Superschnelle Tests wecken das Interesse der Industrie
Institut für Chemie nimmt ein Multireaktorsystem in Betrieb, mit dem 16 Synthesen parallel und unabhängig voneinander durchgeführt werden können
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Während Dr. Enrico Dietzsch, Laborleiter an der Professur Technische Chemie der TU Chemnitz, das Reaktorfeld des neuen Multireaktorsystems für Synthesen in flüssiger Phase bestückt, kontrolliert die Chemiestudentin Claudia Liebold die Proben vorangegangener Synthesen. Foto: Mario Steinebach |
Schnelles und effizientes Arbeiten spielt nicht nur in der chemischen Industrie eine große Rolle. Auch in der Forschung und Lehre profitieren Wissenschaftler vom Zeit- und Kostengewinn durch parallelisierte und automatisierte Systeme. Ein Multireaktorsystem für Synthesen in flüssiger Phase, das viel effizienter als herkömmliche Systeme arbeitet, wurde an der Professur Technische Chemie der TU Chemnitz offiziell in Betrieb genommen. Synthesen in flüssiger Phase spielen eine große Rolle bei der Herstellung von chemischen Zusatzstoffen zum Beispiel in der Kosmetik oder in Lebensmitteln. Um die Reaktionsbedingungen zur Durchführung der Synthesen zu optimieren, müssen zahlreiche Versuche zur Eingrenzung von günstigen Parametern oder zum Identifizieren geeigneter Reaktionsbeschleuniger, so genannter Katalysatoren, durchgeführt werden. Das Multireaktorsystem von der Chemnitzer Firma amtec GmbH hat einen Gesamtwert von 369.000 Euro. Da die Anschaffungskosten dieser Geräte jedoch sehr hoch sind, werden die Forscher durch das Hochschulbauförderungsgesetz (HBFG) unterstützt.
Während in der Vergangenheit im Chemnitzer Chemielabor diese Versuche einzeln hintereinander abliefen, vereint nun das neue Multireaktorsystem die Prinzipien der Parallelisierung, der Automatisierung und zum Teil auch der Miniaturisierung. Der Multiparallelreaktor an der Chemnitzer Universität arbeitet mit 16 autonom und unabhängig voneinander laufenden Reaktionsbehältern. Bisherige derartige Geräte arbeiten meistens nur mit sechs dieser miniaturisierten Chemiebetriebe. Die parallel angeordneten Reaktoren sind bei einem Druck von bis zu 150 bar und Temperaturen bis 250 Grad Celsius individuell regelbar. Darüber hinaus können sie einzeln mit Gasen, Flüssigkeiten oder Katalysatorlösungen befüllt werden. "Eine integrierte automatisierte Probennahme unter Prozessbedingungen ermöglicht den Forschern außerdem, den Reaktionsverlauf ohne Störung des Gesamtprozesses zu verfolgen. Das ist ein Novum des Chemnitzer Großgerätes", erläutert Prof. Dr. Elias Klemm, Inhaber der Professur Technische Chemie. Die Einsparungen bei den Ressourcen bergen einen weiteren Vorteil: Die 16 Reaktoren sind für ein Volumen von nur 15 Milliliter ausgelegt, was den Chemikalienverbrauch sehr vermindert.
Der komplette Verlauf einer chemischen Umsetzung lässt sich jedoch aufgrund der geringen Einsatzstoffmenge nur ungenau untersuchen. Deshalb werden die im Multiparallelreaktor gewonnenen Ergebnisse in einer Einzelreaktorstation für detaillierte kinetische Untersuchungen weiter vertieft. Diese Station mit einem Volumen von 300 Milliliter besteht aus einem druckfesten Reaktionsbehälter, der ebenfalls über eine integrierte Probennahme unter Prozessbedingungen verfügt. Hier werden zuverlässige Kenndaten chemischer Reaktionen, wie Kinetik und Stofftransportbeeinflussung, ermittelt. "Diese werden zum Beispiel direkt für die Prozessoptimierung und nachfolgende Überführung eines technologischen Prozesses vom Labor- in den Produktionsmaßstab genutzt", sagt Dr. Enrico Dietzsch, Mitarbeiter der Professur Technische Chemie, der bei amtec zwei Jahre an der Entwicklung der Anlage mitgewirkt hat und nun wieder an die TU zurückgekehrt ist. Durch einen angeschlossenen Prozessrechner und mit Hilfe der Hochleistungs-Flüssigchromatographie kann außerdem die Zusammensetzung der Proben des Mehrphasenparallelreaktors und der Einzelreaktorstation untersucht werden.
"Das neue Multireaktorsystem verbessert nicht nur die Forschungsbedingungen unserer Professur enorm. Auch für die Wirtschaft werden wir so noch interessanter, können wir doch nun dringend benötigte experimentelle Ergebnisse viel schneller liefern", meint Prof. Klemm. Diesen Vorteil will nun auch die Chemiefirma EuropeanOxo in Oberhausen nutzen. Nach einem Besuch in Chemnitz waren deren Vertreter von dem neuen Großgerät derart begeistert, dass es zu einer Forschungskooperation zwischen ihr und der TU Chemnitz kommen wird. "Ausschlaggebend war, dass in diesem Unternehmen pro Woche etwa 180 Proben aus der Anfahrphase eines Prozesses untersucht werden, bei dem die Aktivität der Katalysatorlösung verfolgt werden muss", erläutert Prof. Klemm.
Weitere Informationen erteilen Prof. Dr. Elias Klemm, Professur Technische Chemie, Telefon (03 71) 5 31 - 21 270, E-Mail elias.klemm@chemie.tu-chemnitz.de und Dr. Enrico Dietzsch, Mitarbeiter an der Professur Technische Chemie, Telefon (03 71) 5 31 - 31 313, E-Mail enrico.dietzsch@chemie.tu-chemnitz.de
(Autorin: Antje Brabandt)
Mario Steinebach
09.01.2007
