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Prozesstechnik

Prozesstechnik

In mehr als 80% der industriellen Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen werden Katalysatoren eingesetzt. Ein Katalysator erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit und verbessert die Ausbeute einer chemischen Reaktion, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Aufgrund der unterschiedlichen Prozesse und zugehörigen Katalysatorformen gibt es eine Vielzahl an chemischen Reaktoren und Apparaten, in denen die katalytischen Prozesse sicher und wirtschaftlich durchgeführt werden können.

Aufbau eines Versuchsstands mit Kapillar-Wendelreaktor für eine Gas-flüssig-Biokatalyse mit Pumpen, Blasenerzeugung, FEP-Kapillarschlauch und Messdatenerfassung
©Apparatedesign, TU Dortmund

Neben der effizienten Kontaktierung und Vermischung der Edukte mit dem Katalysator spielen der Wärmeübergang und die Strömungsführung mit enger Verweilzeitverteilung der Reagenzien eine große Rolle bei der Reaktorauswahl. Die Reaktionspartner entsprechend den Reaktionsbedingungen vorbereitet werden und das entstehende Reaktionsgemisch muss aufbereitet werden. Häufig entscheiden die optimale Abtrennung und Rückführung von Reaktionspartnern oder Katalysatormaterial über die Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens.

Die Prozessentwicklung für ein bestimmtes Produkt beginnt im Labor mit vielen Versuchen begleitet von Analytik-Entwicklung und Simulationen. Ein erfolgreich optimierter Prozess wird anschließend hochskaliert in den Pilotmaßstab und häufig über mehrere Schritte in die Produktion. Schon im Labor, aber erst recht im Pilotmaßstab nehmen die geeignete Sensorik und Analytik sowie das Prozessleitsystem zur optimalen Prozessführung eine immer wichtigere Rolle ein. Zur Trennung des Reaktionsgemisches stehen eine Vielzahl an Trennverfahren zur Verfügung, je nach beteiligten Phasen der Komponenten, Konzentrationen im Gemisch und den notwendigen Energieaufwand. Auch hier sind Rückführungen eine optimale Energie- und Stoffstromintegration wichtig für eine wirtschaftliche Prozessführung.

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