Reaktordesign und -entwicklung

Mikro- und millistrukturierte Reaktoren erlauben Produktion am Point-of-Use

Egal ob in der Automobilindustrie, bei medizinischen und kosmetischen Produkten oder in der Landwirtschaft, der Wunsch nach stärker auf individuelle Anforderungen angepassten Produkten führt zu immer kürzeren Produktzyklen. Dementsprechend schnell müssen Unternehmen auf veränderte Situationen am Markt reagieren können, um die Akzeptanz ihrer Produkte und ihre Konkurrenzfähigkeit zu erhalten. In vielen dieser Produkte sind speziell dafür entwickelte Spezial- und Feinchemikalien enthalten, deren Herstellung zusätzlich immer umweltfreundlicher, ressourcenschonender, sicherer und kostengünstiger erfolgen soll. Ein Lösungsansatz basiert auf der zunehmenden Nutzung von häufig nur dezentral verfügbaren, nachhaltigen stofflichen und energetischen natürlichen Ressourcen bei der ebenso dezentralen Herstellung in kleinen Einheiten in der Nähe der Verbraucher. Damit einher geht eine veränderte Denkweise bei der Planung und Realisierung der dafür benötigten Anlagen und Prozesse, mit dem Trend hin zu kleineren, modular aufgebauten und gegebenenfalls sogar mobilen Anlagen. Ein weiterer Ansatz ist die Intensivierung der beteiligten Prozesse, sprich der Synthese von Produkten oder deren Aufbereitung.

Wir nutzen unser umfangreiches Hardware-Portfolio sowie die langjährige Erfahrung, um an den jeweiligen zu optimierenden Prozess individuell angepasste Reaktoren in modularer, skalierbarer Bauweise zu entwickeln, unter Berücksichtigung entsprechender kostengünstiger Fertigungsverfahren. Dank ihrer Eigenschaften sind mikro- und millistrukturierte chemische Reaktoren bzw. Apparate hervorragend geeignet, die beschriebenen Aufgabenstellungen zu lösen, insbesondere unter Anwendung  kontinuierlicher Syntheseverfahren in der Spezial- und Feinchemie sowie bei der Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe. Auch größere Stückzahlen sind kein Problem. Wir haben dank neuartiger Fertigungstechnologien Spezialreaktoren für die dezentrale Stromerzeugung auf Basis von Reformiertechniken für Wasserstoff und Brennstoffzellen entwickelt, in entsprechender Menge hergestellt und erfolgreich getestet.

Ihr Vorteil

  • Kooperation mit einem seit Anfang der neunziger Jahre führenden Entwickler und Anwender von mikro- und millistrukturierten Apparaten,
  • Realisierbarkeit kurzer Mischzeiten,
  • Realisierbarkeit hoher spezifischer Oberflächen sowohl für den Wärmetransport als auch für die Einbringung von Katalysatoren,
  • große spezifische Phasengrenzfläche bei mehrphasigen Prozessen,
  • höhere Sicherheit durch kontrollierte Prozessführung und erheblich reduziertes Reaktionsvolumen im Vergleich zu konventionellen Reaktionsapparaten.

Unsere Erfolgsfaktoren

  • Gut skalierbare, modular aufgebaute Reaktorfamilie als Entwicklungsbasis,
  • Entwicklung, Konstruktion und Fertigung von an den jeweiligen Prozess bzw. Einsatzzweck optimal angepassten mikro- und millistrukturierten Flow-Reaktoren vom Labor- bis Industriemaßstab,
  • spezifische, häufig hochgradig integrierte Ausführung,
  • breites Portfolio von Lösungen sowohl für ein- und mehrphasige Prozesse als auch für nicht katalytische sowie heterogen- und homogen katalysierte Reaktionen,
  • Entwicklung und Nutzung verschiedener kostengünstiger Fertigungstechnologien für die häufig eingesetzten Plattenstapelreaktoren, u. a. Walzprägen oder Kaltprägen zur Strukturierung von Reaktorplatten sowie Laserschweißen und Vakuumlöten zum Verbinden der Platten eines Stapels,
  • Design von Spezialapparaten für additive Fertigungsverfahren wie dem Laserschmelzen.

Wir begleiten unsere Partner von der grundlegenden Idee über die Simulation bis hin zur Umsetzung in Funktionsmuster, aber auch bis zur Nullserienfertigung oder einem Technologietransfer.

Typische Fragestellungen

  • Modulare Reaktoren für modulare Anlagen bei hoch exothermen Prozessen wie der kontinuierlichen Epoxidierung von Pflanzenölen und der Propoxylierung von Alkoholen,
  • Integrierte Reaktoren zur Gewinnung und Aufbereitung von wasserstoffhaltigen Gasen für Brennstoffzellen aus unterschiedlichen konventionellen und regenerativen Brennstoffen, unter anderem Diesel, Propan, Methanol oder Propylenglykol,
  • Reaktoren für die dezentrale Produktion von kritischen (gefährlichen) Chemikalien,
  • Reaktoren für verschiedene Prozesse der „Bioraffinerie“,
  • Reaktoren zur gas/flüssig-Kontaktierung (z. B. Hydrierung, Ozonolyse, Direktfluorierung) ohne und mit heterogener Katalyse,
  • photochemische Reaktoren.
modularer Mikroreaktor
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Fallfilmmikroreaktoren
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Copiride-Reaktor
© Foto Fraunhofer ICT-IMM