Mikroverfahrenstechnik & Modulare Apparate

Mikrostrukturen bieten aufgrund des stark vergrößerten Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisses neue Freiheitsgrade für die Betriebsführung chemischer Reaktions- und Trennprozesse sowie die Möglichkeit eines modularen Aufbaus des Apparates. Neben nahezu ideal durchführbarer, gradientenfreier Mischprozesse lassen sich insbesondere Stoff- und Wärmetransportvorgänge deutlich intensivieren.
Die konsequente Anwendung des Prinzip der Vervielfältigung interner paralleler Strukturen führt letztlich zum Konzept des modularen Anlagenbaus mit vollkommen neuen Möglichkeiten zur Gestaltung der gesamten Wertschöpfungskette.

 

Laufende & abgeschlossene Projekte

  • Scale-up technischer Synthesereaktionen in Mikroreaktoren
    Prinzipiell stellt das oft zitierte Numbering-Up von Modulen der Mikroreaktionstechnik eine Methode zur Steigerung der Produktionskapazität mikrotechnikbasierter Anlagen dar.
    Die damit verbundene Parallelisierung aller Apparate und Maschinen (z.B. Pumpen) ist hinsichtlich der Investitionskosten ist nur begrenzt sinnvoll.
    Stattdessen wird zur Kosteneinsparung kein Numbering-Up aller Anlagenteile durchgeführt, sondern ein Equaling-Up, bei dem die kostenintensiven Bauteile (z.B. Pumpen) nur einfach vorkommen und die Produktionsströme anschließend auf die Mikromodule verteilt werden. Die gleichmäßige Strömungsverteilung stellt dabei eine der größten Herausforderung dar.
    Für unterschiedliche Modultypen werden derzeit Studien durchgeführt, die das Equaling-Up vom Labor- bis in den Produktionsmassstaß systematisch untersuchen.
  • Entwicklung mikrostrukturierter Trennapparate
    Während im Bereich der Reaktionstechnik eine Reihe mikrotechnischer Module (Mischer, Wärmeübertrager, Reaktoren) bereits bis in den technischen Maßstab entwickelt worden sind, besteht insbesondere zur Realisierung kompletter Produktionsanlagen Entwicklungsbedarf im Bereich der Trennoperationen. Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung und Erprobung neuer Apparatekonzepte auf der Basis innovativer mikrostrukturierter Komponenten.
  • F3 Factory -  fast flexible future
    Gegenstand der Arbeiten des Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik an der Ruhr-Universität Bochum im Rahmen des EU-Projektes  ‚F3 Factory‘ ist die Entwicklung modularer  Trennapparate als Beitrag für neuartige, flexible und ressourceneffiziente Produktionsanlagen der Chemischen Industrie. Der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten liegt dabei im Bereich der Absorption zur Rückgewinnung von Wertstoffen aus Abgasen und deren Reinigung sowie der destillativen Trennung chemischer Gemische.
    In beiden Bereichen stellen modular aufgebaute und dementsprechend hinsichtlich Kapazität anpassbare Apparate einen kompletten Paradigmenwechsel im Apparatebau dar. Werden bisherige Absorptionsapparate und Destillationskolonnen noch aufwändig in die Höhe gebaut, sollen die neu zu entwickelnden Apparate die Möglichkeit bieten, in Containerbauweise wesentlich günster in eine Anlage integriert zu werden.
    Zusammen mit Partner aus Industrie und anderen Hochschulen in NRW soll bis zum Ende des Projektes ein entsprechendes Apparatemodul entwickelt, geplant, gebaut und letztlich in dem in Leverkusen geplanten Demonstrationszentrums im realen Betrieb getestet werden.

    weiterführende Informationen:
    Interview: New Production Concepts in the Chemical Industry
    http://www.chemistryviews.org/details/ezine/8353571/New_Production_Concepts_in_the_Chemical_Industry.html

Vorteile sind insbesondere der Übergang von der Chargen-Produktion zu einer kontinuierlichen Fahrweise, wodurch Qualitätsschwankungen weitgehend beseitigt werden können. Gefährliche Substanzen können so genau in der benötigten Menge, „just in time“ und vor Ort produziert und sofort weiterverarbeitet werden, Transport und Lagerhaltung und das damit verbundene Risiko entfallen.