Parallelisierung reaktiver Pfropfenströmungen in Mikrokanälen

Eine sich zunehmend etablierende Strategie der Prozessintensivierung, sowohl für die Synthese von chemischen Produkten als auch für die Aufarbeitungsschritte, stellt die Miniaturisierung von verfahrenstechnischen Apparaten dar. Durch die massive Reduzierung der Apparateabmessungen erhöhen sich die spezifischen Flächen und hierdurch werden Wärmetransport-, Stofftransport- und Mischvorgänge intensiviert. Zur Erschließung industrieller Produktionsmaßstäbe kann eine Skalierung durch Maßstabsänderung bzw. das klassische Scale-up nicht zur Anwendung kommen, da die abmessungsbedingten Vorteile verloren gingen. In der Mikroverfahrenstechnik ist die Strategie der Durchsatzsteigerung eine Vervielfältigung des Einzelsystems. Während das Numbering-up von einphasigen Systemen Stand der Technik ist, ist die Parallelisierung von mehrphasigen Reaktionssystemen eine große Herausforderung.

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Konzeptes zur Kapazitätssteigerung von reaktiven mehrphasigen Pfropfenströmungen in Mikrokanalreaktoren. In einer Modellierung und Analyse des Druckverlustverhaltens von mehrphasigen reaktiven Systemen werden multiple Betriebszustände aufgezeigt, die aus der Wechselwirkung zwischen Reaktion und der besonderen Fluiddynamik resultieren. Diese Analyse argumentiert somit für ein aktives Mess- und Regelkonzept für jeden einzelnen Kanal innerhalb einer Parallelisierungsstruktur.

Die in dieser Arbeit entwickelte, nicht-invasive Mess- und Aktortechnik zur Detektion und Einstellung der mehrphasigen Pfropfenströmungsparameter ermöglicht eine vollständige Prozesskontrolle.

Die Skalierung dieses Konzeptes, durch Parallelisierung, stellt eine wirtschaftliche Durchsatzsteigerung in industrielle Maßstäbe in Aussicht und ist somit ein fundamentaler Beitrag zur Etablierung der Mikroverfahrenstechnik als Mittel zur Intensivierung von chemischen und biochemischen Prozessen.