Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens sowie Konstruktion und Bau einer Pilotanlage, die es erm\u00f6glicht, die Umwelt hoch belastende Produktionsverfahren, insbesondere energieintensive Tieftemperaturreaktionen, durch solche auf der Basis der Mikroreaktionstechnik zu substituieren. Es soll exemplarisch gezeigt werden, dass chemische Reaktionen im Mikroreaktor auch in Produktionsmengen umwelt- und ressourcenschonend, wirtschaftlich und sicher durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen. Zur Demonst-ration der Vorteile der Mikroreaktionstechnik hinsichtlich der Umweltentlastung wird eine industrierelevante, bisher lediglich konventionell durchgef\u00fchrte Beispielsynthese auf ein kontinuierliches Verfahren im Mikroreaktor \u00fcbertragen werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der ersten Projektphase wurde die chemische Machbarkeit der Reaktionsklasse im Mikroreaktor auf breiter Basis belegt. Eine Beispielreaktion aus dem Bereich Lithiumorganylen wurde an die Erfordernisse der Mikroreaktionstechnik (kontinuierliche Prozessf\u00fchrung) angepasst. Als erster Arbeitsinhalt der zweiten Projektphase wurde eine kontinuierlich arbeitende zweistufige Laboranlage aufgebaut. Hauptaufgabe war hier die Anpassung der Hard- und Software, sowie der Mess-, Steuer- und Regeltechnik an die ver\u00e4nderten Gegebenheiten im zweistufigen Betrieb. Zweiter Arbeitsschritt dieser Projektphase war die Konzeption und Auslegung einer parallelisierten, skalierbaren Produktionsanlage. Neben der Entwicklung und Umsetzung eines geeigneten Numbering-Up-Konzeptes als Schwerpunkt, bildete die Entwicklung und Integration der Einzelfunktionen des geplanten Systems wie Eduktzufuhr, parallelisierbarer Mikroreaktionseinheit, Produktsammlung und Systemperipherie einen weiteren Arbeitsinhalt. Die dritte Projektphase beinhaltet aufbauend auf den Ergebnissen der ersten und zweiten Phase, die Konstruktion (Zeichnung), den Aufbau und die Inbetriebnahme der Produktionsanlage. Begleitend zum Entwicklungsprojekt wird vom Kooperationspartner ein bilanzieller Vergleich zwischen konventioneller Reaktionsf\u00fchrung und kontinuierlichen Verfahren mit Einsatz der Mikroreaktionstechnik (\u00d6kobilanzierung) durchgef\u00fchrt. Schwerpunkt sind die Stoffstr\u00f6me und die Energiefl\u00fcsse bei Durchf\u00fchrung der Reaktion.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Arbeitspaket AP I.1 erfolgte die Adaption der ersten und zweiten Stufe der ausgew\u00e4hlten zweistufigen Beispielreaktion an ein kontinuierliches Verfahren im Mikroreaktor. Die Beispielreaktion ist in der fol-genden Gleichung wiedergegeben:<\/p>\n
Die Reaktion wird zweistufig durchgef\u00fchrt, wobei die ersten beiden Reaktionsschritte in der ersten Stufe In situ durchgef\u00fchrt werden und das Quenchen des Produktes in der zweiten Stufe erfolgt. Durch diese Vorgehensweise wird das Sicherheitsrisiko f\u00fcr den exothermen Quench am Ende der Reaktion minimiert. Umfangreiche Optimierungsarbeiten ergaben, dass durch diese Reaktionsf\u00fchrung eine vergleichbare Produktqualit\u00e4t erzielt wird. Das Arbeitspaket AP I.2 brachte wichtige Erkenntnisse f\u00fcr die breite Anwendungsbreite der kontinuierlichen Verfahrensweise im Mikroreaktor f\u00fcr lithiumorganische und metallorganische Reagenzien. Drei Schwerpunkte der Lithiumorganik wurden untersucht: Additionsreaktionen des Lithiumorganyls an Mehrfachbindungen, Lithium-Halogenaustauschreaktionen und der Einsatz von Lithiumorganylen als Basen. Im Arbeitspaket AP II.1 wurde die grundlegende Fragestellung bearbeitet, wie eine sinnvolle Verschaltung der beiden einzelnen Stufen realisiert werden kann. Es wurde ein fluidisches Verbindungselement zwischen den Stufen entwickelt, das einen m\u00f6glichst geringen Einfluss auf Volumen und Verweilzeitverhalten des Gesamtsystems hat. Dar\u00fcber hinaus wurden L\u00f6sungen f\u00fcr eine effektive Mess-, Steuer- und Regeltechnik gefunden. Im Arbeitspaket AP II.2 erfolgte die Installation und Inbetriebnahme der zweistufigen Laboranlage. Es wurde eine umfassende Funktionsvalidierung des Systems durchgef\u00fchrt. Die Ergebnisse des Langzeittests der Anlage lieferten wichtige Erkenntnisse f\u00fcr die Konzeption der Betriebsweise der sp\u00e4ter aufzubauenden Pilotanlage. Im Arbeitspaket AP II.3 wurde das Konzept f\u00fcr die parallelisierte Pilotanlage festgelegt. Die Fluidf\u00fchrung im System wird durch ein Sternverteilungssystem organisiert. Auf diese Weise ist gew\u00e4hrleistet, dass die Eduktstr\u00f6me im immer gleichen Verh\u00e4ltnis durch die einzelnen Str\u00e4nge flie\u00dfen und dadurch eine konstante Produktqualit\u00e4t erzielt wird. Es wird ein 10-faches Parallelisierungskonzept verfolgt, das neben der 10-fachen Ausbringungsmenge auch die Austauschbarkeit eines Reaktorblockes im vollen Betrieb der Anlage erm\u00f6glicht. Im Arbeitspa-ket AP III wurde der Bau der Produktionsanlage gestartet. Begleitend wurden an der zweistufigen Laboranlage Messungen f\u00fcr die Erzeugung von Daten f\u00fcr die \u00d6kobilanzierung durchgef\u00fchrt, sowie konventionelle Versuche im vergleichbaren Laborma\u00dfstab ebenfalls zur Datenerhebung. Die \u00d6kobilanz wurde durch den Projektpartner erstellt und liegt als Bericht vor. Die Produktionsanlage wurde erfolgreich durch CPC-Systems in Betrieb genommen und hat die Testfahrten wie geplant absolviert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Vorhaben wurde auf diversen Fachmessen vorgestellt. Hervorzuheben ist hierbei die Teilnahme an der International Conference on Microreaction Technology – IMRET 2003 in Lausanne als bedeutendes internationales Forum der Mikroreaktionstechnik, sowie der ACHEMA 2003 in Frankfurt, die als eine der wichtigsten industrierelevanten Messen gilt. Verschiedene Arbeitsergebnisse und Projektinhalte wurden in dem Fachbeitrag Chemical Synthesis in Microreactors, CHIMIA 56 (2002), S. 636-646 vorgestellt, sowie anl\u00e4sslich eines Vortrags unter dem Titel CYTOS\u00ae Pilot System – A New Technology for Accelera-ting Scale-Up from Bench to Pilot Plant by Continuous Reaction auf dem Annual Meeting des American Institute of Chemical Engineers – AIChE in San Francisco im November 2003 pr\u00e4sentiert. Hervorzuheben als j\u00fcngere Ver\u00f6ffentlichungen sind der Artikel in der CET 2005, 28, S. 408ff unter dem Titel Application Report on Operating Cellular Process Chemistry Plants in Fine Chemical and Contract Manufacturing Industries und der Beitrag von Frau Dana Kralisch in der CIT Ausgabe 6, 2005 S. 784 ff unter dem Titel Bewertung der \u00f6kologischen Potenziale der Mikroverfahrenstechnik. Frau Kralisch trug die Projektergebnisse anl\u00e4sslich eines Vortrags auf der 8. IMRET im April 2005 in Atlanta vor.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Vorhaben und die Projektergebnisse finden gro\u00dfe Beachtung, sowohl in der internationalen Mikrore-aktionsszene als auch bei der Zielbranche, der pharmazeutischen und chemischen Industrie.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens sowie Konstruktion und Bau einer Pilotanlage, die es erm\u00f6glicht, die Umwelt hoch belastende Produktionsverfahren, insbesondere energieintensive Tieftemperaturreaktionen, durch solche auf der Basis der Mikroreaktionstechnik zu substituieren. Es soll exemplarisch gezeigt werden, dass chemische Reaktionen im Mikroreaktor auch in Produktionsmengen umwelt- und ressourcenschonend, […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[47,51,66,52,53],"class_list":["post-22714","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-rheinland-pfalz","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"19348\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"Innovationen f\u00fcr die Umwelt - Mikroreaktionstechnik in der chemischen Industrie\nInnovationen f\u00fcr die Umwelt - Miniaturreaktoren senken Verbrauch von L\u00f6sungsmitteln","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-19348.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"501.532,00","dbu_projektdatenbank_firma":"CPC - Cellular Process Chemistry Systems GmbH","dbu_projektdatenbank_strasse":"Heiligkreuzweg 90","dbu_projektdatenbank_plz_str":"55130","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Mainz","dbu_projektdatenbank_p_von":"2002-08-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2005-07-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"2 Jahre und 12 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"06131\/90614-0","dbu_projektdatenbank_inet":"www.cpc-net.com","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Rheinland-Pfalz","dbu_projektdatenbank_foerderber":"69","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/22714","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/22714\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":35717,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/22714\/revisions\/35717"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=22714"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=22714"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=22714"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}