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Prozessintensivierung

Mikroreaktionstechnik unterstützt die Prozessintensivierung

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann / Matthias Back

Mit speziell angepassten Mikroreaktoren lassen sich beispielsweise explosive Stoffe schneller und sicherer herstellen.
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Mit speziell angepassten Mikroreaktoren lassen sich beispielsweise explosive Stoffe schneller und sicherer herstellen. (Bild: Fraunhofer ICT)

Green Chemistry: Hinter dieser Wortschöpfung aus der Welt des Marketings steht als Ziel der ressourcenschonende, sichere und mit minimalen Umweltbelastungen zu betreibende Prozess. Die Mikroreaktionstechnik bietet dazu bereits eine Reihe von Lösungen – nicht nur in Form mikrostrukturierter Anlagen im Kilogramm-Maßstab, sondern auch zur Optimierung traditioneller Großanlagen. PROCESS hat sich auf der ACHEMA 2012 nach aktuellen Entwicklungen umgesehen.

Energieeffiziente Technik ist eine der tragenden Säulen für den Erfolg der Energiewende. Häufig steht das Identifizieren und Eliminieren von Energieverschwendern wie Kompressoren und Pumpen im Mittelpunkt.

Eine gänzlich andere Herangehensweise bietet die Prozessintensivierung: Dabei geht es um die Effizienzsteigerung von chemischen und verfahrenstechnischen Prozessen, also um einen geringeren produktspezifischen Energieeinsatz – beispielsweise durch eine geringere Zahl von Prozessschritten, durch Intensivierung des Wärme- und Stoffaustauschs, durch neue Konzepte in der Prozesssteuerung. Last but not least: um nicht-klassische Formen des Energieeintrags (Mikrowelle, Ultraschall).

Enorme Energieeinsparung

Die Spezialisten der Siemens Engineering & Consulting – deren Beratungsleistung nennt sich kurz und knapp ‚Batch to Conti‘ – kennen Praxisfälle, die zu Energieeinsparungen von bis zu 80 Prozent führten. Andere Projekt-Beispiele belegen deutlich bessere Ausbeuten bzw. eine höhere Prozesssicherheit:

  • Erhöhung der Ausbeute des Fungizids Flucanazol von 26 auf 72 Prozent durch Entwicklung eines scale-up-fähigen Prozesses;
  • Entwicklung eines sicheren Conti-Prozesses zur Acetylid-Synthese;
  • Prozessintensivierung durch Transfer einer drucklosen Carboxylierung in einen Conti-Prozess mit Verdoppelung der Ausbeute.

Ansätze, ein Produkt mit weniger Energie zu produzieren, bietet insbesondere die Mikroreaktionstechnik. Um gleich mit einem weit verbreiteten Irrtum aufzuräumen: Die Vorsilbe Mikro suggeriert zwar beinahe zwangsläufig, dass man sich die entsprechenden Komponenten als eher klein vorstellt – viele Entwicklungen entsprechen auch tatsächlich dieser Vorstellung. Dennoch führt diese Idee in die Irre, sind doch tatsächlich nur in den relevanten reaktionskritischen Bereichen Mikroeffekte erforderlich; ansonsten kann beispielsweise ein Reaktor insgesamt durchaus im Meterbereich dimensioniert sein. Auch die Zu- und Ableitungen haben dann die gewohnten Dimensionen. Und der Durchsatz erreicht übliche Dimensionen: Ein beispielsweise bei Clariant entwickelter Vortex-Mischer mischt in gewünschter Weise aufgrund von Mikroeffekten, doch bleibt der Durchsatz mit 15 000 kg/h sehr hoch.

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