DE10253519A1 - Process for determining optimal reaction paths and process conditions for the synthesis of chemical compounds in microreaction systems and for carrying out the synthesis - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren und ein Datenbanksystem zur Ermittlung optimaler Reaktionswege und Prozessbedingungen für die Synthese chemischer Verbindungen sowie für die Durchführung dieser Synthese beschrieben, welche in Mikroreaktionssystemen durchgeführt wird, wobei
· das gewünschte Endprodukt definiert wird;
· eine erste elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Ermittlung möglicher Ausgangsstoffe und Reaktionswege zur Synthese des Endproduktes eingesetzt wird;
· gegebenenfalls eine zweite elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Ermittlung der Stoffeigenschaften der Ausgangsstoffe, Zwischenprodukte, etwa entstehender Neben- und Folgeprodukte, des Endproduktes sowie der eingesetzten Hilfsstoffe eingesetzt wird;
· eine dritte elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Auswahl und Eingrenzung der Reaktionsbedingungen, die für Synthesen in Mikroreaktionsanlagen geeignet sind, benutzt wird;
· gegebenenfalls eine vierte elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Selektion einer besonders einfachen, zuverlässigen oder aus anderen Gründen für mikrotechnische Reaktionen besonders vorteilhaften Verfahrensvariante verwendet wird;
· gegebenenfalls noch eine fünfte Datenbank zur Bewertung der Reaktionswege nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten;
· eine sechste Datenbank zum Aufbau der Mikroreaktionsanlage gemäß dem selektierten Reaktionsweg unter Verwendung der für die einzelnen Reaktionsschritte erprobten Anordnungen eingesetzt wird und dann
...A method and a database system for determining optimal reaction paths and process conditions for the synthesis of chemical compounds and for carrying out this synthesis are described, which is carried out in microreaction systems, wherein
· The desired end product is defined;
· A first electronic database or database group is used to determine possible starting materials and reaction routes for the synthesis of the end product;
· If necessary, a second electronic database or database group is used to determine the substance properties of the starting materials, intermediate products, such as by-products and secondary products, the end product and the auxiliary substances used;
· A third electronic database or database group is used to select and limit the reaction conditions that are suitable for syntheses in microreaction plants;
· If necessary, a fourth electronic database or database group is used to select a particularly simple, reliable or, for other reasons, particularly advantageous for micro-technical reactions;
· If necessary, a fifth database for evaluating the reaction pathways from an economic point of view;
· A sixth database is used to set up the microreaction system in accordance with the selected reaction path using the arrangements tested for the individual reaction steps and then
...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung optimaler Reaktionswege und Prozessbedingungen zur Synthese chemischer Verbindungen in Mikroreaktionssystemen und zur Durchführung der Synthese. Dabei erfolgt die Ermittlung der Synthesewege und Synthesebedingungen mit Hilfe von Datenbanken oder Datenbanksätzen, die einerseits nach technischen und andererseits nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimale Synthesevorschläge erarbeiten, die dann einer praktischen Evaluierung in einer Mikroreaktionsanlage unterworfen werden.The present invention relates to a process for determining optimal reaction paths and process conditions for the synthesis of chemical compounds in microreaction systems and to carry out of synthesis. The synthesis routes and are determined Synthesis conditions using databases or database records, on the one hand from a technical and on the other hand from an economic point of view optimal synthesis suggestions elaborate, which is then a practical evaluation in a microreaction plant be subjected.
Dem modernen Chemiker steht heute eine Vielzahl von Software zur Verfügung. Sie umfassen Programme zur Vorhersage der Aktivität chemischer Strukturen, Programme zur Bestellung kommerziell verfügbarer Reagenzien und Datenbanken, die große Mengen von chemischen Informationen einschließlich von Verknüpfungen zu chemischen Nachschlagewerken umfassen. Diese Programme nutzen die Vorteile der modernen, elektronischen Infrastrukturen und bieten neue Möglichkeiten, bisher unlösbare Probleme zu bearbeiten.The modern chemist stands today a variety of software available. They include programs to predict activity chemical structures, programs for ordering commercially available reagents and databases that big Amount of chemical information including links to include chemical reference works. These programs use the Advantages of modern, electronic infrastructures and offer New opportunities, previously unsolvable Problems to work on.
Überlegungen, die Möglichkeiten von Software gestützten Datenbanken für die Entwicklung chemischer Reaktionen nutzbar zu machen, haben auch schon Niederschlag in einigen Patentanmeldungen gefunden.considerations the possibilities supported by software Databases for also have to make the development of chemical reactions usable has already been reflected in some patent applications.
So beschreibt die internationale Patentanmeldung WO 01/75625 Programme für chemische Datenbanken, mit denen die umfangreichen Kenntnisse der organischen Chemie gespeichert, aufgefunden und genutzt werden können. Die Programme sollen die Voraussagbarkeit individueller chemischer Reaktionen und die Auswahl eines geeigneten Syntheseweges aus einer Gruppe möglicher Reaktionen erleichtern.This is how the international describes Patent application WO 01/75625 programs for chemical databases, with who saved the extensive knowledge of organic chemistry, can be found and used. The programs are designed to predict individual chemical reactions and the selection of a suitable synthetic route from a group potential Ease reactions.
Außerdem beschreibt die internationale Patentanmeldung WO 02/065340 Systeme, Verfahren und Computerprogramme zur Bestimmung der Parameter chemischer Reaktionen und zur Auswahl geeigneter Reagenzien und Geräte, die zur Herstellung einer bestimmten Zielverbindung vorteilhaft eingesetzt werden. Gleichzeitig können dann auch noch die erforderlichen Reagenzien und Gerätschaften elektronisch von einem Lieferanten bestellt werden.It also describes the international Patent application WO 02/065340 Systems, methods and computer programs for determining the parameters of chemical reactions and for selection suitable reagents and devices, which is advantageous for establishing a specific target connection be used. At the same time, you can also do the necessary Reagents and equipment electronically to be ordered from a supplier.
Die in der Chemie zur Zeit am meisten benutzten Datenbanken ersetzen die bisher verwendeten Nachschlagewerke wie den Beilstein, Chemical Abstracs und andere. Solche Datenbanken sind im Grunde nichts anderes als elektronische Aufbereitungen traditioneller Nachschlagewerke, deren digitalisiertes Inhaltsverzeichnis einen schnellen Zugriff auf eine bestimmte Literaturstelle erlaubt. Derartige Datenbanken sind zur Erleichterung der Forschung in der modernen Chemie noch keineswegs optimiert.The most in chemistry at the moment The databases used replace the previously used reference works like the Beilstein, Chemical Abstracs and others. Such databases are basically nothing more than traditional electronic processing Reference works whose digitized table of contents is one allows quick access to a specific reference. such Databases are used to facilitate research in the modern Chemistry in no way optimized.
Die derzeit zur Verfügung stehende chemische Software ist zum Beispiel wenig hilfreich, wenn die Anwendungsbreite einer chemischen Reaktion ermittelt werden soll. Sie gibt oft auch keine Auskunft, ob die in einem chemischen Laboratorium zur Verfügung stehenden Gerätschaften für eine bestimmte chemische Reaktion geeignet sind. Ein gutes Beispiel hierfür ist die kombinatorische Chemie, wo die eingesetzten Apparaturen häufig nicht für unterschiedliche chemische Reaktionen eingesetzt werden können, sondern so gestaltet sind, dass viele chemische Synthesen gleichzeitig und in sehr kleinem Umfang durchgeführt werden müssen. Deshalb sind die hierfür eingesetzten Apparaturen häufig recht kompliziert. Das macht es schwierig, variable Heiz- und Kühlbedingungen, inerte Atmosphären, die Zuführung hoch reaktiver Reagenzien usw. sicher zu stellen. Ähnliche Probleme ergeben sich bei der Durchführung chemischer Reaktionen mit den Mitteln der modernen Mikroreaktionstechnik.The currently available Chemical software, for example, is not very helpful when it comes to application a chemical reaction is to be determined. She often gives too no information as to whether they are available in a chemical laboratory equipment for one certain chemical reactions are suitable. A good example of this is combinatorial chemistry where the equipment used is often not for different chemical reactions can be used, but designed so are that many chemical syntheses simultaneously and in a very small size Scope performed Need to become. That is why they are for this used equipment quite often complicated. That makes it difficult to have variable heating and cooling conditions, inert atmospheres, the feeder to ensure highly reactive reagents etc. Similar Problems arise when carrying out chemical reactions with the means of modern microreaction technology.
Zur Ermittlung der besonderen und optimalen Verfahrensbedingungen in Mikroreaktionsanlagen sind die Möglichkeiten moderner elektronischer Datenbanken bisher noch nicht genutzt worden. Mikroreaktionssysteme, insbesondere modular aufgebaute Mikroreaktionssysteme sind aus verschiedenen Veröffentlichun gen bekannt. So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift 199 17 330 ein Mikroreaktionssystem mit einer Anzahl von Mikroreaktormodulen gleicher oder unterschiedlicher Art, mit dem einzelne chemische Verfahrensschritte oder komplette chemische Reaktionen durchgeführt werden können.To identify the special and optimal process conditions in microreaction plants are the possibilities modern electronic databases have not yet been used. Microreaction systems, in particular modular microreaction systems are from different publications known. This is how the German laid-open specification 199 17 330 describes it a microreaction system with a number of microreactor modules same or different type with which individual chemical Process steps or complete chemical reactions are carried out can.
Aus der deutschen Patentschrift 199 17 398 ist ebenfalls ein modulares Mikrosystem zur Durchführung chemischer Prozesse bekannt, welches über eine zentrale Steuereinheit verfügt und bei dem innerhalb des Mikroreaktionssystems die Module über Schnittstellen mit einer Steuereinheit verbunden sind.From German patent specification 199 17 398 is also a modular microsystem for performing chemical Processes known, which over a central control unit and the modules within the microreaction system via interfaces are connected to a control unit.
In dem deutschen Gebrauchsmuster 202 01 753.2 ist ein Mikroreaktionssystem beschrieben, das aus einem Trägersystem und miteinander durch Stoffaustauschkanäle verbundenen Mikroreaktormodulen besteht.In the German utility model 202 01 753.2 describes a microreaction system consisting of a carrier system and microreactor modules connected to one another by mass transfer channels consists.
Mit den erwähnten Mikroreaktionssystemen ist zwar eine Synthese von chemischen Verbindungen durchführbar, aber die Ermittlung geeigneter Reaktionswege und eine Verfahrensoptimierung, um schnell und wirtschaftlich zur Produktion zu gelangen, ist bisher noch nicht gelungen, da die Möglichkeiten der Informationstechnologie nicht genutzt werden. Vor der Produktion von chemischen Verbindungen in diesen Systemen muss deshalb separat ein Reaktionsfindungs- und Verfahrensoptimierungsprozess stattfinden. Dies ist mit hohen Kosten und hohem Zeitaufwand verbunden.With the microreaction systems mentioned a synthesis of chemical compounds is feasible, however the determination of suitable reaction paths and a process optimization, To get to production quickly and economically is so far not yet succeeded because of the possibilities of information technology are not used. Before production chemical compounds in these systems must therefore be separated a reaction finding and process optimization process take place. This is associated with high costs and a lot of time.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem chemische Verbindungen zielgerichtet nach streng wirtschaftlichen Gesichtspunkten, d.h. schnell und kostengünstig in Mikroreaktionssystemen synthetisiert werden können. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den optimalen Reaktionsweg zu ermitteln und die Prozessoptimierung innerhalb dieses Verfahrens zu ermöglichen.The object of the invention is therefore to develop a method with which chemical compounds can be synthesized in a targeted manner according to strictly economic aspects, ie quickly and inexpensively in microreaction systems. Another task is to determine the optimal reaction path and to enable process optimization within this process.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung optimaler Reaktionswege und Prozessbedingungen für die Synthese chemischer Verbindungen sowie zur Durchführung dieser Synthese gelöst, welche in Mikroreaktionssystemen durchgeführt wird, wobei
- – das gewünschte Endprodukt definiert wird;
- – eine erste elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Ermittlung möglicher Ausgangsstoffe und Reaktionswege zur Synthese des Endproduktes eingesetzt wird;
- – gegebenenfalls eine zweite elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Ermittlung der Stoffeigenschaften der Ausgangsstoffe, Zwischenprodukte, etwa entstehender Neben- und Folgeprodukte, des Endproduktes sowie der eingesetzten Hilfsstoffe eingesetzt wird;
- – eine dritte elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Auswahl und Eingrenzung der Reaktionsbedingungen, die für Synthesen in Mikroreaktionsanlagen geeignet sind, benutzt wird;
- – gegebenenfalls eine vierte elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe zur Selektion einer besonders einfachen, zuverlässigen oder aus anderen Gründen für Reaktionen in Mikroreaktionssystemen besonders vorteilhaften Verfahrensvariante verwendet wird;
- – gegebenenfalls noch eine fünfte Datenbank zur Bewertung der Reaktionswege nach wirtschaftlichen Gesichtpunkten;
- – eine sechste Datenbank oder Datenbankgruppe zum Aufbau der Mikroreaktionsanlage gemäß dem selektierten Reaktionsweg unter Verwendung der für die einzelnen Reaktionsschritte erprobten Anordnungen eingesetzt wird;
- – eine technische Umsetzung einer oder mehrerer Aufbauten von Mikroreaktionsanlagen, die von der Datenbank 6 erzeugt wurden, zur technischen Evaluierung der Konzepte für die Produktsynthese stattfindet.
- – eine Ermittlung der optimalen Betriebsbedingungen nach einer Zielgröße durch Variation der Versuchsparameter innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite erfolgt.
- - the desired end product is defined;
- - A first electronic database or database group is used to determine possible starting materials and reaction routes for the synthesis of the end product;
- - If necessary, a second electronic database or database group is used to determine the substance properties of the starting materials, intermediate products, such as by-products and secondary products, the end product and the auxiliary substances used;
- - a third electronic database or database group is used to select and limit the reaction conditions suitable for syntheses in microreaction plants;
- - if necessary, a fourth electronic database or database group is used to select a particularly simple, reliable or, for other reasons, particularly advantageous for reactions in microreaction systems;
- - if necessary, a fifth database for evaluating the reaction pathways from an economic point of view;
- A sixth database or database group is used to set up the microreaction system according to the selected reaction path using the arrangements tested for the individual reaction steps;
- - A technical implementation of one or more structures of microreaction plants, which were generated by the database 6, for the technical evaluation of the concepts for the product synthesis takes place.
- - The optimum operating conditions are determined based on a target variable by varying the test parameters within a predetermined range.
Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im allgemeinen darin, dass von einem Kunden, z.B. einem Spezialchemikalienhersteller, die Synthese einer bestimmten Verbindung in Auftrag gegeben wird, die für einen besonderen Einsatzzweck benötigt wird oder mit der eine attraktive Wertschöpfung erzielt werden kann.The first step of the method according to the invention generally consists of a customer, e.g. one Specialty chemical manufacturers, the synthesis of a specific compound is commissioned for a special purpose is needed or with one attractive added value can be achieved.
Im zweiten Schritt erfolgt die Nutzung einer ersten elektronischen Datenbank oder Datenbankgruppe (der Reaktionsdatenbank) zur Ermittlung möglicher Ausgangsstoffe und möglicher Reaktionswege zur Synthese des gewünschten Endproduktes.The second step is to use it a first electronic database or database group (the Reaction database) to determine possible starting materials and potential Reaction pathways for the synthesis of the desired end product.
Mit dieser Datenbank werden im wesentlichen die Reaktionsabläufe in einer Form erfasst, die die chemische Umwandlung der Ausgangsstoffe und Zwischenprodukte auch in mehrstufigen Reaktionen in chemischen Formeln darstellt. Enthalten sind in dieser Datenbank die Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck, pH-Wert, Lösungsmittel) die Reaktionsenthalpien, Ausbeuten und Selektivitäten der einzelnen Reaktionsschritte sowie die Reaktionszeiten und weitere kinetische Daten.With this database, essentially the reaction processes recorded in a form that the chemical conversion of the raw materials and intermediates also in multi-step reactions in chemical Represents formulas. The reaction conditions are contained in this database (Temperature, pressure, pH, solvent) the enthalpies of reaction, yields and selectivities of the individual reaction steps as well as the reaction times and others kinetic data.
Im dritten Verfahrensschritt kann dann – sofern es erforderlich ist – in einer zweiten elektronischen Datenbank oder Datenbankgruppe (Stoffdatenbank) die Ermittlung der Stoffeigenschaften (z.B. die Phasen, Beständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, korrosive Eigenschaften, der pH-Wert) der Ausgangsstoffe, der Zwischenprodukte, Nebenprodukte, Folgeprodukte und Endprodukte sowie der Reaktionsgemische und Hilfsstoffe (z.B. der Lösungsmittel, Katalysatoren, Leit salze) beim Ablauf der Synthese auf den vorgeschlagenen Reaktionswegen erfolgen.In the third step of the process then - if it is required - in a second electronic database or database group (substance database) the determination of the material properties (e.g. the phases, resistance, electrical conductivity, corrosive Properties, the pH value) of the starting materials, the intermediate products, By-products, secondary products and end products as well as the reaction mixtures and auxiliary substances (e.g. solvents, catalysts, Lead salts) in the course of the synthesis on the proposed reaction pathways respectively.
Aus dieser Datenbank wird also entnommen, unter welchen Randbedingungen die mit der ersten Datenbank ermittelten Reaktionen durchgeführt werden, also ob es sich z.B. um eine einphasige oder mehrphasige Reaktion handelt, ob einzelne Substanzen als Feststoffe oder in flüssiger Form vorliegen, mit welchem Dampfdruck zu rechnen ist und welche Anforderungen an die Reaktormaterialien gestellt werden.So it is taken from this database, under which boundary conditions the determined with the first database Reactions carried out whether it is e.g. a single-phase or multi-phase Reaction is whether individual substances as solids or in liquid Form, what vapor pressure is to be expected and what requirements be placed on the reactor materials.
In einem vierten Schritt wird eine dritte elektronische Datenbank oder Datenbankgruppe (Selektionsdatenbank) zur Auswahl und Eingrenzung der Reaktionsbedingungen, Verfahrensschritte und Stoffeigenschaften eingesetzt, die für Bedingungen, die bei Synthesen in Mikroreaktionsanlagen eingehalten werden müssen, geeignet sind.In a fourth step, a third electronic database or database group (selection database) to select and limit the reaction conditions, process steps and material properties used for conditions in syntheses must be observed in microreaction plants.
In dieser Datenbank werden die Stoffeigenschaften (z.B. der maximal auftretende Druck oder die maximale Temperatur) und die Reaktionsbedingungen (Druck, Temperatur) mit den Eigenschaften der Mikroreaktionselemente verglichen. Wenn z.B. eine Reaktion bei Temperaturen über 600°C abläuft, werden automatisch Mikroreaktoren mit Elementen aus Kunststoff oder Aluminium ausgeschlossen. In dieser Datenbank sind also die Materialien der Mikroreaktionselemente und deren Anwendbarkeit für bestimmte Substanzklassen (z.B. Säuren, Laugen) oder die maximal zulässigen Drucke und Temperaturen gespeichert. Bei dem durch Software unterstützten Selektionsvorgang werden also die Funktionselemente ausgeschlossen, die nicht mit den eingesetzten oder entstehenden Stoffen oder den entsprechenden Randbedingungen harmonieren. Diese Selektion wird für jeden möglichen Reaktionsweg separat vorgenommen und es wird gleichzeitig der Einsatzbereich bestimmter Mikroreaktionselemente für einen entsprechenden Bereich von Betriebsbedingungen angegeben.In this database the substance properties (e.g. the maximum pressure or the maximum temperature) and the reaction conditions (pressure, temperature) with the properties of the Microreaction elements compared. If e.g. a reaction takes place at temperatures above 600 ° C automatically microreactors with elements made of plastic or aluminum locked out. In this database the materials of the Microreaction elements and their applicability for certain substance classes (e.g. acids, Alkalis) or the maximum permissible Prints and temperatures saved. In the selection process supported by software So the functional elements that are not included are excluded the substances used or created or the corresponding ones Boundary conditions harmonize. This selection is for everyone potential Reaction path made separately and it becomes the area of application at the same time certain microreaction elements for a corresponding area specified by operating conditions.
Im fünften Verfahrensschritt kann dann die Nutzung einer vierten Datenbank oder Datenbankgruppe (Mikroreaktionsdatenbank) zur Bewertung und Selektion der Reaktionswege nach verfahrenstechnischen Gründen besonders vorteilhaft sein. Hier werden die Reaktionswege und Betriebsbedingungen ausgewählt, die nach verfahrenstechnischen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft sind und sich z.B. durch hohe Selektivitäten und Ausbeuten oder einen in Bezug auf die Mikroreaktionstechnik einfachen Aufbau oder eine zuverlässige Prozessregelung auszeichnen.In the fifth step, the Use of a fourth database or database group (microreaction database) for evaluating and selecting the reaction routes according to procedural reasons can be particularly advantageous. The reaction paths and operating conditions are selected here, which are particularly advantageous from a process engineering point of view and are distinguished, for example, by high selectivities and yields or by a simple structure in relation to microreaction technology or by reliable process control.
Im sechsten Verfahrensschritt kann dann eine fünfte Datenbank oder Datenbankgruppe (Wirtschaftlichkeitsdatenbank) zur Bewertung der Reaktionswege nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten eingesetzt werden, die nach der zunächst vorgenommenen technischen Selektion eine zweite Selektion unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ermöglicht.The sixth step can then a fifth Database or database group (profitability database) for Evaluation of the reaction pathways from an economic point of view are used after the first technical Selection a second selection from an economic point of view allows.
Diese Bewertung berücksichtigt einerseits die Kosten, z.B. für die Ausgangsstoffe und Hilfsstoffe, für den Energieaufwand, für mikroreaktionstechnische Bauelemente, die Anlagensteuerung und die Überwachung sowie etwa erforderliche Sicherheitsmaßnahmen. Dem steht der Wert des erzeugten Produktes gegenüber, der z.B. von dessen Reinheit und damit auch vom gewählten Reaktionsweg abhängen kann. Diese wirtschaftlichen Gesichtspunkte stehen im engen Zusammenhang mit den obengenannten technischen Gesichtspunkten, die z.B. die Ausbeuten und die Selektivitäten bestimmter Reaktionsabläufe betreffen und entsprechend bewertet und auf wirtschaftliche Gesichtspunkte abgebildet werden können.This rating takes into account on the one hand the costs, e.g. For the raw materials and auxiliary materials, for energy consumption, for microreaction technology Components, the system control and monitoring and any required Safety measures. This is offset by the value of the product produced, which e.g. of its purity and thus also from the chosen one Reaction path can depend. These economic aspects are closely related with the above technical aspects, e.g. the Yields and selectivities certain reaction processes concern and evaluated accordingly and on economic aspects can be mapped.
Schließlich wird für das erfindungsgemäße Verfahren im siebten Schritt auch noch eine sechste Datenbank oder Datenbankgruppe (Mikroplant-Datenbank) zum Aufbau der Mikroreaktionsanlagen entsprechend den selektierten Reaktionswegen unter Verwendung erprobter Anordnungen für einzelne Verfahrensschritte eingesetzt.Finally, for the method according to the invention in the seventh step also a sixth database or database group (Microplant database) for building the microreaction plants accordingly the selected reaction pathways using tried and tested arrangements for individual process steps used.
Hierbei werden Vorschläge erarbeitet, wie unter Nutzung bekannter Verfahrensschritte aus einzelnen Modulen Anlagen aufgebaut werden können, die den Anforderungen der nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten be werteten und noch verbliebenen Reaktionswegen genügen. Wie bei allen anderen Datenbanken wird der Inhalt dieser Datenbank mit zunehmender Erfahrung immer weiter anwachsen.Here suggestions are worked out as using known process steps from individual modules Plants that can be built the requirements of the technical and economic aspects evaluated and remaining reaction paths are sufficient. As in the content of this database increases with all other databases Experience continues to grow.
Anhand der damit durch den Einsatz von Datenanlagen gewonnenen Reaktionskenntnisse kann die technische Umsetzung des Verfahrens zur praktischen Evaluierung der Konzepte für die Produktionssynthese erfolgen. Dabei werden aus mikroreaktionstechnischen Bauelementen sowie den dazugehörigen Mess- und Regelungseinrichtungen entsprechende Mikroplants aufgebaut. Anschließend kann die Ermittlung der optimalen Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Zielgröße, z.B. der Ausbeute oder der Reinheit, durch Variation der Versuchsparameter innerhalb einer festgelegten Bandbreite erfolgen.Based on the use The technical knowledge gained from data systems can Implementation of the procedure for the practical evaluation of the concepts for the Production synthesis take place. Thereby, micro-reaction engineering Components and the associated Measuring and control devices appropriate microplants built. The determination of the optimal operating conditions depending on a given Target size, e.g. the yield or the purity, by varying the test parameters within a specified range.
Da nicht zu erwarten ist, dass die aus den Datenbanken ermittelten Informationen unmittelbar zu einem technisch oder wirtschaftlich optimalen Satz von Betriebsparametern für einen ausgewählten Reaktionsweg führen und überdies dieser Reaktionsweg ggf. noch modifiziert werden muss, ist eine experimentelle Prüfung bei komplexen Reaktionen, wie sie in der Spezialitätenchemie üblich ist, unerlässlich. Dies kann z.B. die Einstellung einer für die Ausbeute optimalen Verweilzeit, Temperatur oder die Vermeidung von Nebenprodukten sein. Bei diesen Optimierungsschritten werden zweckmäßigerweise Methoden der statistischen Versuchsplanung eingesetzt. Die Anlage kann dann unter technisch und wirtschaftlich optimalen Bedingungen zur Produktsynthese genutzt werden.Since it is not expected that the information determined directly from the databases on a technically or economically optimal set of operating parameters for one selected reaction path to lead and moreover this reaction path may need to be modified is one experimental testing in complex reactions, as is common in specialty chemicals, essential. This can e.g. the setting of an optimal residence time for the yield, Temperature or avoidance of by-products. With these Optimization steps are expediently methods of statistical Experimental planning used. The system can then under technical and economically optimal conditions for product synthesis become.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform gehört zu den einzelnen Datenbanken eine Software-Plattform, die diese Datenbanken miteinander verknüpft und an einen experimentellen Optimierungsprozess anbindet. Die Softwareplattform muss dann in der Lage sein, im Dialog mit dem Benutzer die Auswahl der Reaktionswege zu gestalten und die Bandbreite des experimentellen Programms festzulegen. Die Software greift damit auch in den Steuerungs- und Regelungsprozess bei der experimentellen Optimierung ein. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn mehrere oder alle vorstehend genannten Daten banken zu einer einzigen Gesamtanlage zusammengefasst sind. Die einzelnen Datenbanken sollten deshalb zu einem System von Datenbanken zusammengefasst werden können.In a particularly advantageous embodiment heard a software platform for the individual databases, this Databases linked together and connects to an experimental optimization process. The software platform must then be able to interact with the user choosing the To design reaction pathways and the range of experimental Program. The software therefore also intervenes in the control and regulation process in experimental optimization. It is particularly advantageous thereby, if several or all of the above-mentioned data banks are combined in a single overall system. The single ones Databases should therefore be combined into a system of databases can be.
Vorzugsweise werden für die erfindungsgemäß eingesetzten Datenbanken solche eingesetzt, die mit den während des Betriebs bei der Synthese anfallenden Informationen oder mit den aus wissenschaftlichen oder technischen Publikationen erhältlichen Informationen aufgefüllt werden und diese auch verwerten können.Are preferably used for the invention Databases such as those used during operation at the Synthesis or information from scientific or information available in technical publications and can also use them.
Die verschiedenen vorhandenen und auch verfügbaren Module einer Mikroreaktionsanlage einschließlich aller erforderlichen Spezifikationen sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren katalogisiert und in einer oder mehreren Datenbanken abgelegt. Sind neue oder veränderte Module für eine Mikroreaktionsanlage verfügbar, so wird die Datenbank um die entsprechenden Daten ergänzt und erweitert. Die Einzelmodule der Mikroreaktionsanlage werden für die verschiedenen Grundoperationen der Verfahrenstechnik eingesetzt. Integrierte Module werden für kombinierte Grundoperationen und Reaktionen verwendet.The various existing and also available Modules of a microreaction plant including all necessary Specifications are cataloged in the method according to the invention and stored in one or more databases. Are new or changed modules for one Micro reaction plant available, the database is supplemented by the corresponding data and extended. The individual modules of the microreaction system are used for the different Basic operations of process engineering used. Integrated modules are for combined Basic operations and reactions used.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn zur Prozessoptimierung eine begleitende Analytik (z.B. Gaschromatographie, Infrarotspektrometrie, Massenspektrometrie, elektrochemische Messmethoden) eingerichtet und die aus der Analytik gewonnenen Daten zur Systemsteuerung eingesetzt werden könnenIt is particularly expedient if accompanying analysis (for example gas chromatography, infrared spectrometry, mass spectrometry, electrochemical measurement methods) is set up for process optimization and the data obtained from the analysis can be used for system control nen
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Owner name: EHRFELD MIKROTECHNIK BTS GMBH, 55234 WENDELSHEIM, |
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