Reak­to­ren für neue Synthesen

Che­mi­sche Reak­tio­nen benö­ti­gen eine Akti­vie­rungs­en­er­gie. Kata­ly­sa­to­ren redu­zie­ren die­se ener­ge­ti­sche Bar­rie­re, aber sie sind teu­er, oft toxisch und pyro­phor. Licht ist eine alter­na­ti­ve Ener­gie­quel­le, und Mole­kü­le kön­nen durch Bestrah­len mit Wel­len­län­gen von 200 bis 700 Nano­me­tern akti­viert wer­den. Dies erlaubt die Reak­ti­ons­füh­rung bei tie­fen Tem­pe­ra­tu­ren und so mit weni­ger Neben- und Zer­set­zungs­pro­duk­ten. Bei­spie­le indus­tri­el­ler Pho­to­re­ak­tio­nen sind Chlo­rie­run­gen, Sul­fo­nie­run­gen, Sul­foxi­da­tio­nen oder Nitro­sy­l­ie­run­gen. Das Kon­zept des neu­en Rühr­re­ak­tors ist ide­al für Mehr­pha­sen-Reak­tio­nen mit Flüs­sig­keit, Gasen und Fest­stof­fen. Es kom­bi­niert hohe Pro­duk­ti­vi­tät und Fle­xi­bi­li­tät mit dem siche­ren Betrieb der ein­ge­tauch­ten Licht­quel­len. Reak­to­ren von 50 m³ und dar­über wer­den mit die­sem bewähr­ten Design rea­li­siert. Die Licht­quel­len sind Queck­sil­ber­dampf- oder LED-Lam­pen in Schutz­roh­ren aus  Quarz­glas. Die Glas­roh­re wer­den durch Stut­zen im Behäl­ter­de­ckel ein­ge­führt, wo sie auch mit der Strom­ver­sor­gung und dem Kühl­mit­tel ver­bun­den wer­den. Sie brau­chen neben der her­me­ti­schen Abdich­tung eine Über­wa­chung, die den sel­te­nen Fall eines Glas­bruchs unmit­tel­bar detek­tiert. Ihre Befes­ti­gung darf nicht zu ört­li­chen Span­nun­gen füh­ren, muss die ther­mi­sche Län­gen­zu­nah­me erlau­ben und Vibra­tio­nen ver­mei­den, die durch das inten­si­ve Rüh­ren aus­ge­löst wer­den kön­nen. Die Anschluss­leis­tung je Lam­pe liegt bei 5 – 60 kW. Des­halb ist eine Küh­lung inner­halb des Glas­roh­res erfor­der­lich, sonst kön­nen Pro­duk­te durch hohe Ober­flä­chen­tem­pe­ra­tu­ren geschä­digt wer­den.  Indus­tri­el­le Reak­to­ren wer­den mit 4 bis 20 sol­cher Glas­roh­re bestückt. Das Licht dringt nur wenig in das Reak­ti­ons­ge­misch ein. Daher muss der Rüh­rer mit hohen Umwälz­ra­ten die Reak­tan­den zur Licht­quel­le för­dern. 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 eben­so zu berück­sich­ti­gen. Die Abdich­tung der Rühr­wel­le zur Atmo­sphä­re ist ein Schlüs­sel­ele­ment für die Betriebs­si­cher­heit bei toxi­schen und kor­ro­si­ven Medi­en. Hier kom­men dop­pelt oder drei­fach wir­ken­de Glei­t­ring­dich­tun­gen oder Magnet­an­trie­be zum Ein­satz. Die Werk­stof­fe für gerühr­te Pho­to­re­ak­to­ren sind Stäh­le (ggf. email­liert), Has­tel­loy oder Titan.