In-situ Prozessmonitoring für die (Hochdruck)-Prozesstechnik

Ziel des Projekts war die Entwicklung eines Raman-basierten in-situ Messverfahrens, mit dem online die Zusammensetzung eines Fluidstroms mit hoher zeitlicher Auflösung erfasst werden kann. Die Erprobung des Messverfahrens erfolgte exemplarisch an der Hochdruckextraktion von Hopfen. Eine Adaption auf weitere Prozesse der Verfahrenstechnik ist möglich.

Zahlreiche Prozesse in der Verfahrenstechnik könnten vom Einsatz von nichtinvasiven online-Messverfahren profitieren. Bei Hochdruckextraktionen beispielsweise würde die genaue Kenntnis von Menge und Zusammensetzung des Extrakts zu jedem Zeitpunkt des Prozesses die Optimierung der Betriebsbedingungen erleichtern. Speziell bei der Verarbeitung von Naturstoffen könnten die Prozessparameter schneller angepasst werden, wenn sich die Zusammensetzung der Rohware aufgrund von Anbaugebiet und Jahrgang ändern.

Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurde deshalb ein Messsystem nach dem Prinzip der Shifted-Excitation Raman Differential Spectroscopy (SERDS) aufgebaut. Dieses diente zur Unterdrückung von unerwünschtem Fluoreszenzsignal, welches bei Naturstoffen in der Regel auftritt, bzw. zur Freilegung des davon überlagerten Ramansignals. Anschließend wurde das entwickelte Messsystem in einer Laboranlage des Kooperationspartners unter realen Extraktionsbedingungen erprobt. Dazu wurde eine Hochdruckzelle inklusive eigens dafür entwickeltem Hochdruckramansensors inline zwischen Extrakteur und Separator verbaut. Nach einer Kalibrierung konnte mithilfe des Messsystems sowohl die Menge an gelösten Hopfeninhaltsstoffen als auch die Menge an α-Bittersäure (Humulone) im CO₂-Strom während der Extraktion bestimmt werden.