Home | english  | Impressum | Datenschutz | Sitemap | KIT

Weiterentwicklung eines Softsensors für die optische Analyse von Nanopartikel-Suspensionen

Weiterentwicklung eines Softsensors für die optische Analyse von Nanopartikel-Suspensionen
Forschungsthema:experimentell
Typ:Bachelor- / Masterarbeit
Datum:ab sofort
Betreuer:

M. Sc. Marvin Winkler

Die gezielte Anpassung von Produkteigenschaften durch effiziente und flexible Trennoperationen ist ein wichtiger Aspekt der Feststoffverfahrenstechnik. Die Wahl der Prozessparameter ist dabei für die Qualität des Endproduktes von entscheidender Bedeutung. Besteht die Aufgabe darin, Nanopartikel kontinuierlich und anhand gewünschter Trennmerkmale aus einer Flüssigkeit zu entfernen, kommt beispielsweise eine Röhrenzentrifuge zum Einsatz. Die Verfahrensweise des Apparats lässt bei ungeregeltem Betrieb der Betriebsparameter Drehzahl und Volumenstrom keine zeitunabhängige Trenngüte zu, weshalb eine in-situ Überwachung des Prozesses wünschenswert ist. Dies bedarf der Einbindung eines beobachtenden Systems, welches das Trennergebnis am Überlauf der Zentrifuge erfassen und verarbeiten kann. Setzt sich dieses dabei aus einem Hardware-Sensor und einem Modell zusammen, so spricht man von einem Softsensor. Das Modell übersetzt dabei beispielsweise die gemessene Extinktion einer Suspension in eine Partikel-Volumenkonzentration. Unter der Voraussetzung einer störfreien Aufzeichnung der Roh-Sensordaten durch die Messtechnik erfolgt eine Kalibrierung des Sensors durch bekannte Proben, um eine Korrelation zwischen Mess- und Zielgröße zu finden. Im Anwendungsbezug ist neben der periodischen Kontrolle und Weiterentwicklung der Sensorfunktion über Modellanpassungen auch eine zeiteffiziente Erstellung großer Kalibrierdatensätze wichtig, da diese die Grundlage für die Korrelation bilden.

 

Im Rahmen der Abschlussarbeit gilt es eine zeiteffiziente Methode zur Erstellung von Kalibrierdatensätzen zu entwickeln. Bei den Rohdaten handelt es sich dabei um Extinktionsspektren von Nanopartikel-Suspensionen, die mit deren Feststoffvolumenkonzentration als Zielgröße korrelieren. Die Aufzeichnung der Spektren erfolgt bisher batchweise in einer umfunktionierten UV/VIS Durchflusszelle und soll in eine kontinuierliche Messung umgestaltet werden. Hierfür ist ein Konzept zu entwickeln, dass einen umfassenden Kalibrierdatensatz in einer geringstmöglichen Anzahl an Verfahrensschritten durch das Vermischen von Nanopartikeln in Lösemittel erstellt. Anfänglich liegt der Fokus auf einer gut durchdachten Versuchsplanung, die das Erstellen von dynamischen Mischungsplänen beinhaltet. Auf die Identifikation der Kalibrierspektren folgt eine Aufarbeitung der Daten und ein Vergleich mit der Batch-Methode auf Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Zuletzt ist als Anwendungsbezug die Einbindung der Kalibrierdatensätze in ein prädiktives Modell zu untersuchen, welches in der Lage ist die Zielgröße der Partikelkonzentration einer unbekannten Probe zu approximieren.

 

Experimentelle Untersuchungen bilden den Schwerpunkt der Arbeit. Die Aufgabenstellung kann gerne individuellen Wünschen und Ideen angepasst werden. Falls du Interesse an dem Thema oder Fragen hast, komme gerne bei mir vorbei oder schreibe mir eine Mail.