DE10159129A1 - Miniature reactor, used to form chemical mixture, uses powder catalyst with particles having magnetic characteristics that ensure chemical contact with particles which can be extracted by magnetic field for further use - Google Patents

Miniature reactor, used to form chemical mixture, uses powder catalyst with particles having magnetic characteristics that ensure chemical contact with particles which can be extracted by magnetic field for further use

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Abstract

To form a mixture of chemicals (3) from solutions (6L,7L) containing the chemicals (6,7), a catalyst (9) material is used as a powder with particles having paramagnetic or ferromagnetic characteristics. After the reaction, the catalyst particles are extracted from the chemical mixture by a magnetic field for further use. Preferred Features: The reactor (1) has a channel (2), to take the chemical components to form the mixture, and the powder catalyst material is added through feed channels (5,8). The inner diameter of the main channel is reduced in the section (2R) where the catalyst enters. A coil (4) generates a magnetic field.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines chemischen Gemischs gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3. The invention relates to a method and an apparatus for Production of a chemical mixture according to the preamble of claims 1 and Third

Solche Verfahren und Vorrichtungen finden eine Anwendung in miniaturisierten chemischen Reaktoren sowie in Reaktoren der Mikrosystemtechnik. Such methods and devices are used in miniaturized chemical reactors and in reactors of microsystem technology.

Bei der Ausbildung eines chemischen Gemischs werden nicht nur die hierfür erforderlichen Bestandteile zusammen geführt. Vielmehr ist es in vielen Fällen erforderlich, dass die Bestandteile des Gemischs mit einem Katalysator in Kontakt gebracht werden. Meistens wird hierfür ein flächiger Katalysator verwendet. Bei der Verwendung von flächigen Katalysatoren kommt es jedoch nicht immer zu einem vollständigen Kontakt mit allen Bestandteilen des zu bildenden Gemischs. Die Verwendung eines pulverförmigen Katalysators bietet hierfür wesentlich bessere Reaktionsbedingungen, da hierbei ein vollständiges Durchmischen der Bestandteile mit dem katalytischen Material möglich ist. Der mittlere Abstand zwischen den Bestandteilen des Gemischs und den Teilchen des pulverförmigen Katalysators ist sehr klein, so dass es so zu einer weit aus besseren Reaktion zwischen den Bestandteilen und dem pulverförmigen Katalysatormaterial kommen kann, als das bei der Verwendung eines flächig ausgebildeten Katalysators der Fall ist. Pulverfömige Katalysatoren lassen sich jedoch nach der Reaktion kaum aus einem Gemisch entfernen. Das ist besonders dann von Nachteil, wenn die Herstellung des Katalysatormaterials teuer ist, oder der verbleibende Zusatz an Katalysatormaterial in einem Gemisch die weitere Verwendung des Gemischs beeinträchtigt. When a chemical mixture is formed, it is not only those that are required required components brought together. Rather, in many cases it is necessary that the components of the mixture are contacted with a catalyst become. A flat catalyst is usually used for this. When using However, flat catalysts are not always complete Contact with all components of the mixture to be formed. The use of a powdered catalyst offers much better reaction conditions for this, since a complete mixing of the components with the catalytic Material is possible. The mean distance between the components of the mixture and the particles of the powdered catalyst is very small, so it's too a far better reaction between the ingredients and the powdered one Catalyst material can come as that when using a flat trained catalyst is the case. However, powdery catalysts can be removed hardly remove the reaction from a mixture. That is especially of Disadvantage if the production of the catalyst material is expensive, or the remaining addition of catalyst material in a mixture the further use of the Mixture affected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein chemisches Gemisch unter Verwendung eines Katalysators so hergestellt werden kann, dass eine Reaktion aller für die Herstellung des chemischen Gemischs vorgesehenen Bestandteile mit dem Katalysator sichergestellt wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann. The invention has for its object to show a method with which chemical mixture can be prepared using a catalyst that can be a reaction of all for the preparation of the chemical mixture provided components is ensured with the catalyst. The invention also lies the task of demonstrating a device with which the method can be carried out.

Die Aufgabe, das Verfahren betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. The task relating to the method is characterized by the features of the claim 1 solved.

Die Aufgabe, die Vorrichtung betreffend, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst. The task relating to the device is characterized by the features of Claim 3 solved.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Further inventive features are characterized in the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings explained.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Vorrichtung für die Herstellung eines chemischen Gemischs, Fig. 1 shows an apparatus for the production of a chemical mixture,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Spule, welche in die Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingebaut ist. Fig. 2 is a side view of a coil which is installed in the device of FIG. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst eine Leitung 2 für ein chemisches Gemisch 3 und eine magnetische Spule 4. Zwei Zuleitungen 5 münden in das erste Ende 2A der Leitung 2. Falls erforderlich, kann die Leitung 2 auch mit mehr als zwei Zuleitungen 5 verbunden werden. Über diese Zuleitungen 5 werden die zur Herstellung eines chemischen Gemischs 3 erforderlichen Bestandteile 6 und 7, die sich beide in einem Lösungsmittel 6L, 7L befinden, in die Leitung 2 eingeleitet. Die Leitung 2 und die beiden Zuleitungen 5 sind so miteinander verbunden, dass unmittelbar hinter den Einmündungen der Zuleitungen 5 ein Mischpunkt 2M für die chemischen Bestandteile 6 und 7 gebildet wird. In jede der Zuleitungen 5 ist wenigstens eine Pumpe 5P integriert. Mit Hilfe der Pumpen 5P kann die Menge der in die Leitung 2 einzuleitenden Bestandteile 6 und 7 sowie deren Strömungsgeschwindigkeit festgelegt werden. In einem definierten Abstand von den Zuleitungen 5, in Strömungsrichtung gesehen, ist eine dritte Zuleitung 8 an die Leitung 2 angeschlossen. Über diese Zuleitung 8 kann ein pulverförmiges Katalysatormaterial 9 in die Leitung 2 eingeleitet werden. Die Menge an Katalysatormaterial 9, die pro Zeiteinheit in die Leitung 2 eingeleitet wird, kann mit einer Pumpe 8P geregelt werden, welche in die Zuleitung 8 integriert ist. Das Gleiche gilt auch für die Geschwindigkeit, mit welcher das Katalysatormaterial 9 der Leitung 2 zugeführt wird. In einem Abschnitt 2R der Leitung 2, der in Strömungsrichtung gesehen in einem definierten Abstand hinter dem Anschluss der Zuleitung 8 liegt, ist der Querschnitt der Leitung 2 kleiner ausgebildet. In dem sich daran anschließend Abschnitt 2S, ebenfalls in Strömungsrichtung des chemischen Gemischs 3 gesehen, ist der Querschnitt der Leitung 2 wieder an den Querschnitt angepasst, den die Leitung 2 zwischen den Anschlüssen der Zuleitungen 5 und 8 aufweist. Der Abschnitt 2S der Leitung 2 ist mit einem Abzweig 10A für eine Leitung 10 versehen, die im Abschnitt 2R über eine Rückführung 10R wieder in die Leitung 2 einmündet. Mit Hilfe der unterschiedlichen Querschnitte in den Abschnitten 2R und 2S der Leitung 2 kann die Rückströmgeschwindigkeit durch die Leitung 10 gesteuert werden. Der Abzweig 10A weist einen Querschnitt auf, der mehr als doppelt so groß wie der Querschnitt der Leitung 2 ist. Die Leitung 10 ist von der magnetischen Spule 4 umgeben. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Spule 4 so ausgebildet, dass sie im Bereich des Abzweigs 10A der Leitung 10 ein höheres magnetisches Feld und einen höheren Feldgradienten auf weist, als das im Bereich der Rückführung 10R der Fall ist. The device 1 shown in Fig. 1 comprises a line 2 for a chemical mixture 3 and a magnetic coil 4. Two supply lines 5 open into the first end 2 A of line 2 . If necessary, line 2 can also be connected to more than two supply lines 5 . The components 6 and 7 , both of which are in a solvent 6 L, 7 L, required for producing a chemical mixture 3 are introduced into the line 2 via these feed lines 5 . The line 2 and the two feed lines 5 are connected to one another in such a way that a mixing point 2 M for the chemical constituents 6 and 7 is formed directly behind the mouths of the feed lines 5 . At least one pump 5 P is integrated in each of the supply lines 5 . With the help of the pumps 5 P, the amount of the components 6 and 7 to be introduced into the line 2 and their flow rate can be determined. A third feed line 8 is connected to the line 2 at a defined distance from the feed lines 5 , as seen in the flow direction. A powdery catalyst material 9 can be introduced into the line 2 via this feed line 8 . The amount of catalyst material 9 , which is introduced into the line 2 per unit of time, can be regulated with a pump 8 P, which is integrated in the supply line 8 . The same also applies to the speed at which the catalyst material 9 is fed to the line 2 . In a section 2 R of line 2 , which, viewed in the direction of flow, lies at a defined distance behind the connection of supply line 8 , the cross section of line 2 is made smaller. In the subsequent section 2 S, also seen in the direction of flow of the chemical mixture 3 , the cross section of the line 2 is again adapted to the cross section that the line 2 has between the connections of the supply lines 5 and 8 . The section 2 S of the line 2 is provided with a branch 10 A for a line 10 , which in section 2 R re-opens into the line 2 via a return 10 R. With the help of the different cross sections in sections 2 R and 2 S of line 2 , the return flow rate through line 10 can be controlled. The branch 10 A has a cross section that is more than twice as large as the cross section of the line 2 . The line 10 is surrounded by the magnetic coil 4 . As can be seen in FIG. 2, the coil 4 is designed such that it has a higher magnetic field and a higher field gradient in the region of the branch 10 A of the line 10 than is the case in the region of the return 10 R.

Für die Herstellung des chemischen Gemischs 3 wird ein pulverförmiges Katalysatormaterial 9 verwendet, dessen Teilchen paramagnetische oder ferromagnetische Eigenschaften aufweisen. Damit ist es möglich, das Katalysatormaterial 9 mit Hilfe der Spule 4 aus dem chemischen Gemisch 3 zu entfernen, bevor dieses den Abschnitt 2S der Leitung 2 verläßt. Im Bereich des Abzweigs 10A wird durch die Spule 4 eine magnetische Flußdichte ≙ erzeugt. Aus dem Drehmoment ≙ der Teilchen und dieser Flußdichte ≙ ergibt sich eine Kraft, welche auf die Teilchen wirkt, und proportional zu dem Gradienten ( ≙. ≙) ist. Durch die spezielle Ausbildung der Spule 4, wie sie in Fig. 2 dargestellte ist, wird zudem erreicht, dass kein Feldgradient entsteht, der die Teilchen des Katalysatormaterials 9 in der Leitung 10 abbremst. Das Katalysatormaterial 9 wird zusammen mit einer kleinen Menge des chemischen Gemischs 3 über die Leitung 10 in den Abschnitt 1R zurückgeführt. Mit Hilfe einer Pumpe (hier nicht dargestellt), welche in die Leitung 10 eingebaut werden kann, kann der Rückfluß des Katalysatormaterials 9 gesteuert werden. Mit Hilfe von zusätzlichen Strömungshindernissen (hier nicht dargestellt), welche in die Leitung 10 eingebaut werden können, kann ein Verklumpen des in der Leitung 10 befindlichen Materials 6, 7,9 zu verhindern werden. Vor dem Abschnitt 2R ist zu dem gleichen Zweck ein solches Strömungshindernis 2H in die Leitung 2 eingebaut. For the production of the chemical mixture 3 , a powdery catalyst material 9 is used, the particles of which have paramagnetic or ferromagnetic properties. Thus, it is possible for the catalyst material 9 by means of the coil 4 from the chemical mixture 3 to be removed before it leaves the section S 2 of the conduit. 2 In the region of the branch 10 A, a magnetic flux density ≙ is generated by the coil 4 . From the torque ≙ of the particles and this flux density ≙ there is a force which acts on the particles and is proportional to the gradient (≙. ≙). The special design of the coil 4 , as shown in FIG. 2, also ensures that there is no field gradient that brakes the particles of the catalyst material 9 in the line 10 . The catalyst material 9 is returned along with a small amount of the chemical mixture 3 over line 10 in the section 1 R. With the help of a pump (not shown here), which can be installed in the line 10 , the backflow of the catalyst material 9 can be controlled. With the help of additional flow obstacles (not shown here), which can be installed in the line 10 , a clumping of the material 6 , 7 , 9 located in the line 10 can be prevented. Before the section 2 R, such a flow obstacle 2 H is installed in the line 2 for the same purpose.

Über die Zuleitung 8 muss, nach dem einmal Katalysatormaterial 9 in die Leitung 2 eingeleitet ist, nur dann noch Katalysatormaterial 9 zugeführt werden, falls nicht alle Teilchen des Katalysatormaterials 9 im Abschnitt 2S vollständig aus dem chemischen Gemisch 3 abgetrennt und in die Leitung 2 zurückgeführt werden können. Im Idealfall bilden die Abschnitte 2R und 2S der Leitung 2 zusammen mit der Leitung 10 und der Spule 4 einen geschlossenen Kreislauf für das Katalysatormaterial 9. Is introduced into the line 2 via the feed line 8 must, after once catalyst material 9, only then the catalyst material are fed to 9, if not all particles of the catalyst material 9 completely severed in the section 2 S from the chemical mixture 3 and returned to the line 2 can be. Ideally, sections 2 R and 2 S of line 2 together with line 10 and coil 4 form a closed circuit for the catalyst material 9 .

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines chemischen Gemischs (3) aus in Lösungsmitteln (6L, 7L) enthaltenen chemischen Bestandteilen (6, 7) mittels eines Katalysatormaterials (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile (6, 7) miteinander vermischt und mit einem Zusatz in Form eines pulverförmigen, mit paramagnetischen oder ferromagnetischen Eigenschaften aufweisenden Katalysatormaterials (9) versehen werden, das nach der Reaktion mit den Bestandteilen (6, 7) mittels eines magnetischen Feldes wieder aus dem chemischen Gemisch (3) entfernt und wieder verwendet wird. 1. A process for preparing a chemical mixture (3) contained in a solvent (6 L, 7 L) chemical components (6, 7) by means of a catalyst material (9), characterized in that the components (6, 7) are mixed together and can be provided with an additive in the form of a powdered catalyst material ( 9 ) with paramagnetic or ferromagnetic properties, which after the reaction with the components ( 6 , 7 ) is removed from the chemical mixture ( 3 ) by means of a magnetic field and used again , 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Katalysatormaterial (9) nur einmal zu Beginn der Herstellung in einer großen definierten Menge zugeführt wird, und anschließend nur noch Verluste ergänzt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that catalyst material ( 9 ) is supplied only once at the start of production in a large defined amount, and only losses are then added. 3. Vorrichtung zur Herstellung eines chemischen Gemischs aus in Lösungsmitteln (6L, 7L) enthaltenen chemischen Bestandteilen (6, 7) mittels eines Katalysatormaterials (8), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zuleitungen (5) für die Bestandteile (6, 7) an eine Leitung (2) anschlossen sind, und in Strömungsrichtung gesehen eine weitere Zuleitung (8) für ein Katalysatormaterial (9) vorgesehen ist, dass der Innendurchmesser der Leitung (2) in einem Abschnitt (2R) hinter der Zuleitung (8) verjüngt und in einem sich daran anschließenden Abschnitt (2S) ebenso groß ist wie zwischen den Anschlüssen der Zuleitungen (5 und 8) ausgebildet ist, dass im Abschnitt (2S) ein Abzweig (10A) vorgesehen ist, der über eine Leitung (10) und eine Rückführung (10R) an den Abschnitt (2R) angeschlossen ist, und dass der Abzweig (10A), die Leitung (10) und die Rückführung (1R) von einer Spule (4) umgeben sind. 3. An apparatus for preparing a chemical mixture into a solvent (6 L, 7 L) contained chemical components (6, 7) by means of a catalyst material (8), in particular for implementing the method according to claim 1, characterized in that two feed lines (5 ) for the components ( 6 , 7 ) are connected to a line ( 2 ) and, seen in the direction of flow, a further supply line ( 8 ) is provided for a catalyst material ( 9 ) that the inner diameter of the line ( 2 ) in a section ( 2 R) tapers behind the feed line ( 8 ) and is as large in an adjoining section ( 2 S) as is formed between the connections of the feed lines ( 5 and 8 ) that a branch ( 10 A) in section ( 2 S) is provided, which is connected via a line ( 10 ) and a return ( 10 R) to the section ( 2 R), and that the branch ( 10 A), the line ( 10 ) and the return ( 1 R) from one Coil ( 4th ) are surrounded. 4. Vorrichtung nach Anspruch nach 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (9) pulverförmig ausgebildet und mit paramagnetischen oder ferromagnetischen Eigenschaften versehen ist, dass in jede Zuleitung (5, 8) wenigstens eine Pumpe (5P, 8P) integriert ist, dass der Querschnitt des Abzweigs (10S) größer als der Querschnitt der Leitung (2) ausgebildet ist, und dass die Wicklungen der Spule (4) im Bereich des Abzweigs (10A) näher bei der Leitung 10 angeordnet sind als im Bereich der Rückführung (10R). 4. The device according to claim 3, characterized in that the catalyst material ( 9 ) is in powder form and is provided with paramagnetic or ferromagnetic properties, that at least one pump ( 5 P, 8 P) is integrated in each feed line ( 5 , 8 ), that the cross section of the branch ( 10 S) is larger than the cross section of the line ( 2 ), and that the windings of the coil ( 4 ) are arranged closer to the line 10 in the region of the branch ( 10 A) than in the region of the return ( 10 R).
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