gesponsertThermostate Prozesstemperierung: Die richtige Temperatur von –125 bis +425 °C

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Peter Huber Kältemaschinenbau AG

Eine genaue Temperierung ist bei vielen chemischen Produktionsverfahren unverzichtbar. Mit Vorversuchen im Labor- oder Pilotmaßstab werden Prozesse entwickelt und optimiert. Die neuen Unistat-Prozessthermostate sind für solche Aufgaben bestens geeignet und jetzt auch mit CO₂-Kältemittel erhältlich.

Viele Arbeiten im Labor benötigen eine exakte Temperaturführung. Die Synthese-Ausbeute einer Substanz ist oft von der optimalen Temperatur während des Prozesses abhängig. Vergleicht man die am Markt erhältlichen Flüssigkeitstemperiergeräte, stellt man fest, dass es zwei Konzepte gibt. Neben offenen Badthermostaten gibt es geschlossene Temperiersysteme, auch Prozessthermostate genannt. Die letztgenannte Geräteklasse wurde vor mehr als 30 Jahren von Peter Huber mit dem „Unistat Tango“ ins Leben gerufen. Das damals völlig neue Konzept brachte einen großen technologischen Fortschritt beim Temperieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bad- und Umwälzthermostaten arbeitete der „Unistat Tango“ erstmals mit einem geschlossenen Temperierkreislauf. Unistate sind sozusagen Umwälzthermostate ohne Temperierbad. Für die thermisch bedingte Volumenänderung ersetzt ein Ausdehnungsgefäß das konventionelle Bad, dort findet die Volumenänderung statt. Durch dieses Prinzip verringern sich die zu temperierenden Massen und damit erhöhen sich die Temperaturänderungsgeschwindigkeiten. Unistate sind aufgrund dieser Eigenschaften prädestiniert für Temperieraufgaben in der Prozess- und Verfahrenstechnik wie Reaktoren, Autoklaven, Miniplant-/Pilotanlagen, Reaktionsblöcke oder Kalorimeter. Sie sind die optimale Lösung für anspruchsvolle Temperieraufgaben in der thermischen Verfahrenstechnik. Mit Kälteleistungen von 0,48 bis 130 kW sind die Unistate prädestiniert für ein professionelles Scale-up vom Forschungslabor bis zur Produktion.

Welche Möglichkeiten bieten sich im Labor und Kilolabor?

Im Labor bieten sich z. B. in einer ersten Stufe Synthesen im Bereich von 2 ml bis etwa 30 ml an. Hierbei macht es durchaus Sinn, wenn möglichst mehrere Reaktionen in einem Experiment parallel bearbeitet werden können. Wenn dann noch die einzelnen Versuchsansätze separat ansteuerbar und temperierbar sind, bietet sich eine sehr hohe Flexibilität.

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Durch die Verfügbarkeit von Rückflusskühlern und Inertisierungseinheiten, miniaturisierten Ports und Fittings in laborüblichen Gewindeformaten sowie durch integrierte Sensorik (z. B. Messung von Trübung und Liquidtemperatur), lassen sich im Labormaßstab schnell reproduzierbare Tests durchführen, die auch in größere Ansätze im Technikum und in der Produktion übertragbar sind. Eine lückenlose Dokumentation bietet weiterhin die Vergleichbarkeit der einzelnen Synthesen.

Bei Synthesen ab 100 ml bis 10 Liter werden i. d. R. Geräte und Komponenten benötigt, die höhere Leistungen (z. B. Kühlleistungen und Heizleistungen) bereitstellen und transportieren können. Temperiergeräte müssen die entsprechenden Kühl- und Heizleistungen haben und ausreichend Pumpenleistung (hoher Förderstrom) gewährleisten. Hierbei gilt es darauf zu achten, dass die Geräteleistungen im Labor oder Technikum in den Produktionsprozess übertragen werden können. Das bedeutet, dass sowohl Heiz- bzw. Kälteleistung als auch die Pumpenleistung der im Produktionsprozess zur Verfügung stehenden Anlagen in die Versuchsplanung mit einbezogen werden.

Als klassisches Beispiel sei erwähnt, dass z. B. bei einer späteren Produktionsanlage die Temperaturdifferenz von Manteltemperatur zur Prozesstemperatur im Bereich 1 bis 5 K liegt. Eine große Temperaturdifferenz, die im Labormaßstab einfach realisierbar wäre, bringt beim eigentlichen Prozess jedoch wenig, da in Produktionsanlagen z. B. große Heiz- und Kälteleistungen für große Produktionsmengen mit hohem Aufwand bereitgestellt werden müssen. Eine kleine Temperaturdifferenz dagegen sorgt für eine „schonende“ Temperierung des Produkts auch im Reaktorkern.

Unistat-Modelle mit neuem Schnittstellenkonzept und Kältemitteln

Die Entwickler bei Peter Huber Kältemaschinenbau haben die Temperiersysteme der Unistat-Reihe überarbeitet und um neueste Technologien erweitert. Das seit Jahrzehnten bewährte Konzept ist jetzt noch effizienter und nachhaltiger und bietet vier Jahre Garantie. Viele Modelle sind nun auch als „Green Line“-Variante mit CO₂-Kältemittel (R-744) erhältlich. Der Kältekreislauf bei diesen Geräten besitzt kein Ozonabbaupotenzial (engl. Ozone Depletion Potential, ODP = 0), hat ein vernachlässigbares Treibhauspotenzial (engl. Global Warming Potential, GWP = 1) und das Kältemittel ist nicht brennbar. Die „Green Line“-Modelle sind somit eine umweltverträgliche und zukunftssichere Alternative zu vergleichbaren Geräten mit synthetischen Kältemitteln. Das Huber-Produktsortiment deckt damit das gesamte Spek­trum vom Labor bis zur Produktion mit natürlichen Kältemitteln ab.

Eine weitere Neuerung bei den Unistaten ist das reduzierte interne Füllvolumen, wodurch in der Praxis signifikant kürzere Aufheiz- und Abkühlzeiten erreicht werden. Prozesse können somit effizienter und zeitsparender durchgeführt werden. Die Geräte sind jetzt mit einer hochmodernen, dichtungsfreien Umwälzpumpe mit Magnetkupplung ausgestattet, welche für eine optimale Wärmeübertragung zur Anwendung sorgt. Zudem wurden verbesserte Funktionen für Entlüftung und Entgasung integriert, welche jederzeit eine schnelle Inbetriebnahme und einen störungsfreien Betrieb gewährleisten.

Das Sicherheitskonzept und die Schnittstellenmodule wurden ebenfalls überarbeitet. Alle Sicherheitskreise entsprechen jetzt dem Performance Level C oder höher (DIN EN ISO 13849-1). Für eine bestmögliche Konnektivität ist serienmäßig ein Schnittstellenkonzept enthalten, welches die gängigsten digitalen Schnittstellen mitbringt und eine verbesserte Messgenauigkeit bei der Temperaturerfassung bietet. Die Anschlüsse können jederzeit über zusätzliche Module und Gateways erweitert werden – mittels optionalem „Com.G@te D/A“ auch mit analogen Schnittstellen.

Weitere Vorteile der hydraulisch dichten Unistate sind große Temperaturbereiche ohne Flüssigkeitswechsel und die Vermeidung von Öldämpfen und Oxidation, wodurch auch die Lebensdauer der Temperierflüssigkeit erheblich verlängert wird. Sie überzeugen zudem mit einem nachhaltigen Energiemanagement mit einem äußerst geringen Strom- und Wasserverbrauch und somit einer spürbaren Senkung der Betriebskosten. Das neue Gehäusedesign reduziert außerdem die Stellfläche, was zu einem geringeren Platzbedarf führt und die Integration in Labore oder Produktionsumgebungen erleichtert.

Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist die erweiterte Garantiedauer von vier Jahren – welche seit Jahresbeginn für alle Temperiergeräte von Huber gilt. Um die verlängerte Garantie zu erhalten, ist lediglich eine einmalige Registrierung der Geräteseriennummer innerhalb von drei Monaten ab dem ersten Auslieferungsdatum erforderlich.

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