Dieser Beitrag erklärt, wie die Dom-Membranventil-Technologie von Equilibar ® zur effektiven Regelung relevanter Prozessparameter in der Continuous-Flow-Chemie beiträgt. Wir sprechen auch über die Erfahrungen unseres Kunden Flowid BV über die erfolgreiche Implementierung von unseren Vordruckreglern in Projekten zur Prozessintensivierung

Reaktionstechnik mit kontinuierlichem Durchfluss

Die Continuous-Flow-Chemie ist eine vielversprechende Technologie, die möglicherweise eine Revolution in der chemischen Verfahrenstechnik bedeuten könnte. “Pfropfenströmungschemie”, wie Reaktionstechnik mit kontinuierlichem Durchfluss in der Vergangenheit oft genannt wurde, ist der Vorgang der Durchführung chemischer Reaktionen in einem Rohr oder einer Röhre. Reaktive Komponenten werden unter kontrollierten Prozessbedingungen der Strömung gemischt. Schnellere Reaktionen durch Überhitzung, sicherere Reaktionen aufgrund begrenzter Wechselwirkungen zwischen Stoffen, Reaktionsoptimierung und einfacheres Scale-up von Prozessen gehören zu den wesentlichen Vorteilen dieses Verfahrens. In den letzten 10 – 20 Jahren haben mehrere Institute und Forschungs- und Entwicklungsabteilungen in den modernsten Labors viel geforscht. Oft mit interessanten Ergebnissen, so wird allgemein erwartet, dass die Reaktionstechnik mit kontinuierlichem Durchfluss mehr wissenschaftliche Fortschritte bringt.

Herausforderungen und Lösungen der Reaktionstechnik mit kontinuierlichem Durchfluss: Regelung von Prozessparameter

Eine der zentralen Schwierigkeiten in der Continuous-Flow-Chemie ist die Kontrolle aller Prozessparameter. Die Dom-Membranventil-Technologie von Equilibar hat sich in dieser Hinsicht als sehr effizient erwiesen: Mit dieser einzigartigen Vordrucktechnik kann ein Durchlaufreaktor unter härtesten Bedingungen auf einem konstanten Druck gehalten werden. Insbesondere in der Forschung sollten die Betriebsgrenzen so weit wie möglich sein, damit Wissenschaftler alle Prozessbedingungen untersuchen können. Der einzigartige Kv-Bereich des Equilibar-Vordruckreglers ermöglicht es den Ingenieuren, enorme Stellverhältnisse (von bis zu 1: 1.000.000) zu erzielen, damit sie nach optimalen Prozessbedingungen suchen können. Auch wenn die aus dem Reaktor kommenden Produkte aus zwei Phasen bestehen, hält der Vordruckregler den Druck konstant. Auch sind hohe Temperaturen und aggressive Medien keine Hindernisse für die einfache Konstruktion, die aus einem Gehäuse, einer Kappe und einer Membran besteht, die durch zwei O-Ringe abgedichtet ist.

Kürzlich haben wir gesehen, wie sich die Flow-Chemie vom Forschungslabor in die Pilotanlage und sogar in den Produktionsmaßstab verlagerte. Da unsere Vordrucktechnologie leicht skalierbar ist, können höhere Durchflüsse erzielt werden, ohne die Einstellbarkeit des im Labormaßstab optimierten Prozesses einzuschränken. Daher eignet sich die Equilibar-Vordrucktechnik auch gut für größere Anwendungen in der Continuous-Flow-Chemie.

R&I-Fließschema Reaktionstechnik mit kontinuierlichem Durchfluss Equilibar ®

Wessel Hengeveld, CEO von Flowid BV. – Kunde von PCS und "frühzeitiger Anwender" der Equilibar®-Technologie – sagte Folgendes über die Auswirkungen der Flow-Chemie und den Einsatz von Equilibar-Vordruckreglern in seinem Fachgebiet:
"Die Flow-Chemie ist besonders nützlich für die Prozessintensivierung durch höhere Temperaturen und / oder höhere Drücke im Vergleich zu herkömmlicher (Batch-) Reaktortechnik. Wenn der Prozess intensiviert wird, kann die Prozessausbeute erhöht und / oder die Verarbeitungszeit verringert werden. Flowid nutzt das Potenzial der Flow-Chemie und die Realisierung von Anlagen für Kunden zur Implementierung dieser Technologie in ihre Organisation. Für unsere Anwendungen ist es von entscheidender Bedeutung, dass der Druck in den Anlagen einfach angepasst werden kann und konstant auf dem Sollwert bleibt. Flow-Chemie-Anwendungen sind oft mehrphasig: gasförmig – flüssig – flüssig oder sogar fest – flüssig. Für diese Anwendungen gibt es auf dem derzeitigen Markt keine Alternative zu Equilibar-Vordruckreglern. Sie sind mit Sicherheit die zuverlässigste derzeit verfügbare Wahl.“

Um zu veranschaulichen, wie unsere Vordruckregler in der Forschung auf Basis der kontinuierlichen Durchflusschemie eingesetzt werden, fährt Wessel fort: „Höhere Drücke ermöglichen höhere Temperaturen in den Durchflussreaktoren. Dies ermöglicht höhere Ausbeuten und kürzere Verarbeitungszeiten, da die Reaktionen schneller werden.“  

Die stabile Druckregelung eines Mehrphasenflusses von Flüssigkeit – Flüssigkeit, Gas – Flüssigkeit oder sogar Feststoff – Flüssigkeit war die Hauptaufgabe von Flowid. Durch die Verwendung eines Equilibar-Vordruckreglers in Kombination mit elektronischem Druckregler und chemikalienbeständigen O-Ringen und Membranen konnte diese Herausforderung gemeistert werden. Laut Wessel ist die Implementierung dieser Lösung recht einfach: „Nach dem Einstellen der Durchflussrate waren nur sehr wenige Anpassungen erforderlich, und trotz unterschiedlicher Reaktortemperaturen waren keine weiteren Anpassungen des Sollwerts erforderlich.“.

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