Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT)

Multiphasenprozesse

Im Rahmen der Helmholtz-Programmforschung, Bereich  Energieeffizienz, Materialien und Ressourcen (EMR) werden Multiphasenprozesse untersucht. Im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik sind Prozesse mit mehreren Phasen nebeneinander weit verbreitet. Diese sind in Umsatz und Selektivität häufig durch Stofftransportprozesse limitiert. Die Herausforderung besteht häufig darin, die Reaktionspartner und gegebenenfalls die Katalysatoren miteinander in Kontakt zu bringen und dabei das Reaktorvolumen möglichst gut auszunutzen.

Eine Methode zur Intensivierung des Stofftransports ist die Erzeugung sehr dünner Filme oder Fluidfäden. Dies kann zum Beispiel mittels mikrostrukturierter Apparate mit verteilter Gaszuführung oder Mikromischern erreicht werden. Eine gut optimierte Einspeisung der fluidischen Phasen gehört zu den Voraussetzungen für den Erfolg.

Da in den Mikromischern oder Mikroreaktoren die Verweilzeit oft sehr klein ist, werden auch spezielle Techniken für die Verfolgung der Reaktionen benötigt. Am IMVT wurde dazu die Laser-Raman-Spektroskopie herangezogen und optimiert, die es erlaubt in-situ Konzentrationen von Stoffen zu messen, z. B. zwischen zwei Gasblasen im Taylor-Flow (Foto).

Folgende Gas-Flüssig-Reaktionen wurden bisher im IMVT untersucht und charakterisiert:

  • Hydrierung von Nitrobenzol zu Anilin
  • Oxidation von Toluol mit Luft
    • Bei diesem Prozess kommt es neben der intensiven Kontaktierung der Phasen auf eine gute Verweilzeitkontrolle an, um Folgeoxidationen zu vermeiden. Die Verweilzeitkontrolle ist auch eine Stärke von mikrostrukturierten Apparaten.
  • Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff
  • Emulsionsbildung
    • Sie wird als Kontaktierungsmethode für Flüssig-Flüssig-Systeme untersucht. Zur Charakterisierung von Emulsionen werden rheologische Methoden, sowie Partikelgrößenbestimmung mit statischer und dynamischer Lichtstreuung durchgeführt, siehe flex3.