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Temperiergeräte Optimale Lösung zur Temperierung von Reaktoren

| Autor / Redakteur: Thomas Pohl* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Bei welcher Temperatur ist die Ausbeute einer chemischen Synthese am höchsten und wie lässt sich diese am besten einstellen? Moderne Temperiergeräte bieten auf solche Fragestellungen die richtigen Lösungen.

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Abb. 1: Die Temperierlösung muss auf den jeweiligen Reaktor abgestimmt sein.
Abb. 1: Die Temperierlösung muss auf den jeweiligen Reaktor abgestimmt sein.
(Bild: Julabo)

[Möchten Sie direkt zum Whitepaper, klicken Sie hier. Für weitere Informationen zum Thema lesen Sie einfach weiter:] Reaktortemperierungen in Pharma- und Chemielaboren sowie in Industrie- und Versuchsanlagen erfordern den Einsatz hochdynamischer Temperiersysteme. Bei der Überwachung von Reaktoren müssen endo- und exotherme Reaktionen im Inneren von Reaktoren extrem schnell und sicher kompensiert werden. Hier kommt es daher besonders auf die richtige Auswahl des passenden Temperiersystems unter Berücksichtigung verschiedener Bedingungen und Einflussfaktoren an.

Reaktortemperierung

In der Praxis kommen Reaktoren aus Glas oder Stahl zum Einsatz. Stahlreaktoren sind robuster und damit auch stärker belastbar. Dagegen bieten Glasreaktoren einen Blick auf die Vorgänge im Inneren des Reaktors. Glasreaktoren jedoch erfordern umfangreichere Sicherheitsmaßnahmen beim Betrieb. Grundsätzlich bestehen Reaktoren aus einem Innengefäß für die zu temperierende Substanz – auch als Temperiergut bezeichnet. Das Innengefäß ist von einem Mantel umschlossen, in dem sich eine Temperierflüssigkeit befindet. Das Temperiersystem ist über vorbereitete Anschlüsse mit dem Reaktormantel verbunden. Bei der Reaktortemperierung pumpt das Temperiersystem permanent die Temperierflüssigkeit durch den Mantel des Reaktors. Plötzliche Temperaturveränderungen im Reaktorinneren werden durch schnelles Aufheizen oder Abkühlen der Temperierflüssigkeit dynamisch ausgeglichen. Das Aufheizen oder die Abkühlung der Temperierflüssigkeit findet innerhalb des Temperiersystems statt.

Prozesssicherheit

Bei der hochdynamischen Temperierung von Reaktoren werden die Temperierergebnisse allein schon durch die Materialart und die Konstruktion des Reaktors erheblich beeinflusst. Eine Glaswand liefert selbstredend einen anderen Wärmeübergang als eine Stahlwand. Aber auch die Oberfläche und die Wandstärke haben enormen Einfluss auf die Erreichung einer hohen Genauigkeit beim Temperierprozess. Sehr wichtig ist, dass der Anwender immer für eine gute Durchmischung des Temperiergutes im Reaktor sorgt. Damit ist eine gute Homogenität gesichert, die wiederum einen optimalen Wärmeaustausch gewährleistet.

Durch Vorgaben in der Druckgeräterichtlinie 97/23/EG und der Hersteller von Reaktoren gibt es für jeden Reaktortyp maximal zulässige Druckwerte. Die gewählte Temperierlösung darf diese Grenzwerte während des Betriebes keinesfalls überschreiten. Vor der Inbetriebnahme einer Temperierlösung müssen am Temperiergerät je nach eingesetztem Reaktor die entsprechenden Grenzwerte eingegeben werden. Ein weiteres reaktorspezifisches Kriterium ist die maximal zulässige Temperaturdifferenz (Delta-T-Limit). Diese Differenz beschreibt das Maximum zwischen der Vorlauftemperatur und der Temperatur des Reaktorinhaltes. Auch hier sind Glasreaktoren wesentlich sensibler als Stahlreaktoren. Am Temperiergerät sollten daher Möglichkeiten gegeben sein, reaktorabhängige Grenzwerte für Delta-T-Limit pro Zeiteinheit eingeben zu können. In einem Temperiersystem selbst haben folgende drei Komponenten erheblichen Einfluss auf die Prozesssicherheit:

  • Wärmetauscher,
  • Pumpe und
  • Regelelektronik.

Die Temperierlösung muss die erforderlichen Kälte- und Heizleistungen liefern können. Kälte- und Heizleistung haben großen Einfluss auf die Geschwindigkeit, mit der bestimmte Temperaturwerte erreicht werden. Für die Ermittlung der benötigten Leistung sind die Masse des Temperierguts, erforderliche Temperaturunterschiede, gewünschte Abkühloder Aufheizzeiten sowie die spezifische Wärmekapazität des Temperiermediums zu berücksichtigen.

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