Mikroreaktionstechnik unterstützt die Prozessintensivierung

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Dass die Mikroreaktionstechnik auch zur Prozessintensivierung bei der Herstellung von Grund-Chemikalien beiträgt, zeigt Bayer Technology Services (BTS) mit dem Bayqik-Verfahren, das bei der Herstellung von Schwefelsäure die seit 50 Jahren bestehenden Grenzen überwunden hat: Die Abgaswerte wurden um eine Zehnerpotenz gesenkt, der energetische Wirkungsgrad um 25 Prozent erhöht, der Katalysatorverbrauch konnte ebenso halbiert werden wie die Investitionskosten. Ergebnis sind um 50 Prozent reduzierte Fertigungskosten.

Mikroreaktionstechnik hilft bei der Anlagenoptimierung

Mikroreaktionstechnik beschäftigt sich zudem nicht zwangsläufig mit der Entwicklung mikrostrukturierter Anlagen, wie Dr. Stefan Löbbecke vom Fraunhofer ICT erläutert: „Mikroreaktionstechnik kann auch zur Optimierung traditioneller Apparate und Anlagen genutzt werden.“ Beispielsweise können die Fraunhofer Experten mit Mikroreaktoren überprüfen, wie und ob ein Batch-Prozess in eine kontinuierliche Verfahrensweise überführbar ist. Die Mikroreaktionstechnik offenbart darüber hinaus Vermischungsprobleme in einem Prozess und zeigt, wenn das Wärmemanagement nicht in Ordnung ist. Der Betreiber kann daraus ableiten, beispielsweise ein Reaktionsprodukt schneller zu dosieren oder die Temperaturführung zu ändern.

Auch eine Verkürzung oder Verlängerung von Reaktionszeiten kann das Ergebnis sein. Löbbecke: „Indem wir uns in Prozessfenstern bewegen, die makroskopisch gar nicht zugänglich sind, hilft die Mikroreaktionstechnik, die Prozessauslegung und die Prozessführung zu optimieren.“ Beispielsweise stellte sich bei der Synthese eines Produkts heraus, dass die Verweilzeit wesentlich verkürzt werden kann, weil die Hauptreaktion viel schneller abläuft als gedacht. In einem anderen Fall stellte sich heraus, dass man kurzfristig durchaus ein deutlich höheres Temperatur-Regime anfahren kann und sich dadurch die Reaktionszeit verkürzt. Darüber hinaus vermeidet die neue Prozessführung unerwünschte Nebenprodukte.

Beispiel aus der Praxis

Ein Praxis-Beispiel dafür liefert DSM Linz mit seinem Mikroreaktor Lowflow: Mit dem Mikroreaktor in der Größe von zwei Autobatterien werden in umfangreichen Testphasen die Kenngrößen für chemische Reaktionen – Temperatur, Rezeptur, Reaktionsdauer, Reaktionen der Nebenprodukte – bei niedrigsten Materialflüssen und kleinstem Volumen auf Herz und Nieren geprüft. Nach diesen kontrollierten Versuchen unter Laborbedingungen und umfassenden Auswertungen können die Ergebnisse rasch in der Produktion umgesetzt werden.

Wichtig ist in jedem Fall, dass die schnellen kontinuierlichen Reaktionen auch automatisiert ablaufen. Dazu hat beispielsweise die Siemens Division Industry Automation zusammen mit der Ehrfeld Mikrotechnik BTS das Prozessleitsystem Simatic PCS 7 LAB für die Anwendung in der Mikroverfahrenstechnik angepasst, insbesondere um das modulare Mikroreaktionssystem von Ehrfeld zu steuern.

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Link: Download der Broschüre „Mikroreaktionstechnik“ des Frauhofer ICT

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