DE3926466C2 - Mikroreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen von zwei chemischen Stoffen mit starker Wärmetönung - Google Patents
Mikroreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen von zwei chemischen Stoffen mit starker WärmetönungInfo
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Description
Bekannt ist, Mikrowärmetauscher mit hoher spezifischer Wärmeübertragungsleistung
durch Zerspanung von Folien und anschließendem Diffusionsschweißen von Paketen mit
sich kreuzenden Kanälen herzustellen.
Bekannt ist ferner, diesen Mikrowärmetauscher zur Abfuhr von chemischer Reaktions
wärme nach vorheriger Mischung der Reaktanten zu nutzen.
Nachteil dieses Verfahrens ist, daß viele exotherme Reaktionen schon während des Misch
vorganges in einem Mischer beginnen und den möglichen Konzentrationsbereich, in dem
die Reaktanten dem Mikroreaktor zugeführt werden, stark einschränken.
Diese Nachteile bestehender Verfahren vermeidet die vorliegende Erfindung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise Stoffe in hoher Konzen
tration zusammenzuführen und zur Reaktion zu bringen, die wegen einer starken Wärme
tönung in keinem konventionellen Rührkessel oder Rohrreaktor kontinuierlich gemischt
werden könnten, da die freiwerdende Reaktionswärme nicht beherrschbar wäre.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1
gelöst.
Dazu wird in einer Ausbildung der Erfindung gemäß Fig. 1 eine Ebene mit Längsrillen (1)
versehen, die von dem Stoffstrom A (2) durchströmt werden. In einer zweiten Ebene (3)
sind zu den ersten senkrechte Rillen (12) angebracht, die ein Kühlmedium (4) führen;
ferner ist eine Aussparung (5) angebracht, in der der Stoffstrom B (6) aus der
darüberliegenden Platte (7) mit dem Stoffstrom (A) 2 zusammengebracht und gemischt
wird. Die Strömung von (2) durchläuft nach der Mischzone (5) eine Aufheiz- und
Reaktionszone, bevor sie zwischen den vom Kühlmedium durchflossenen Ebenen gekühlt
wird. In dieser Zone kann die Reaktion sich unter hoher möglicher Wärmeabführleistung
fortsetzen, bis der gewünschte Umsetzungsgrad erreicht ist.
Der Anschluß dieses Mikroreaktors an externe Leitungen wird nach einem technisch
üblichen Prinzip durch Dichtungen, Dichtungsmassen oder eine thermische Verbindung
erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Mikroreaktor aus sechseckigen
Platten
aufgebaut, in dem die mögliche Reaktionszone vollständig von
Kühlmedium über- und unterflossen ist.
Der erfindungsgemäße Mikroreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen mit starker
Wärmetönung läßt sich in den technisch üblichen Reaktionsführungen schalten und
kombinieren, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie Rückfüh
rung von Produkten, Parallelschaltung, Serienschaltungen, oder der Zugabe von
Stoffstrom B an mehreren Stellen zu Stoffstrom A.
Der erfindungsgemäße Mikroreaktor ist durch seine kompakte Bauweise besonders
geeignet für empfindliche Reaktionen, für die ein enges Verweilzeitspektrum erforderlich
ist. Es können damit unerwünschte Folgeprodukte bei vollständiger Beherrschung der
Reaktionswärme im mikroskopisch kleinen Maßstab vermieden werden.
Der Druckverlust des Mikroreaktors ist durch seine kleine Baulänge und den großen freien
Querschnitt gering, trotz der großen beherrschbaren Wärmeströme.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Mikroreaktor aus einer
Platinlegierung gefertigt, in der hochenergetische Substanzen gemischt werden; diese
verdampfen z. B. Wasser in den Kühlkanälen (12), das z. B. zum Antrieb einer Turbine
oder eines Werkzeuges dienen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Mikroreaktor selbst aus einem
Katalysatormaterial wie z. B. Platin gefertigt und dient z. B. zur Durchführung einer
heterogenkatalytischen Gasphasenreaktion.
Claims (7)
1. Mikroreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen
von zwei chemischen Stoffen mit starker Wärmetönung, dadurch
gekennzeichnet, daß Stoff-, Reaktions- und Wärmeführung in Elementen aus zwei oder
mehreren übereinanderliegenden Platten stattfinden, die durch ein System aus durch
Zerspanung hergestellten Rillen durchzogen und verbunden sind, dergestalt, daß zwischen
den Stoffströmen Wandstärken von 10 bis 1000 µm, vorzugsweise von 25 bis 100 µm
bestehen und daß die Stoffströme aus
den einzelnen Platten durch querlaufende Rillen, die
Mischräume bilden, vermischt werden,
wobei der Reaktor von Kühlmedium durchflossene Ebenen aufweist.
2. Mikroreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere die Reaktion füh
rende Elemente durch eine Wärmebehandlung, vorzugsweise eine Diffusionsschweißung
oder -Lötung, innerhalb des Elementes und zwischen den Elementen zu einer festen und
dichten Einheit verbunden werden.
3. Mikroreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroreaktor aus einem
katalytisch wirksamen Metall gefertigt ist, vorzugsweise Platin, Palladium, Nickel oder
Eisen.
4. Mikroreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material
des Mikroreaktors ein hochschmelzendes Edelmetall, vorzugsweise Platin, Palladium,
Iridium oder eine Legierung dieser Metalle ist.
5. Mikroreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rillen
querschnitt und die Druckverhältnisse zur Ein- und Ausströmung aus dem Mikroreaktor so
gewählt sind, daß sich eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 0,5 m/s einstellt.
6. Mikroreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über Zahl
und Breite dieser querlaufenden Rillen das Verweilzeitspektrum des Mikroreaktors
eingestellt ist.
7. Mikroreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die
querlaufenden Rillen, die Mischräume, Strömungshindernisse, vorzugsweise Drähte
eingelegt sind.
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