Kontinuierliche Chemische Verfahrenstechnik

Fallfilmmikroreaktor für Fotochemie
© Foto Fraunhofer ICT-IMM

Fallfilmmikroreaktor für Fotochemie

Der Bereich Kontinuierliche Chemische Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit der Optimierung bzw. Neudefinition chemischer Produktionsverfahren mittels der Methoden und Apparate der chemischen Mikroverfahrenstechnik.

Unsere Kernkompetenzen reichen von der Entwicklung von Mikroreaktoren bis zur Realisierung von Anlagen für den Labor-, Pilot- und Produktionsmaßstab. Für die Reaktorrealisierung in unterschiedlichen Materialien wie Edelstahl, Hastelloy, Titan, aber auch Polymere wie PMMA oder PTFE steht eine breite Auswahl von Fertigungs-technologien zur Verfügung. Weiterer Fokus ist die Prozessentwicklung auf Basis von Mikroreaktoren und Durchflusschemie, wobei die Potentiale der Mikro-reaktionstechnik voll ausgeschöpft werden, um Prozess-intensivierung zu erreichen und um Neue Prozessfenster zu erschließen. Auch extreme Bedingungen wie sehr hohe Temperaturen oder Drücke können dabei in Mikroreaktoren gehandhabt und kontrolliert werden.

Durch kontinuierliche Prozessführung in Mikroreaktoren erreichen wir

  • Größere Nachhaltigkeit und Energieeffizienz
  • Verbesserten Stoff- und Wärmetausch
  • Erhöhung der Produktionsdurchsätze
  • Unterdrückung von Nebenreaktionen
  • Optimierung der Produktqualität

Dabei ist es unsere Stärke, die Synergien zwischen unseren Erfahrungen in den Bereichen Komponenten, Prozesse und Anlagen zu nutzen.

Eine Vision ist die flexible vor-Ort-Produktion in einem modularen Container basierten Konzept, das es erlaubt, kostengünstig hocheffiziente Produktionsverfahren zu realisieren. Der Container selbst beinhaltet die gesamte für den Produktionsprozess benötigte Anlagenperipherie und –steuerung.

Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, für die unterschiedlichsten Anwendungen effiziente und schnelle Lösungen zu entwickeln. Mit unserem integrierten Ansatz für die Prozess-, Reaktor- und Anlagenentwicklung tragen wir dabei auch zu einer Reduktion des time-to-market, d.h. zu einer schnellen Markteinführung neuer Produktideen bei.

 

Teststände

ContiNMR-Teststand
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ContiNMR-Teststand

Aufgrund der Vielfalt der Aufgabenstellungen insbesondere im Bereich der organischen Synthese werden unsere Versuchsaufbauten zumeist individuell zusammengestellt.

Organisch-chemische Prozessentwicklung

  • Versuchsaufbauten für Gas/Flüssig-Reaktionen (insbesondere Hydrierungsreaktionen), sowohl mit Mikrofallfilmreaktor als auch mit Minifestbettreaktor
  • Laboraufbau für photochemische Untersuchungen sowohl im Mikrofallfilmreaktor als auch im Kapillarreaktor
  • Laboraufbau für die Erzeugung von Grignard-Reagenzien
  • Laboraufbau für exotherme Flüssig/Flüssig-Reaktionen

Reaktor-Charakterisierung

  • Teststand für die Wärmetauscher-Charakterisierung mit wassergekühltem Prozessthermostat (mit integriertem Kühlsystem für das dynamische Temperieren im externen Kreislauf, Arbeitstemperatur von -50°C – 220°C, Temperaturkonstanz ± 0,3 K, Heizleistung 16 kW, Förderdruck max. 5,8 bar)
  • Aufbau für Mischgütebestimmung

Online-Analytik

FT-IR ATR Spektrometer
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FT-IR ATR Spektrometer

  • Nanalysis Benchtop NMR
    Arbeitsfrequenz 60 MHz (1.4 T) für 1H, Kerne: 1H/19F Dualmodus, Proben: Standard 5 mm NMR Röhrchen, Auflösung: Linienbreite bei 50% ≤ 1.2 Hz. Durchflusszelle für online-Messungen.
  • FT-IR ATR Spektrometer
    Zwei faseroptische ATR-Sonden für in-situ Messungen, Temperaturstabil von -100°C - 150°C Druckbereich            < 300 bar Spektralbereich 3 – 18 µm, Sondenmaterial ist Hastelloy.

Offline-Analytik

HPLC
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HPLC

  • HPLC mit DAD
    Photodiodenarray Detektor Wellenlängenbereich 190 – 800 nm, Säulenofen mit Umluftfunktion bis zu 85 °C, Autoinjektor
  • HPLC mit UV-VIS Zweikanaldetektor
  • Ionenchromatograph
    Leitfähigkeitssensor, Bestimmung von Fluorid, Chlorid, Nitrit, Formiat, Chlorat, Bromid, Nitrat, Carbonat, Phosphat, Sulfat
  • Zwei GC mit FID Detektor
  • GC-MS
    Quadrupole Massenspektrometer, Massenbereich von        m/z 1090
  • Partikelgrößen-Analysegerät basierend auf Laserbeugung und Lichtstreuung
  • REM/EDX
  • TEM
  • IR - Spektrometer
  • UV/VIS – Spektrometer

Besondere Ausstattung

Siebdruckmaschine
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Siebdruckmaschine

  • Siebdruckmaschine
    Zur Aufbringung von Lot oder Katalysatormaterial auf mikrostrukturierte Reaktionsplatten.
  • Hochgeschwindigkeitskamera
    Bildfrequenz von 500 fps bei einer Auflösung von 1,3 Megapixel, CMOS-Sensor mit 1280 x 1024 Pixel Farbauflösung
  • Thermografie-Kamera
    Messbereich -20°C – 1200°C, Empfindlichkeit < 50 mK bei 30°C, 320 x 240 Pixel Auflösung bei 60 Hz, 100 µm Nahfokusoptik