In dieser Arbeit wurde die Simulation einer ABE-Fermentation in den Prozesssimulatoren Aspen Plus und CHEMCAD entwickelt und optimiert. In CHEMCAD wurde das LLE für eine Extraktion innerhalb der benutzerdefinierten Kinetik berechnet. Zwei kinetische Modelle wurden implementiert und geprüft. Zur Vermeidung von Massenbilanzfehlern wurden drei Korrekturalgorithmen entwickelt und deren Einfluss untersucht. Bei der Anwendung von Aspen Plus war es trotz eines externen Konvergenzalgorithmus nicht möglich den Fermenter aufgrund des single precision Problems zu konvergieren. Beide kinetischen Modelle wurden mit einem Runge Kutta Algorithmus vierter Ordnung unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen an einem experimentellen Datensatz überprüft. Verstöße gegen die Nebenbedingungen wiesen beide Modelle auch bei geringer Integrations-Schrittweite auf. Unter Kombination mit einem downhill simplex Nelder Mead Algorithmus wurden die Parameter beider kinetischen Modelle neu angepasst.
In this thesis simulation of an ABE-fermenter was investigated using the process simulators Aspen Plus and CHEMCAD. In contrast to the Aspen Plus simulation, in CHEMCAD the LLE for an extraction was calculated within the user defined kinetics subroutine. Two kinetic models were implemented and validated. To avoid errors of the mass balance, three correction algorithms were developed and investigated. Using Aspen Plus with an external convergence algorithm, did not lead to convergence of the fermenter model due to the single precision problem. The kinetic models were checked using a fourth order Runge Kutta algorithm with boundary constraints and the calculations are validated against experimental data. Even in case of small integration step width violations of the constraints are observed. Finally, combining the Runge Kutta algorithm with a downhill simplex Nelder Mead algorithm, both kinetic models were fitted.
In dieser Arbeit wurde die Simulation einer ABE-Fermentation in den Prozesssimulatoren Aspen Plus und CHEMCAD entwickelt und optimiert. In CHEMCAD wurde das LLE für eine Extraktion innerhalb der benutzerdefinierten Kinetik berechnet. Zwei kinetische Modelle wurden implementiert und geprüft. Zur Vermeidung von Massenbilanzfehlern wurden drei Korrekturalgorithmen entwickelt und deren Einfluss untersucht. Bei der Anwendung von Aspen Plus war es trotz eines externen Konvergenzalgorithmus nicht möglich den Fermenter aufgrund des single precision Problems zu konvergieren. Beide kinetischen Modelle wurden mit einem Runge Kutta Algorithmus vierter Ordnung unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen an einem experimentellen Datensatz überprüft. Verstöße gegen die Nebenbedingungen wiesen beide Modelle auch bei geringer Integrations-Schrittweite auf. Unter Kombination mit einem downhill simplex Nelder Mead Algorithmus wurden die Parameter beider kinetischen Modelle neu angepasst.
In this thesis simulation of an ABE-fermenter was investigated using the process simulators Aspen Plus and CHEMCAD. In contrast to the Aspen Plus simulation, in CHEMCAD the LLE for an extraction was calculated within the user defined kinetics subroutine. Two kinetic models were implemented and validated. To avoid errors of the mass balance, three correction algorithms were developed and investigated. Using Aspen Plus with an external convergence algorithm, did not lead to convergence of the fermenter model due to the single precision problem. The kinetic models were checked using a fourth order Runge Kutta algorithm with boundary constraints and the calculations are validated against experimental data. Even in case of small integration step width violations of the constraints are observed. Finally, combining the Runge Kutta algorithm with a downhill simplex Nelder Mead algorithm, both kinetic models were fitted.
