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Temperiersysteme Temperaturführung in der chemischen Reaktionstechnik

Autor / Redakteur: Michael Sauer / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Chemische Reaktionen – egal ob im Forschungslabor oder der Produktion – müssen häufig bei streng geregelten Temperaturen ablaufen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Moderne Temperiersysteme ermöglichen die Temperierung von -120 bis +425 °C.

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Abb.1: Mit über 50 Serienmodellen eignet sich die Unistat-Serie zur Reaktortemperierung in Forschung, Technikum und Produktion. (Bild: Peter Huber Kältemaschinenbau)
Abb.1: Mit über 50 Serienmodellen eignet sich die Unistat-Serie zur Reaktortemperierung in Forschung, Technikum und Produktion. (Bild: Peter Huber Kältemaschinenbau)

Eine genaue Temperaturführung hat in der chemischen Reaktionstechnik meist maßgeblichen Einfluss auf die Produktionsleistung oder das Forschungsergebnis. Temperiersysteme der Unistat-Reihe sorgen in unzähligen Forschungslaboratorien, Pilotanlagen und Kilo-Labors für exakte Temperaturen und stabile Prozessbedingungen. Mit der neuen Unistat-Hybrid-Technologie bietet Huber Kältemaschinenbau jetzt auch Temperierlösungen für große Reaktoren in der Produktion.

Tieftemperaturreaktionen liegen im Trend

Bei Produktionsprozessen mit chemischen Reaktionsvorgängen steht eine hohe Selektivität zugunsten des Zielsubstrates in der Regel weit oben auf der Wunschliste. Da sich niedrige Temperaturen meist positiv auf die Selektivität auswirken, werden heute zunehmend Tieftemperaturreaktionen angestrebt. Gleichzeitig ist der Reaktionsverlauf bei tiefen Temperaturen aber meistens vergleichsweise langsam, was wiederum zu längeren Produktionszeiten führt. Für die Verfahrenstechniker gilt es deshalb, einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Ausbeute, Qualität und Produktivität zu finden. Unabhängig vom eingesetzten Reaktorsystem spielt die richtige Temperatur dabei eine entscheidende Rolle und entsprechend wichtig ist die Auswahl einer geeigneten Heiz- und Kühllösung.

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Fallstudien tragen zur optimalen Abstimmung bei

Die dynamischen Temperiersysteme der Unistat-Reihe gelten aufgrund ihrer thermodynamischen Eigenschaften als technologisch führend. Bereits 1988 wurden die ersten Modelle gezielt für Anwendungen in der Prozess- und Verfahrenstechnik entwickelt. In enger Zusammenarbeit mit Verfahrensingenieuren aus Chemie- und Pharmaunternehmen wurden die Geräte seitdem kontinuierlich weiterentwickelt und an die aktuellen Anforderungen angepasst. Und nicht zuletzt haben hunderte von Fallstudien, welche gemeinsam mit Reaktorsystem-Herstellern entstanden sind, zu einer perfekten Abstimmung beigetragen.

Unistate sind deshalb prädestiniert für die Temperierung von Chemie- und Bioreaktoren, Autoklaven, Miniplant und Pilotanlagen, Reaktionsblöcken, Kalorimetern und Destillationsanlagen. Bei diesen Anwendungen überzeugen die Geräte mit einer hervorragenden Thermodynamik selbst bei schwierigen oder stark schwankenden Anlagenbedingungen. In der Praxis bieten Unistate konkrete Vorteile für die Arbeit:

  • kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten,
  • große Temperaturbereiche ohne Flüssigkeitswechsel,
  • exakte Temperaturen sowie
  • eine hohe Stabilität und Reproduzierbarkeit im gesamten Temperierprozess sowie mehr Sicherheit für teure Glasreaktoren und die darin enthaltenen Substanzen.

Praxisorientierte Ausstattung ist jederzeit anpassbar

Neben den grundlegenden Leistungsdaten wie Kälte-, Heiz- und Pumpenleistung spielen in der Praxis oftmals die sekundären Eigenschaften eine entscheidende Rolle. So sind beispielsweise hohe Heiz- und Kälteleistungen wertlos, wenn die nur mäßige Förderleistung der Umwälzpumpe eine optimale Wärmeübertragung verhindert. Das Gesamtkonzept der Unistate berücksichtigt derartige Aspekte bis ins Detail und sorgt damit stets für einen verlässlichen Betrieb und präzise Ergebnisse. Huber-Temperiersysteme verfügen über zahlreiche Funktionen und Einstellmöglichkeiten, welche eine sehr feine Abstimmung auf die jeweilige Anwendung zulassen. Zu diesen Funktionen gehört die intelligente TAC-Temperaturreglung, welche die Regelstrecke kontinuierlich analysiert und die Regelparameter automatisch anpasst. Der Regler sorgt somit stets für beste Ergebnisse mit minimalem Aufwand für den Anwender. Ein weiteres Ausstattungsdetail, das die Arbeit mit Unistaten komfortabel und flexibel macht, ist das farbige Touchscreen-Display. Die Anzeige kann individuell konfiguriert werden und stellt alle wichtigen Parameter wie Soll-, Ist- und Grenzwerte übersichtlich dar. Unterstützt werden derzeit sechs Sprachen, Temperaturverläufe können grafisch als Kurven angezeigt werden und die Einheit ist von Celsius auf Fahrenheit umschaltbar.

Zahlreiche Datenschnittstellen ermöglichen eine einfache Fernsteuerung der Geräte bzw. die Integration in Anlagen oder Prozessleitsysteme. Serienmäßig sind eine RS232/RS485-Schnittstelle sowie verschiedene analoge Schnittstellen verfügbar. Das optionale Web.G@te-Modul stellt zusätzliche Anschlüsse für Ethernet und USB bereit und ermöglicht damit den Datenaustausch über Firmennetzwerke oder das Internet bzw. das Speichern von Messdaten und Profilen auf USB-Sticks.

Kälteleistung auf kleinstem Raum

Hohe Leistungsdaten, ausgefeilte Sicherheitseinrichtungen und eine umfangreiche Ausstattungsliste – was zunächst nach „großen Kisten“ klingt, zeigt sich in der Realität als kompakte Geräte mit äußerst geringem Platzbedarf. Die Volumenkälteleistung (Watt/dm3) nach DIN 12876 belegt den äußerst geringen Raumbedarf der Unistate. Gleichzeitig sorgt eine hohe Kälteleistungsdichte (Watt/Liter) für Temperiergeschwindigkeiten von mehreren hundert Kelvin pro Stunde. Mit den Unistat-Serienmodellen können Forschungs- und Produktionsreaktoren bis ca. 1000 l temperiert werden – je nach Anwendung oftmals auch mehr.

Temperieren von Reaktoren für Produktionsmengen

Darüber hinaus erweitert die neue Unistat-Hybrid-Technologie die Anwendungsmöglichkeiten von Huber-Systemen auch auf sehr großvolumige Reaktionsgefäße. Realisierbar ist eine Temperierung von Reaktoren mit Füllvolumen von 10 000 l und mehr. Unistat-Hybrid kombiniert dazu die Regelgenauigkeit der Unistate mit der Power von zusätzlichen Energiequellen wie Dampf, Kühlwasser oder flüssigem Stickstoff. Unistat-Hybrid nutzt also die bereits vorhandenen Ressourcen eines Produktionsgebäudes und sorgt so für eine optimale Prozesskontrolle. Durch die hybride Anbindung eines Unistaten lassen sich vorhandene Heiz- und Kühleinrichtungen kostengünstig modernisieren und optimieren. Dabei übernimmt das Unistat-System die gesamte Temperaturregelung und steuert das Zusammenspiel der einzelnen Energiequellen.

In der Praxis bedeutet das z.B. ein schnelles Aufheizen von großvolumigen Reaktoren mit heißem Wasserdampf bzw. ein rasches Abkühlen mit flüssigem Stickstoff oder Kühlwasser. Der Unistat sorgt dabei für eine exakt dosierte Energiezufuhr und übernimmt anschließend die präzise Feinregelung. Die Vorteile dieser Technik sind eine hohe Regelgenauigkeit, erweiterte Temperaturbereiche, mehr Heiz- und Kühlleistung und eine zuverlässige Kompensation von thermischen Reaktionen. Mit der Integration eines Unistat-Hybrid-Systems werden die Prozessbedingungen einer Anlage in vielen Fällen verbessert und dadurch die Produktionsleistung gesteigert.

Professionelles Scale-up möglich

Mit der Unistat-Produktreihe bietet Huber Temperierlösungen für praktisch alle Anwendungen in der chemischen Reaktionstechnik. Zur Auswahl stehen über 50 Serienmodelle mit Kälteleistungen von 0,7 bis 150 kW und für Temperaturen von -120 bis +425 °C. Daneben ergänzt ein umfangreiches Zubehörsortiment mit Sensoren, Temperierflüssigkeiten, Schlauchverbindungen, Ex-Schutz-Anlagen sowie Wartungsverträgen und Zertifikaten das Angebot.

Mit Unistat-Hybrid werden die zur Verfügung stehenden Leistungen nochmals erhöht und damit die Einsatzgebiete der Unistate auf Produktionsmaßstäbe erweitert. Unistate ermöglichen somit ein Scale-Up vom Labor, über Technikumsanlagen bis zu Produktionsmengen – und das mit gleichbleibenden Bedingungen und durchgängiger Bedienung.

* M. Sauer: Peter Huber Kältemaschinenbau, 77656 Offenburg

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