Hoher Durchsatz ist das Ziel: Optimale chemische Synthese mit flüssigen Reaktionspartnern
Viele Industriesektoren entfernen sich von der Prozessführung in Chargen und gehen zu kontinuierlichen Prozesstechnologien über, um qualitativ hochwertige chemische Produkte noch schneller und mit geringeren Kosten herstellen zu können. Bei der Herstellung chemischer Stoffe spielen die Flüssig-Flüssig-Reaktionen eine bedeutende Rolle. Die Wissenschaft startete daher das von der EU geförderte Projekt PILLS ("Process intensification methodologies for liquid-liquid systems in structured equipment"), um flexible wie auch leistungsstarke kontinuierliche Fertigungstechnik für Flüssig-Flüssig-Reaktionen zu entwickeln. Ziel waren Durchsatzleistungen im Bereich von mehreren Litern (Feinchemikalien) bis hin zu mehreren hundert Litern pro Stunde (chemische Grundprodukte in großen Mengen). Laboruntersuchungen der Dispergierleistung, der Materialverträglichkeit und der Prozessentwicklung ergaben CFD- Modelle (numerische Strömungsmechanik, Computational Fluid Dynamics) und Simulationen von Mehrphasenreaktoren. Die Software erleichterte die Untersuchung der Effekte der Auswahl von Ausrüstung und Verfahrensbedingungen auf die Selektivität der komplexen Reaktionen in Flüssig-Flüssig-Systemen. Man baute Prototypen eines mikro- wie auch mesostrukturierten Reaktors, was in der Installation einer Mehrzweckanlage gipfelte, die anschließbare mikrostrukturierte Mischer, Reaktoren und Separatoren enthält. Tests an einer industriellen Modellreaktion demonstrierten eine dramatische Verbesserung der Ausbeute - und das sogar bei niedrigen Durchsatzgeschwindigkeiten von ungefähr einem Liter pro Stunde. Die Wissenschaftler entwickelten im Folgenden eine Forschungstestanlage, bei der Baumaterialien, ein automatisiertes Steuerungssystem sowie Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltfaktoren berücksichtigt wurden. Man bewertete mikro- und mesostrukturierte Reaktoren zur großtechnischen Synthese in Hinsicht auf ein ganzes Spektrum von Betriebsbedingungen. Die Forscher wandelten die Erkenntnisse in eine systematische Methodik zur strategischen Phasenauswahl um, die in herunterladbarem Format als Bedienungsanleitung zum Selbststudium zur Verfügung steht. Kontinuierliche Prozesse werden zunehmend gegenüber der Batch-Verfahrensweise bevorzugt, was mit Vorteilen wie weniger Zeitaufwand, niedrigeren Kosten und höherem Durchsatz verbunden ist. Die PILLS-Softwareinstrumente versprechen eine bessere Auswahl der Parameter in kontinuierlichen Hochdurchsatzprozessen für sämtliche Flüssig-Flüssig-Systeme auf dem Wege zu einer ökologisch effizienten, sicheren und nachhaltigen Chemieproduktion.
