Wie sich Feststoffe in Durchflussreaktoren richtig handhaben lassen

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Neues Mischprinzip

Die patentierte Coflore-Technologie wurde entwickelt als eine alternative Methode zum dynamischen Mischen in Durchflussreaktoren. Anders als konventionelle rotierende Mischer benutzt der Coflore-Reaktor frei bewegliche Agitatoren in Zellen oder horizontalen Rohren und haben daher keine physikalische Befestigung am Reaktorgehäuse. Wenn das Reaktorgehäuse lateral geschüttelt wird, schleudern die frei beweglichen Agitatoren entlang des Durchmessers des Rohres in einer schnellen Bewegung. Dies generiert ein starkes radiales Mischen und eliminiert die Notwendigkeit von Strömungsstörern, rotierenden Achsen und mechanischen Abdichtungen. Dies reduziert nicht nur die Komplexität und Baukosten, sondern unterdrückt eine zentrifugale Trennung. Zwei grundsätzliche Reaktortypen nutzen das Coflore-Mischprinzip.

Der Coflore Agitated Cell Reactor (ACR) nutzt zehn gemischte Reaktionszellen in einer Reihenanordnung und hat ein Arbeitsvolumen von acht bis 90 Milliliter. Die Reaktionszellen sind in einen monolithischen Block gefräst und durch kurze Kanäle miteinander verbunden. Wenn der Reaktorkörper geschüttelt wird, bewegen sich lose Mischelemente transversal in den Reaktionszellen und generieren den Mischeffekt. Eine Vielzahl an verschiedenen Mischertypen sind entwickelt worden, um für unterschiedliche Anwendungen die Mischcharakteristika anzupassen und das Arbeitsvolumen zu variieren.

Die Kombination von mehreren Reaktionszellen, wodurch eine geordnete Strömung garantiert wird, und dynamisches Mischen bewirkt eine gute Performance in kurzen Systemen mit großem Durchmesser. Der Coflore-ACR hat bewiesen, dass er eine Vielzahl an unterschiedlichen Suspensionen verarbeiten kann, einschließlich Aluminiumoxidkugeln, Stärke, Kalziumkarbonat, Kohlenstoffsuspensionen, verschiedene organische Materialien [2], lebende Zellen [3], PVA-Kugeln und sogar Zellstoff. Bei Feststoffen mit neutralem oder fast neutralem Auftrieb wurden Fluide mit Feststoffkonzentrationen von bis zu 30 Prozent gehandhabt.

Der Coflore Agitated Tube Reactor (ATR) verwendet die gleiche Mischtechnologie wie der ACR, aber er wurde entwickelt für höhere Durchsätze. Anders als der ACR ist der ATR ein rohrförmiger Reaktor mit ausgeprägter Kolbenströmung. Das Prozessfluid fließt in der axialen Ebene, während die Mischelemente sich in der radialen Ebene bewegen.

Der ATR ist eine neuere Entwicklung und das Reaktorvolumen der bisher gebauten Maschinen variiert von 100 Milliliter bis zehn Liter. Ein großer Teil der bisherigen Tests wurde fokussiert auf nicht mischbare Flüssigkeiten und homogene Fluide. Suspensionen wurden in Form von lebenden Zellen in Kombination mit Gas und Flüssigkeit gehandhabt. In diesen Tests sind sehr hohe Stoffaustauschraten gefunden worden und keine Anhaltspunkte für eine Blockierung oder Ansammlung.

Fazit

Mikro- und statisch mischende Reaktoren bieten eine gute Leistung bei homogenen Fluiden, sind aber anfällig für Blockierungen und Phasentrennung bei Mehrphasenmischungen. Für diese Anwendungen haben dynamisch gemischte Durchflussreaktoren klare Vorteile und sind in vielen Fällen die einzige praktikable Lösung. Die dynamisch mischenden Coflore-Reaktoren benötigen keine mechanischen Abdichtungen, rotierenden Achsen und Strömungsstörern und vermeiden das Problem der zentrifugalen Separation. Obwohl noch relativ neu haben die Reaktoren bereits viele Prozessmaterialien bewältigt, die bisher als unmöglich für Reaktionen in kontinuierlichen Systemen angesehen wurden.

* Der Autor ist Geschäftsführer bei AM Technology, Bochum.

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