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EKATO

Industrielle Photoreaktoren

Neue Synthesen durch gerührte Photoreaktoren, aus einer Hand

Chemische Reaktionen können ohne jegliche Katalysatoren durch UV-Licht ausgelöst werden. Der gerührte Photoreaktor von EKATO ist ideal für Mehrphasen-Reaktionen mit Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen.

Eine Großzahl von chemischen Reaktionen werden bei Temperaturen zwischen 100 und 250 °C durchgeführt, um eine schnelle Umsetzung und somit hohe Produktivität zu erzielen. Bei diesen Temperaturen beginnen jedoch bereits Zersetzungsprozesse mit entsprechenden Ausbeuteverlusten und unerwünschten Nebenprodukten.

Mit Hilfe von Katalysatoren lassen sich Reaktionen schon bei tieferen Temperaturen aktivieren, sind allerdings teuer in der Beschaffung und aufwendig in der Handhabung. Die Photochemie bietet eine elegante Alternative und ermöglicht neue Synthesen. Nicht Wärme oder Katalysatoren, sondern die Energie von Licht aktiviert die Reaktion, die dann bei Temperaturen weit unter 100 °C ablaufen kann und häufig sogar bei Raumtemperatur. Durch dieses Verfahren verringern sich Zersetzungs- oder Nebenprodukte auf ein Minimum bzw. entstehen überhaupt nicht. Licht statt Wärme, dieses Prinzip lässt sich auf eine Vielzahl von Synthesen anwenden wie beispielsweise Chlorierungen, Sulfonierungen, Sulfoxidationen oder Nitrosylierungen.

Prozess Produkt Branche Mehrphasen
Chlorierung Zwischenprodukte, Lösungsmittel, C-PVC, Gummis Spezialitäten, Polymere l-g, l-g-s
Bromierung Zwischenprodukte Spezialitäten l
Sulfoxidation Zwischenprodukte, Sulfonsäuren, Tenside Spezialitäten, Verbrauchsgüter, Polymere l-g
Sulfochlorierung Zwischenprodukte, Sulfonsäuren, Tenside Spezialitäten, Verbrauchsgüter, Polymere l-g
Nitrosylierung Zwischenprodukte, Nylon 6 und 12 Spezialitäten, Polymere l-g-s
Oxidation Zwischenprodukte, Tenside Spezialitäten, Aromastoffe, Pharma l, l-g, l-g-s
Isomerisierung Zwischenprodukte Spezialitäten, Pharma l
Zykloaddition, elektrozyklische reaktionen Zwischenprodukte Spezialitäten, Pharma l
Polymerisation Polymere Spezialitäten, Polymere l, l-g, l-g-s
Der gerührte Photoreaktor von EKATO ermöglicht Synthesen durch Lichtenergie und einer fortschrittlichen Rührtechnik welche für hohe Umwälzraten im Reaktor sorgt. Das Konzept dieses neuartigen Rührreaktors ist ideal für Mehrphasen-Reaktionen mit Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen. Es kombiniert hohe Produktivität und Flexibilität mit dem sicheren Betrieb der eingetauchten Lichtquellen. Reaktoren bis 50 m³ werden mit diesem bewährten Design realisiert und ein sicheres Scale-up, durch unsere Spezialisten, ermöglicht weitere Reaktorgrößen.
Photoreaktor
Die Lichtquellen sind ATEX-zertifizierte Quecksilberdampf- oder LED-Leuchten, die wir über unseren Kooperationspartner, der Firma Peschl Ultraviolet GmbH beziehen. Die Lichtquellen befinden sich in Schutzrohren aus Quarzglas, die durch Stutzen im Behälterdeckel eingeführt werden, wo sie mit der Stromversorgung und dem Kühlmittel verbunden werden. Diese UV-Tauchlampen haben eine Leistung von 5 – 60 kW. Deshalb ist eine Kühlung innerhalb des Glasrohres erforderlich, sonst können die empfindlichen Moleküle durch hohe Oberflächentemperaturen geschädigt werden. Industrielle Reaktoren werden mit 4 bis 20 solcher Glasrohre bestückt. Die Glasrohre mit ihren Lichtquellen sind im Rührkessel hydraulischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Eine besondere Herausforderung ist hierbei eine sichere Halterung der UV-Tauchlampen am Reaktor. Ein von EKATO entwickeltes und patentiertes Prinzip der Halterungen stellt sicher, dass in keinem Betriebszustand unzulässige Spannungen oder Vibrationen im Bauteil auftreten. Gefährliche Reaktionspartner werden auch im unwahrscheinlichen Fall eines Glasbruchs unmittelbar detektiert und gelangen nicht über die elektrischen Anschlüsse oder die Kühlung nach außen. Die Zuverlässigkeit dieser Konstruktionen wurde nicht nur durch Versuche im EKATO-Technikum untersucht, sondern auch in zahlreiche Betriebseinsätzen umfassend bestätigt.
Montage eines Photoreaktors
Das Licht dringt nur wenig in das Reaktionsgemisch ein. Die Rührtechnik ist individuell auf die Reaktionen abgestimmt und stellt durch die hohen Umwälzraten sicher, dass die Reaktanden optimal zu den Lichtquellen gefördert werden. Für Begasungsrektionen wie z.B. Chlorierungen kommt die EKATO Kombi-Begasung mit ihrer selbstansaugenden Turbine zum Einsatz. Gasförmige Reaktionspartner wie Cl2, O2 oder SO2 werden effizient dispergiert, um maximalen Stoffübergang für hohe Raum-Zeit-Ausbeuten zu erzielen. Die homogene Verteilung von Feststoffen wie z.B. Polymere und die Abfuhr der Reaktionswärme sind bei der Auslegung von Behälter und Rührwerk ebenfalls eine wichtige Herausforderung, welche durch den EKATO-Photoreaktor optimal gelöst wird. Beim Einsatz von gefährlichen Substanzen, z.B. Chlorgas, stehen auch Fragen zum Dichtungs- und Sicherheitskonzept ganz oben auf der Prioritätenliste. Dabei muss stets das große Ganze im Auge behalten werden. Die Abdichtung der Rührwelle zur Atmosphäre ist hierbei ein Schlüsselelement für die Betriebssicherheit. Doppelt, dreifach wirkende Gleitringdichtungen oder Magnetantriebe kommen hier zum Einsatz. EKATO Photoreaktoren können aus zahlreichen Werkstoffvarianten gefertigt werden. Gängige Werkstoffe sind z.B. emaillierter Stahl, Edelstähle, Ni-Basiswerkstoffe oder Titan.

Von der Beratung über das Engineering bis zur Fertigung und Montage: Wir bieten alle Leistungen rund um gerührte Photoreaktoren und Anlagentechnik für industrielle Prozesse. Als Komplettlieferant übernimmt EKATO die Gesamtverantwortung während aller Projektphasen. Spezielles Know-how und langjährige Erfahrungen bei der Auslegung und Lieferung gerührter Reaktoren machen uns zu einem kompetenten Partner – von der Idee bis zur Inbetriebnahme einer photochemischen Produktionsanlage.

Scale-Up
Die Übertragung photochemischer Prozesse aus dem Labor- in den Produktionsmaßstab erfordert fundiertes, interdisziplinäres Wissen und Erfahrung aus Chemie, Physik und den Ingenieurswissenschaften. EKATO bündelt das in den einzelnen Fachgebieten sehr breit gestreute Wissen und bietet eine umfassende und kompetente Beratung auf dem Gebiet gerührter Photoreaktoren an.
  • Photochemische Verfahrensberatung
  • Physikalische und Strömungstechnische Simulation und Berechnung
  • Durchführung optischer Messungen
  • Versuche im Labormaßstab und in Pilotreaktoren (5 Liter und 50 Liter-Maßstab)
  • Scale-up und verfahrenstechnische Reaktorauslegung
  • Reaktormodellierung durch modernste CAE-Methoden (CFD, FEM)
  • Reaktorengineering
  • Lieferung des Schlüsselfertigen Photoreaktors
  • Test und Inbetriebnahme

Unser Anspruch ist es, unsere Kunden als stabiler Entwicklungspartner und Systemintegrator auf dem Weg von der Idee bis zur photochemischen Produktionsanlage konsequent zu begleiten. Als Komplettanbieter übernehmen wir dabei die Gesamtverantwortung für die Auslegung und Lieferung des jeweils besten Reaktorsystems für jeden einzelnen Kundenprozess.

Alles spielt perfekt zusammen, um Reibungsverluste und Kosten zu reduzieren. Wir reduzieren die Schnittstellen unserer Kunden bei der Planung einer photochemischen Produktionsanlage auf einen Ansprechpartner.

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