Reaktions-/Prozess-Überwachung

Das Wissen über den Reaktionsfortschritt und die Zusammensetzung komplexer Mischungen, beispielsweise in einem Rührkesselreaktor oder einer Destillationskolonne, hat eine große Bedeutung für die Optimierung und ressourcenschonende Gestaltung eines verfahrenstechnischen Prozesses. Die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) ermöglicht im Gegensatz zu anderen analytischen Methoden eine nichtinvasive und direkte quantitative Bestimmung von komplexen Mehrkomponentenmischungen ohne Kalibrierung. Mit einem Bypass-Ansatz eignet sich die NMR-Spektroskopie hervorragend für die kontinuierliche Analytik von Reaktionen und Prozessen in Echtzeit insbesondere mit Benchtop-NMR Spektrometern, die aufgrund ihrer kompakten Bauweise sehr nahe an den zu analysierenden Prozess gebracht werden können.

Entwicklung und Charakterisierung von Festbettreaktoren für Gas-Flüssigkeits-Reaktionen

Zur Auslegung heterogen katalysierter chemischer Produktionsverfahren ist die Kenntnis der Reaktionskinetik und das Auftreten eventueller Nebenprodukte von entscheidender Bedeutung. Die in der Industrie üblicherweise verwendeten mehrphasig betriebenen Rieselbettreaktoren lassen sich aktuell nur schwer im Labormaßstab nachbilden. Ziel dieser Forschung ist es, ein Reaktorkonzept zu entwickeln und zu nutzen, welches insbesondere die Fluiddynamik in Festbettreaktoren korrekt abbildet und so die Skalierbarkeit der kinetischen Daten ermöglicht.

Abbildung: Modellierung Rieselbett.

Prozess-Überwachung in Batchdestillationsanlagen

Mit Hilfe von Informationen aus dem Inneren von Destillationskolonnen können Rückschlüsse auf Anomalien im Prozess gezogen werden. Die NMR-Spektroskopie ermöglicht eine nichtinvasive und direkte quantitative Bestimmung von komplexen Mehrkomponentenmischungen ohne Kalibrierung und eignet sich somit hervorragend für Anwendungszwecke im Bereich der Reaktions- und Prozessüberwachung in Echtzeit. Insbesondere Benchtop-NMR Spektrometer können in komplexe Anlagen eingebaut werden und ermöglichen so eine direkte Prozessanalyse.

Abbildung: Batchdestillationsanlage mit Benchtop-NMR.

Analytik und Prozessüberwachung im Bereich der Weinproduktion

In der Weinproduktion ist es wichtig, die zugrundeliegenden biologischen und chemischen Vorgänge beginnend ab der Weinernte, über die Fermentation und Reifung, bis hin zum genussfertigen Wein zu verstehen. Beispielsweise haben in einem Fermentationsprozess Betriebsparameter, wie die Temperatur, der pH-Wert und die Substratkonzentration, einen gravierenden Einfluss auf die Mikroorganismen und letztendlich auf den Geschmack und die Qualität des Weines. Die NMR-Spektroskopie eignet sich hervorragend für die quantitative Beurteilung der Weine, da auf eine aufwendige Probenpräparation oder eine spezifische Kalibrierung verzichtet werden kann. Die Analyse der komplexen Weinmatrix ist mit Benchtop-NMR Spektroskopie herausfordernd, weil viele Peaks aufgrund der geringeren chemischen Auflösung überlappen. Dem kann mit dezidierten Auswertemodellen abgeholfen werden.