Rechnergestütztes Planungssystem zur Konfigurierung und Bewertung von Aufbereitungsanlagen in der Lockergesteinsindustrie

Die Planung verfahrenstechnischer Aufbereitungsanlagen kann zunehmend durch Fortschritte der Prozessmodellierung und der rechnergestützten Simulation auf Variantenstudien gestützt werden. Obwohl die praktische Anwendung dieser Methoden in der Planung verfahrenstechnischer Feststoffprozesse in den vergangenen Jahren stark vorangetrieben werden konnte, bestehen noch immer große Unterschiede zwischen dem Stand der rechnergestützten Planung in der Fluid- und in der Feststoffverfahrenstechnik. Diese Unterschiede konnten auch für die Lockergesteinsaufbereitung festgestellt werden. Generell werden die im Rahmen der Planung von Aufbereitungsanlagen zu untersuchenden Anlagenvarianten auf der Grundlage von Erfahrungen entworfen. Dabei sind die verfügbaren Rohstoffe und die angestrebten Produktionsziele als Eingangsdaten zu verarbeiten. Methoden zur rechnergestützten Erstellung und Bewertung von Prozess- und Anlagenvarianten für die Lockergesteinsaufbereitung sind jedoch bislang nicht in einem praktisch einsetzbaren System ausgeführt worden. Gründe dafür sind in einer zu geringen Abbildungstiefe derzeitig verfügbarer Feststoffprozessmodelle, in der hohen Komplexität der Stoffstromcharakterisierung disperser Feststoffe und im Fehlen von Entscheidungskriterien zur wissensbasierten Erstellung von Anlagenentwürfen zu finden. Vor diesem Hintergrund wurde in der Arbeit zunächst ein neues Konzept zur optimierenden Produktprogrammplanung für Lockergestein mit LP-Methoden entwickelt. Für die Erzeugung verfahrens-technisch sinnvoller Anlagenkonzepte wurde eine kombinierte Methode zur Festlegung der Prozessstruktur durch die Anwendung heuristischer Regeln und Shortcut-Simulation erstellt. Basierend auf der Prozessstruktur und auf den Aufbereitungsausrüstungen werden die Anlagenvarianten modelliert und dargestellt. Mit diesen Modellen wird für jede Variante ein Optimierungsproblem zur Parameteranpassung formuliert, dessen Zielfunktion die zu minimierende Abweichung der erzielbaren Produktmengen vom zugrundegelegten optimalen Produktprogramm beschreibt und zu dessen Lösung ein NLP-Algorithmus eingesetzt wird. Das Ergebnis der Optimierung enthält für jede Prozessvariante die optimalen ausrüstungsspezifischen Prozessparameterwerte. Weiterhin liegen Zusammensetzung und Massenstrom der Prozessströme vor, auf deren Basis die Ausrüstungsdimensionierung vorgenommen wird. Für die Ausrüstungsdimensionierung wird eine Methode zur Berücksichtigung von Veränderungen der Aufgabegutzusammensetzung, z. B. aufgrund heterogener Lagerstätten, entworfen. Mit den Dimensionierungsgrößen der Ausrüstungen werden Investition und Betriebskosten für jede Prozessvariante basierend auf marktüblichen Werten ermittelt und den erwarteten Produkterlösen zur Bestimmung der Anlagenwirtschaftlichkeit gegenübergestellt.