkunft, Kunst- und Gebrauchs-gegenstände, alle aus Rohstoffen erzeugt, bilden seitdem die Grundlage menschlicher Existenz (Abb. 1.1). Die anorganischen und organischen Rohstoffe der Erde sind also unsere Lebensbasis. Gemessen an der Erdenzeit der Menschheit müssen wir zwischen erneuerbaren und nichterneuerbaren Rohstoffen unterscheiden. Erneuerbare können unter Einwirkung von Naturprozessen ständig neu gebildet oder umgewandelt werden. Sie sind pflanzlichen oder tierischen Ursprungs. Aber auch anorganische werden durch natürliche Kreisläufe wieder verfügbar gemacht, wofür das Wasser und die Luftbestandteile Beispiele globaler Dimension sind. Nichterneuerbare Rohstoffe stammen aus Lagerstätten in und auf der Erdkruste. Sie sind in Jahrmillionen entstanden und werden auch nur innerhalb solcher Zeiträume durch Naturprozesse erneuert. Mit erträglichem Gewinnungsaufwand können nur relativ konzentrierte und damit mengenmäßig begrenzte Vorkommen genutzt werden. Jede Entnahme verringert den nutzbaren Vorrat.
Eckhart Blass

2. Grundlagen methodischer Lösungssuche

Zusammenfassung
Verfahrensentwicklung besitzt, wie wir in Kap. 1.6 gesehen haben, in entscheidenden Phasen schöpferische Anteile, denn es soll beispielsweise für einen gegebenen Zweck eine Prozeßkonfiguration „erfunden“ werden. Das erreichbare Ziel steht also erst fest, wenn die Verfahrensentwicklung abgeschlossen ist. Verfahrensentwicklung ist demnach nicht allein durch logische Operationsfolgen, durch logisch allgemeingültige Schlüsse und durch andere eindeutig bestimmte Zuordnungen zu bewältigen. Uns interessieren in diesem Kapitel jene nichtdeterminierten und dennoch planmäßigen Vorgehensweisen, die in Pioniersituationen wie der Verfahrensentwicklung die Wahrscheinlichkeit erhöhen, eine starke Lösung zu erzielen. Sie werden heuristisch genannt.
Eckhart Blass

3. Das Informationssystem

Zusammenfassung
Verfahrensentwicklung ist wie jede Planungstätigkeit in hohem Maße durch Informationsumsatz gekennzeichnet und ist einerseits abhängig von der Vollständigkeit, der Qualität und der Aktualität des vorhandenen Informationsangebots, andererseits von experimentellen und theoretischen Arbeiten zum Schließen von Informationslücken. Die Nutzung des vorhandenen Informationsangebots führt in das Gebiet der Informationsspeicherung und -wiedergewinnung, das Gewinnen noch nicht existierender Informationen in das Gebiet der experimentellen und theoretischen Informationsbeschaffung. Beide Bereiche sollen im folgenden behandelt werden.
Eckhart Blass

4. Sicherheitstechnik und Umweltschutz

Zusammenfassung
Chemische Arbeitsstoffe sind potentielle Gefahrenträger. Ihre Reaktionsfreudigkeit ist häufig eine innerhalb des Prozesses sehr erwünschte Eigenschaft, ist zugleich aber auch potentielle Gefahr, wenn im Störungsfall die Reaktion außer Kontrolle gerät oder Prozeßstoffe aus der Produktionsanlage ins Freie austreten. Auch ihre Giftigkeit gegenüber manchen Pflanzen und Tieren ist im Bereich der Pflanzenschutzmittel eine durchaus erstrebte Eigenschaft, die sich aber im Störungsfall oder über die Nahrungskette gegen den Menschen richten kann. Ähnliches gilt für die Aggressivität chemischer Stoffe, eine willkommene Eigenschaft, wenn es um Reaktionen mit anderen Substanzen oder um das Lösungsvermögen geht, was sich im Störungsfall als schädliche Einwirkung auf die menschliche Haut und auf das menschliche Auge auswirken kann.
Eckhart Blass

5. Vorstudie und Hauptstudie der Verfahrensentwicklung

Zusammenfassung
In den Kapiteln 1.4 bis 1.6 wird deutlich gemacht, daß Verfahrensentwicklung vorteilhaft auf der Basis der Systemtechnik betrieben werden sollte. Die Leitideen der Systemtechnik fassen wir noch einmal in der Abb. 5.1, die eine Wiederholung von Abb. 3.3 ist, zusammen. Die vom Abstrakten zum Konkreten führenden Lebensphasen des zu entwickelnden Systems sind als Folge zylindrischer Scheiben gezeichnet. Man unterscheidet Vorstudie und Hauptstudie, in denen prinzipiell jeweils drei Abstraktionsstufen, nämlich Funktions-, Physik- und Bauartebene durchlaufen werden, die man in Kap. 1.4 charakterisiert findet. Dort wird auch darauf aufmerksam gemacht, daß eine strenge Abgrenzung der Abstraktionsphasen gegeneinander nicht sinnvoll ist, daß also eine so einfache Darstellung nur für die Grobcharakterisierung der systemtechnischen Leitideen geeignet ist. Um die zentrale Säule herum ist der Informationsspeicher angeordnet, der für die Lebensphasen zugeschnittene Informationen wie Daten, Vorgehensmethoden, Problemlösungen und Regeln (Kap. 3) enthalten sollte. Natürlich gehört auch das menschliche Gedächtnis zum Informationsspeicher. Das ringförmige Handhabungstableau enthält den Problemlösungszyklus in Form der sechs Grundschritte, die man in Kap. 2.2 charakterisiert findet, und fährt auf und ab. Dadurch soll die Verwendung des prinzipiell gleichen Problemlösungszyklus in allen Lebensphasen versinnbildlicht werden. Jedoch gibt der systemtechnische Problemlösungszyklus nur eine Abfolge von Makroschritten an, die es problemspezifisch zu verfeinern gilt. Hierfür eignen sich die in Kap. 2.3.3 behandelten Heurismen, und es ist unsere Aufgabe, sie für die Verfahrensentwicklung weiter zu nutzen und auszubauen. Dem Leser sei empfohlen, immer wieder in das Kap. 2.3 zurückzublättern, um sich stets der Grundlagen der methodischen Problemlösung zu vergewissern.
Eckhart Blass

6. Zielsuche in der Hauptstudie

Zusammenfassung
Die Zielsuche ist das erste Vorgehensmakro im systemtechnischen Problemlösungszyklus nach Abb. 2.5 und Abb. 5.3, sie wird ausdrücklich für jede Lebensphase aufgerufen, was auch die Abb. 2.5 und 5.1 verdeutlichen sollen. In diesem Sinne wird sich die Aufgabenstellung als Ergebnis der Zielsuche in Vor- und Hauptstudie durchaus unterscheiden, weil der Informationsgewinn der Vorstudie der Aufgabenstellung der Hauptstudie zugute kommt.
Eckhart Blass

7. Prozeßsynthese in der Hauptstudie

Zusammenfassung
Im Problemlösungszyklus nach Abb. 2.5 und Abb. 5.3 folgt auf die Zielsuche die Synthese als erster Schritt der Lösungssuche. Unter Synthese versteht man Verfahren zur Konstruktion eines zweckmäßigen zusammenhängenden Ganzen durch Verkopplung von geeigneten Elementen zu einer solchen Struktur, die die angestrebte Funktion hinreichend erfüllt. Unter Prozeßsynthese ist also der Entwurf der Struktur eines verfahrenstechnischen Systems, d. h. die Auswahl der Prozeßeinheiten (z. B. Grundoperationen), die Festlegung ihrer Kopplungen und ihrer gerätemäßigen Realisierung oder auch die bereichsweise Überarbeitung bestehender Prozesse zu verstehen. Für beide Vorgänge, also sowohl für die Neukonzeption als auch für die Überarbeitung, gelten prinzipiell gleiche Vorgehensweisen, wobei natürlich im 2. Fall gewisse Vereinfachungen und Abkürzungen der Vorgehensschritte angemessen sind. Wir werden Prozeßsynthese am Beispiel der Neukonzeption von Prozessen vorführen. Unsere Vorgehensweise wird den Prozeßablauf und damit auch sein Fließbild schrittweise aus den Elementen auf den drei Abstraktionsebenen von Abb. 1.8 erzeugen. Dabei werden konkurrierende Prozeßabläufe entstehen. Eine Entscheidung zugunsten von Vorzugslösungen setzt voraus, daß die Prozeßvarianten hinsichtlich ihrer Eigenschaften analysiert und dann mit Hilfe geeigneter Kriterien, z. B. mit ihrem Energiebedarf oder ihren Gesamtkosten bewertet werden. Dieses enge Wechselspiel von Syntheseaktivitäten und Analysemaßnahmen hat im Bereich der thermischen Trenntechnik und hier insbesondere der Rektifiziertechnik zu einer Reihe verschiedenartiger Strategien geführt, die die Explosion der Variantenvielfalt bei der Trennung von Vielkomponentengemischen bewältigen sollen. Dabei handelt es sich um heuristische, um thermodynamische und um Optimierungsmethoden, über die in [1] ein kurzgefaßter, aktueller Überblick gegeben wird.
Eckhart Blass

8. Prozeßanalyse

Zusammenfassung
In diesem Buch befassen wir uns mit Prozeßentwicklung auf der Basis der Systemtechnik. Demgemäß behandeln wir in Kap. 7 Prozeßsynthese mit dem Ziel, Prozeßvarianten zu finden, die die von der Aufgabenstellung verlangten Stoffwandlungen herbeiführen können. Dem Leser sei empfohlen, sich die Einführung zu Kap. 7 wieder in Erinnerung zu rufen.
Eckhart Blass

9. Bewertung von Lösungsvarianten

Zusammenfassung
Im Zuge einer methodischen Verfahrensentwicklung wird, wie wir in den vorangehenden Kapiteln ausführen, eine Vielzahl von Lösungsvarianten auf allen Problemlösungsebenen sowohl für das gesamte System als auch für Teilsysteme produziert. Dieser Überblick über die mögliche Lösungsvielfalt ist die Voraussetzung dafür, daß in einer Pioniersituation eine starke Lösung gefunden werden kann. Unter den Lösungsvarianten muß man sich entscheiden können, was voraussetzt, daß man ihren „Wert“ oder ihre „Stärke“ hinsichtlich bestimmter, vorgegebener Zielvorstellungen ermitteln, daß man sie bewerten kann. Der systemtechnische Problemlösungszyklus enthält deshalb als wesentlichen Schritt der Lösungsauswahl die Bewertung. Ihre übergreifende Behandlung ist Gegenstand dieses Kapitels. In der Realität der Verfahrensentwicklung durchziehen Bewertungsschritte alle Stufen der Entwicklungstätigkeit, um das Feld der Lösungsvarianten immer so früh wie möglich einzuengen. Wir erinnern beispielsweise an die heuristischen Regeln zur Auswahl von Trennoperationen und deren Schaltungssequenzen in den Kap. 7.4.4.2 und 7.4.4.4, ohne die eine Synthese von Prozeßkonfigurationen nicht möglich wäre und denen eine Bewertung nach betrieblichen und ökonomischen Gesichtspunkten innewohnt.
Eckhart Blass

Backmatter

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