MPDSEVO - Photochemische-Prozessentwicklung

Wie Sie photochemische Prozesse zuverlässig entwickeln und in Industriegrößen skalieren

MPDS ist die Abkürzung für „Modular Photochemical Development System“ und beschreibt das modulare Baukastensystem als Standard für photochemische Versuche im Labor. Das MPDSEVOist ein automatisiertes Prozessentwicklungssystem für die qualifizierte Untersuchung photochemischer Reaktionen, mit dem Ziel des Up-scalings oder der Optimierung bestehender Photoreaktoren.

Prozessentwicklung und up-scaling leicht gemacht


Die Umsetzung einer photochemischen Reaktion vom Labor in die Produktion ist ohne die vorherige Ermittlung der photochemisch relevanten Prozessparameter unmöglich. Mit dem MPDSEVO in Miniplant Technik können Sie erstmals im Labor alle erforderlichen Prozessparameter, wie z.B. die Raum-Zeit-Ausbeute, die Reaktionskinetik, das geeignete Lösungsmittel, die Konzentration und den spektralen Absorptionskoeffizienten sowie die optische Wegstrecke, etc. strukturiert und reproduzierbar unter Anleitung ermitteln. Weiterhin können unterschiedliche photochemische Verfahren gegenübergestellt, verglichen und bewertet werden.

Erst mit den gewonnenen fundamentalen Prozessparametern können Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit photochemischer Prozesse bewertet werden (CAPEX / OPEX). Durch die Verwendung der im MPDSEVO verwendeten easy-up-scaling Strahlenquellen mit stufenloser Regelung ist es anschließend möglich, den auf den jeweiligen Anwendungsfall optimierten industriellen Photoreaktor aus dem Portfolio der Peschl Ultraviolet GmbH auszuwählen und damit das Verfahren einfach in den kommerziellen Maßstab umzusetzen.

Bei bereits bestehenden photochemischen Produktionsanlagen können Reaktionen im Labor detailliert nachvollzogen und anschließend optimiert werden (down-scaling). Mit den optimierten und sicheren Photoreaktoren der Peschl Ultraviolet GmbH erhalten Sie hocheffiziente photochemische Produktionsanlagen mit außergewöhnlicher Produktionsleistung.MPDSEVO
 

Automatisierte Prozessentwicklung


Das MPDSEVO ist mit der intelligenten processCONTROL Steuerung ausgestattet und wird über ein Touch Display bedient. MPDSEVO processCONTROLNeben der manuellen Steuerung der Aggregate können Versuche im Automatik-Modus durchgeführt werden. Das vermeidet Fehler und führt schnell zu reproduzierbaren Ergebnissen.
   

Präzise strahlungsphysikalische Messungen


Im MPDSEVO spielt die Ermittlung der strahlungsphysikalischen Kenngrößen im Zusammenhang mit der chemischen Reaktion die wichtigste Rolle. Daher bieten wir passende „plug & play“ Photospektrometer, Spektralradiometer und Radiometer zur Onlinemessung an. Alle Photoreaktoren des MPDS Baukastens haben dafür eine standardisierte Messstelle. Die Erfassung der Messwerte sowie deren Speicherung in eine Datenbank erfolgt über den im spectroSENSE Modul integrierten „Windows 7 Embedded“ UV-Sensor
        

MPDSEVO Photoreaktor-Basissysteme


MPDSEVO AOP MPDSEVO Fallfilm
MPDSEVO AOP MPDSEVO Fallfilm
Beschreibung

MPDSEVO AOP

Es ist eine bekannte Tatsache, dass kein Abwasser einem anderen in der Zusammensetzung gleicht. Die photochemische Behandlung von Abwasser im industriellen Maßstab erfordert detaillierte Voruntersuchungen im Labor, in welchem die unterschiedlichen photochemischen Verfahren zur Abwasserreinigung gegenüber gestellt und die jeweils relevanten photochemischen Prozessparameter ermittelt werden. Diese Bewertung ist ausnahmslos in jedem Einzelfall vorzunehmen.

Die Anforderungen an einen Photoreaktor für „Advanced Oxidation Processes“ (AOPs) sind je nach angewandtem photochemischen Verfahren unterschiedlich und erfordern die Anpassbarkeit des Photoreaktors an die jeweiligen Gegebenheiten um die Prozessentwicklung vornehmen zu können und optimale Ergebnisse zu erzielen.

Der MPDSEVO - AOP Photoreaktor ist aus der Summe vieler Erfahrungen und dem über Jahre in dutzenden speziellen UV-Anwendungen angesammelte Fachwissen entstanden und definiert den heutigen Stand der Technik. Das Ergebnis der sorgfältigen Entwicklungsarbeit ist ein patentiertes, völlig neues Reaktordesign mit herausragenden Eigenschaften. Dies erlaubt die einfache, strukturierte und reproduzierbare Entwicklung photochemischer Reaktionen zur Behandlung von Abwässern mit höchster Präzision.

Der vertikale, annulare Photoreaktor aus Borosilikatglas ist mit einem synthetischem Quarzglashüllrohr ausgestattet, welche eine hohe Transmission kleiner 200nm aufweist. Das Hüllrohr ist auswechselbar und in unterschiedlichen Durchmessern erhältlich, um die jeweils ideale optische Wegstrecke einstellen zu können. Je nach Verfahren können unterschiedliche Strahlenquellen vom VUV Bereich bis in den sichtbaren Bereich eingesetzt werden. Die Verwendung der einzigartigen easy-up-scaling Strahlenquellen erlauben Analysen zum Energiebedarf und gestatten damit die erste grobe Kostenabschätzung (CAPEX / OPEX). Die Möglichkeit der Inertisierung des Hüllrohres vermeidet die Bildung von Ozon und resultierende unerwünschte Absorptionen. Das Edukt wird tangential eingeströmt und erzeugt bei entsprechendem Volumenstrom eine optimale abrassive Rotationsströmung, welche Belagbildungen durch Polymerisationseffekte effizient verringert. Der Reaktor kann optional mit Außenkühlung geliefert werden, falls der Reaktor thermisch stabilisiert werden muss. H2O2 kann kontinuierlich in den Photoreaktor injiziert werden, Gase und Flüssigkeiten lassen sich an jedem Punkt des Photoreaktors hinzugeben um eine stabile Konzentration von Sauerstoff und Peroxiden im Reaktionsbereich aufrecht zu erhalten. Auf Wunsch kann der Photoreaktor metallfrei und absolut korrosionsbeständig geliefert werden. Dadurch können in diesem Photoreaktor auch diverse Synthesereaktionen sowie der TOC Abbau im Ultra Pure Water Bereich für die Halbleiterindustrie vorgenommen werden. Der Photoreaktor kann zur Reinigung einfach demontiert werden oder im CIP Verfahren gereinigt werden. Mit dem AOP Photoreaktor ist es erstmals möglich alle unterschiedlichen photochemischen AOP Verfahren gegenüber zustellen und die relevanten Laborergebnisse zu ermitteln, die es erlauben, eine optimale industrielle Anlage aus dem Portfolio der Peschl Ultraviolet GmbH auszuwählen und den Zielvolumenstrom effizient industriell zu behandeln.

Typische Anwendungsbereiche:

  • Elimination von Arzneimitteln und Pflanzenschutzmitteln
  • TOC Reduktion
  • Vorbehandlung von nicht biologisch abbaubaren Abwässern vor dem Biotreatment
  • Abbau von organohalogenierten Verbindungen
  • Cyanidabbau in der Galvanikindustrie
  • Die Behandlung von industriellem Abwasser mit einem COD Wert von bis zu 5.000 mg/l
Beschreibung

MPDSEVO Fallfilm

Die effiziente Bestrahlung von Flüssigkeiten mit geringer Transmission (optische Durchlässigkeit) stellt ein bisher ungelöste Herausforderung in manchen photochemischen Prozessen dar.

Photonen werden bei fehlender Eindringtiefe unmittelbar an der Grenzfläche absorbiert, die optische Wegstrecke von konventionellen Reaktoren wird nicht genutzt, es kommt zu einer unmittelbaren Vollabsorption und in der Folge zur einem ineffizienten Prozess. Weiterhin können sich - insbesondere bei Photolysen und photochemisch initiierten Reaktionen bei denen intermediär Radikale gebildet werden - meist makromolekulare Nebenprodukte bilden, die sich auf dem Tauchlampensystem ablagern („Filming“). Diese Ablagerungen absorbieren die Photonen zusätzlich und es kann im Extremfall zur Überhitzung eines konventionellen Photoreaktors führen.

Der Fallfilm-Photoreaktor der Peschl Ultraviolet GmbH ermöglicht durch sein spezielles Design die effiziente Bestrahlung von Flüssigkeiten mit geringer Transmission in Form eines gleichmäßigen Fallfilms mit hoher Turbulenz und geringer Schichtdicke. Ablagerungen am Hüllrohr werden bauartbedingt vermieden, denn der Flüssigkeitsfilm kommt nicht in Kontakt mit dem Tauchlampensystem.

Beim Fallfilm-Photoreaktor wird die angestrebte Turbulenz zum Stoffaustausch an der Grenzfläche bereits mit einer Reynoldszahl Re > 400 erreicht und erfordert keine hohen Anströmgeschwindigkeiten. Aufgrund der vorteilhaften Konstruktion der Überlaufkante wird ein Filmabriss verhindert und die Nivellierung stark vereinfacht. Im direkten Vergleich mit einem annularen Dünnschicht-Photoreaktor wird der Vorteil des Fallfilm-Photoreaktors bei Flüssigkeiten mit niedriger Transmission offensichtlich. Die vorteilhafte lange Verweilzeit im Photoreaktor wird im Dünnschicht-Photoreaktor aufgrund der erforderlichen hohen Anströmgeschwindigkeit zur Erreichung der Turbulenz stark limitiert, während diese im Fallfilm-Photoreaktor deutlich verlängert ist. Dies ist von maßgeblichem Vorteil für die Effizienz der Reaktion.

Der Fallfilm-Photoreaktor der Peschl Ultraviolet GmbH wurde so optimiert, dass die Größe des bestrahlten Oberfläche (cm²) im Verhältniss zur erzeugten Intensität im Abstand zur Strahlenquelle ideal für die meisten Reaktionen ist. Da das Tauchlampensystem nicht im direkten Kontakt mit dem Reaktionsmedium ist, werden photochemische und thermische Polymerisationen auf der Oberfläche des Hüllrohres verhindert.

Da der Fallfilm-Photoreaktor eine vollständig geschlossene Apparatur darstellt, kann eine Gasdiffussion einfach erzielt, der Gasverbrauch bestimmt und die Gasentwicklung einer photochemischern Reaktion sehr genau verfolgt werden.

Die Reinigung des Photoreaktors kann einfach und problemlos ohne Verwendung von Werkzeugen vorgenommen werden. Der Vorlagebehälter ist ein vom Fallfilm-Photoreaktor getrenntes Bauteil, wodurch die Anbindungen an unterschiedlichste Reaktionsvolumen möglich ist. Der Fallfilm-Photoreaktor wurde zur Effizienzsteigerung für das MPDSBASIC System so optimiert, dass er nach dem Doppelkammerprinzip arbeitet und Strahlung die im Fallfilm nicht vollständig absorbiert wurde im Vorlauf des Reaktionsmediums genutzt wird. Der Reaktor wird mit optional mit einem Temperiermantel geliefert, wodurch die Reaktion im Bereich von -80°C bis +120°C gekühlt oder beheizt werden kann.

Photochemische Reaktionen können damit dank des Fallfilm-Photoreaktors der Peschl Ultraviolet GmbH nunmehr auch bei Flüssigkeiten ohne nennenswerte Transmission effizient durchgeführt werden.

 
 
 
MPDSEVO Side Loop MPDSEVO Batch - Geringe Transmission
MPDSEVO Side Loop MPDSEVO Batch - Geringe Transmission
Beschreibung

MPDSEVO Side Loop

Diskontinuierliche Reaktoren (Batch Reaktoren) haben ihre Limitierung in der fehlenden präzisen Reaktionskontrolle und dem ungenauen Temperaturmanagement. Außerdem kann die Eindringtiefe der Photonen durch Absorption häufig limitiert sein, wodurch keine optimale photochemische Reaktion stattfinden kann.

Photochemische Reaktionen können grundsätzlich im Batch, Semi-batch oder Conti-flow Verfahren entwickelt werden. Jede der Betriebsarten hat Vor- und Nachteile, welche anhand der anzustrebenden Reaktion berücksichtigt werden müssen. Batch Reaktoren lassen sich nur mit erhöhtem Aufwand sicher in Industriegrößen skalieren, während Semi-batch Reaktoren dieses Verfahren stark vereinfacht, da die Kinetik im Photoreaktor analysiert, verstanden und berücksichtigt werden kann.

Die Peschl Ultraviolet GmbH hat hierzu den optimierten Side-Loop Photoreaktor entwickelt, welcher klassich als Semi-batch photoreaktor wie auch im Conti-flow Betrieb verwendet werden kann. In manchen Fällen ist es zweckmäßig diese Side-Loop Photoreaktoren zu kaskadieren um eine ideale Raum-Zeit-Ausbeute bei höchster Energieausnutzung und kontrollierbaren Prozessbedingngen zu erzielen.

Der optimierte Side-Loop Photoreaktor wird vertikal betrieben und kommt mit einer kleinen Stellfläche aus. Das ermöglicht den Betrieb im Schutzschrank. Bauartbedingt kann der Side-Loop Photoreaktor begast werden. Eine Entlüftung ist aufgrund der vorteilhaften Konstruktion nicht erforderlich. Ebenso kann auf die Verwendung von Syphon-Leitungen im Vorlauf oder Rücklauf zur Vermeidung der Entleerung verzichtet werden, denn es entstehen keine Ablagerungen an der Grenzfläche durch unzureichende Entlüftung. Die Reaktion wird gleichmäßig umgewälzt und hat eine konstante Verweilzeit in der Bestrahlungszone. Durch die bodenseitige Anströmung ist es möglich geringste Strömungsgeschwindigkeiten zu fahren um die Grenzen zur Überbestrahlung zu ermitteln und analysieren. Durch eine Tangentialeinleitung kann im nächsten Schritt eine hohe Turbulenz erzeugt werden. Die Verwendung des MPDS Hüllrohrsystems erlabt es die optische Wegstrecke sowie das Nutzvolumen mittels unterschiedlichen Kombinateionen einzustellen. In Verbindung mit einem großen HR Einsatz lässt sich der Side-Loop Photoreaktor als Dünnschichtsystem mit hoher Turbulenz verwenden. Eine optional erhältiche Außenkühlung erlaubt die Temperierung des Reaktors. Die standardisierte Messstelle ist wie in jedem MPDS Photoreaktor zur weiterführenden Analyse enthalten.

Der Side-Loop Photoreaktor der Peschl Ultraviolet GmbH ermöglicht die strukturierte Durchführung photochemischer Reaktionen im Side-Loop Verfahren und wurde für den Routinebetrieb sowohl für präparative als auch für kinetische und thermochemische Untersuchungen im Labor entwickelt.

Der Einsatz unterschiedlichster Lampen (Quecksilberdampf-Niederdruck-Tauchlampen, Quecksilberdampf-Mitteldruck-Tauchlampen, sowie Xenon-Tauchlampen) erlaubt eine große Auswahl spektraler Frequenzen, die für die Reaktion ausgewählt werden können.

Vorteilhaft sind folgende Gesichtspunkte dieses Photoreaktors:

  • Kontrollierte thermische Bedingungen
  • Kontrollierter Durchfluss
  • Kontrollierte Umsatzrate und Analyse der Reaktionskinetik
  • Lange Verweilzeit
  • Hoher Stoffaustausch
  • Transmission bis in UVC Bereich hinein
  • Chemisch inert und beständig
  • Unterschiedliche optische Wegstrecken einstellbar
  • Dünnschichtbetrieb möglich
Beschreibung

MPDSEVO Batch - Geringe Transmission

Die Auswahl des geeigneten Photoreaktors ist im wesentlichen Abhängig von den chemischen Prozessbedingungen sowie den physikalischen Eigenschaften des Eduktes. Insbesondere bei Füssigkeiten, die einen spektralen Extinktionskoeffizienten >30 m-1 aufweisen ist die Verwendung eines Photoreaktors mit einer geringen optischen Wegstrecke erforderlich. Hierfür wurde dieser Photoreaktor entwickelt. Bei einem geringen Prozessvolumen in Verbindung mit einer optischen Wegstrecke kleiner2cm muss jedoch die Durchmischung des Mediums sichergestellt werden. Die Verwendung eines häufig verwendeten konventionellen Magnetrührfisches ist in diesem Fall ungeeignet, da der Stoffaustausch in allen Ebenen durch den entstehenden Vortex im Ringspalt nicht realisiert werden kann.
Aus diesem Grund ist dieser Photoreaktor mit einer integrierten Magnetumlaufpumpe ausgestattet, die in Verbindung mit dem seitlichen Steigrohr für eine vollständige Durchmischung der Reaktionsflüssigkeit sorgt. Die Magnetumlaufpumpe besteht aus chemisch inertem und beständigem Material und kann zu Reinigungszwecken einfach aus dem Photoreaktor entfernt werden.

Wie alle Photoreaktoren der MPDS Toolbox ist auch dieser mit einem Sensorport ausgestattet. Die Reaktionszeiten sind beliebig lange frequentierbar, sodass ein hoher Produktumsatz nahe dem Gleichgewicht gewährleistet ist.

Die hohe Effizienz und die einfache Handhabung macht diesen Photoreaktor zu einem universellen Standardreaktor zur Prozessentwicklung im Labor.

 
 
MPDSEVO Batch - Hohe Transmission MPDSEVO Mikro LED
MPDSEVO Batch - Hohe Transmission MPDSEVO Mikro LED
Beschreibung

MPDSEVO Batch - Hohe Transmission

Der weltweit meistverkaufte Batch Photoreaktor eignet sich besonders zur Durchführung einfachrer photochemischer Grundlagenforschung mit Produktvolumen von ca. 400-700 ml und ist Bestandteil vieler Publikationen. Der einfache Aufbau macht diesen Photoreaktor zu einem universellen, flexiblen Standardphotoreaktor für Flüssigkeiten, bei welchen die Absorption des Reaktionsmediums nicht sonderlich hoch ist und die spezifischen Anforderungen an den Photoreaktor im Vorfeld nicht näher eingegrenzt werden können.

Aufgrund der optischen Wegstrecke von >2cm ist eine Durchmischung des Reaktionsmediums mit einem konventionellen Magnetrührfisch möglich. Der dazugehörige Magnetrührtisch schafft die Voraussetzung für eine komplette und saubere Durchmischung des Reaktionsmediums. Somit können Reaktionen mit einer hohen Transmission problemlos im Zuge der Machbarkeitsuntersuchung bestrahlt werden.

Optional kann der Photoreaktor mittels Temperiermantel geheizt oder herunter gekühlt werden. Der Sensorport ermöglicht die strahlungsphysikalische Vermessung des Systems durch das dazu passende Spektrometer.

Die Reaktionszeiten sind beliebig lange frequentierbar, sodass ein hoher Produktumsatz nahe dem Gleichgewicht gewährleistet ist.

Beschreibung

MPDSEVO Mikro LED

Diskontinuierliche Reaktoren (Batch Reaktoren) haben ihre Limitierung in der fehlenden präzisen Reaktionskontrolle und dem ungenauen Temperaturmanagement. Außerdem kann die Eindringtiefe der Photonen durch Absorption häufig limitiert sein, wodurch keine optimale photochemische Reaktion stattfinden kann.

Conti-Flow Mikrophotoreaktoren der Peschl Ultraviolet GmbH lösen diese Beschränkungen auf und ermöglichen eine kontrollierte Durchführung photochemisch initiierter Reaktionen.

Durch die kontinuierliche Betriebsart kann die Reaktionskinetik optimal eingestellt und in Verbindung mit einer Online-Analytik präzise analysiert werden. Der Conti-Flow Betrieb erleichtert die Reaktionsentwicklung oder Optimierung bestehender Prozesse erheblich, da die Reaktion exakt vom Anfang bis zum Ende verfolgt werden kann. Dies erlaubt die einfache aber höchst präzise Kontrolle photochemischer Reaktionen. Die mögliche Entstehung von Nebenprodukten durch Überbestrahlung kann beispielweise genauestens nachvollzogen werden.
Planare Mikrophotoreaktoren weisen zwar Reflexionsverluste bei der Einkopplung der Strahlung auf, welche zu einer Effizienzverminderung des Systems führen, sie haben jedoch wesentliche Vorteile und sind dennoch häufig Mittel der Wahl.

Die optimierten Mischstrukturen ermöglicht die Entstehung eines extrem niedrigen Dispersionskoeffizienten und stellen eine hocheffiziente Durchmischung der Reaktion sicher.

In Kombination mit den innovativen novaLIGHT FLED400 LED-Strahlenquellen lassen sich photochemische Reaktionen wellenlängenselektiv und energieeffizient durchführen. Die stufenlose Leistungsregelung der LEDs erlaubt die genaue Anpassung des Strahlungsflusses auf die Anforderungen der Reaktion. Dadurch lässt sich die Leistungsaufnahme der LED Lichtquelle direkten mit einer Quecksilberdampf-Mitteldruckstrahlenquelle (novaLIGHT FMP250) vergleichen.

Aufgrund der hohen Druckfestigkeit können im planaren Mikrophotoreaktor höhere Strömungsgeschwindigkeiten gefahren werden, als diese bei einem Schlauchreaktor möglich wären.

Der Mikrophotoreaktoren der Peschl Ultraviolet GmbH wurden speziell auf die Anforderungen der apparativen Photochemie hin entwickelt.

Er ist in Borosilikat 3.3 als auch erstmals in Quarzglas erhältlich. Die Verwendung von Quarzglas als Reaktormaterial in Verbindung LED Lichtquellen ist aktuell noch nicht Stand der Technik, da kommerziell verfügbare LED Chips kleiner 350nm u.a. aufgrund der Lebensdauerbeschränkung aktuell als nicht verwendbar definiert wurden. Der Mikrophotoreaktor aus Quarzglas ist jedoch in Verbindung mit einer Mitteldruckstrahlenquelle (novaLIGHT FMP250) sinnvoll, da Quarzglas die Durchführung von photochemischen Reaktionen kleiner310nm erlaubt. Dieser Umstand macht den Mikrophotoreaktor aus dem MPDS Baukastensystem universell verwendbar und löst bisherige Beschränkungen im Markt auf.

Eine Halterung aus PTFE und Edelstahl dient der Aufnahme der Mikrophotoreaktorzelle sowie deren Anbindung an die Pumpe sowie den Kühlkreislauf über HPLC Verbindungen und perfluorierten Schläuchen. Bei der Ausführung wurde Wert auf eine robuste Ausführung unter Berücksichtigung der Anforderungen an Glasapparate in Bezug auf eine gute Spannungsverteilung auf die Glaszelle gelegt.

Das geringe Reaktionsvolumen im Mikrophotoreaktor kann sich durch die Energie der eingebrachten Photonen erwärmen. Daher wurden die Mikrophotoreaktoren der Peschl Ultraviolet GmbH mit einer effizienten Cross-flow Kühlung auf der Rückseite der Photoreaktorzelle versehen um die Reaktionsflüssigkeit thermisch stabilisieren zu können.
Das up-scaling wird nicht wir bei klassischen Photoreaktoren primär durch Skalierung vorgenommen sondern durch Multiplikation der Reaktionssysteme bis zur Erreichung der Produktionsmenge pro Zeiteinheit (numbering-up). Aus ökonomischen Gründen ist jedoch häufig auch im „numbering-up“ ein gewisses „up-scaling“ der Photoreaktoren erforderlich, um Anzahl der Photoreaktoren und der damit verbundenen Kosten der Infrastruktur einzugrenzen. Hier hat der planare Mikrophotoreaktor gegenüber eines Schlauchreaktors Vorteile, da bei einer Formatvergrößerung der entstehende Druckverlust aufgrund der hohen Druckbeständigkeit kein nenneswertes Problem darstellt.
Die LED Strahlenquellen lassen sich ebenso modular in der Größe auf das Format der Reaktorzellen anpassen, wodurch industrietaugliche Mikrophotoreaktorsysteme aufgebaut werden können.

Diese Art der Prozessentwicklung macht es möglich, Laborergebnisse relativ risikolos in Anlagen zur Erreichung der Zielproduktionsmenge zu skalieren.

Vorteilhaft sind folgende Gesichtspunkte dieses Photoreaktors:

  • Kontrollierte thermische Bedingungen
  • Kontrollierter Durchfluss
  • Kontrollierte Umsatzrate und Analyse der Reaktionskinetik
  • Lange Verweilzeit
  • Hoher Stoffaustausch im Photoreaktor
  • Transmission bis in UVC Bereich hinein
  • Chemisch inert und beständig
  • Verwendung monochromatischer LED Lichtquellen
  • Kundenspezifische reaktionsoptimierte Strukturierentwicklung möglich

 
 
MPDSEVO Mikro Mitteldruck
MPDSEVO Mikro Mitteldruck
Beschreibung

MPDSEVO Mikro Mitteldruck

Diskontinuierliche Reaktoren (Batch Reaktoren) haben ihre Limitierung in der fehlenden präzisen Reaktionskontrolle und dem ungenauen Temperaturmanagement. Außerdem kann die Eindringtiefe der Photonen durch Absorption häufig limitiert sein, wodurch keine optimale photochemische Reaktion stattfinden kann.

Conti-Flow Mikrophotoreaktoren der Peschl Ultraviolet GmbH lösen diese Beschränkungen auf und ermöglichen eine kontrollierte Durchführung photochemisch initiierter Reaktionen.
Durch die kontinuierliche Betriebsart kann die Reaktionskinetik optimal eingestellt und in Verbindung mit einer Online-Analytik präzise analysiert werden. Der Conti-Flow Betrieb erleichtert die Reaktionsentwicklung oder Optimierung bestehender Prozesse erheblich, da die Reaktion exakt vom Anfang bis zum Ende verfolgt werden kann. Dies erlaubt die einfache aber höchst präzise Kontrolle photochemischer Reaktionen. Die mögliche Entstehung von Nebenprodukten durch Überbestrahlung kann beispielweise genauestens nachvollzogen werden.
Planare Mikrophotoreaktoren weisen zwar Reflexionsverluste bei der Einkopplung der Strahlung auf, welche zu einer Effizienzverminderung des Systems führen, sie haben jedoch wesentliche Vorteile und sind dennoch häufig Mittel der Wahl.

Die optimierten Mischstrukturen ermöglicht die Entstehung eines extrem niedrigen Dispersionskoeffizienten und stellen eine hocheffiziente Durchmischung der Reaktion sicher.

In Kombination mit dem Bestrahlungsmodul novaLIGHT FMP250 ermöglicht der planare Mikrophotoreaktor ein präzises Wellenlängenscreening durch die Verwendung von Filtern und stellt ein wichtiges Werkzeug bei der Prozessentwicklung photochemischer Reaktionen dar. Die Entstehung von Nebenreaktionen oder unerwünschten photochemisch initiierten Polymerisationseffekten kann präzise ermittelt und analysiert werden. Dies liefert wichtige Parameter für die Auswahl der optimalen Strahlenquelle.

Aufgrund der hohen Druckfestigkeit können im planaren Mikrophotoreaktor höhere Strömungsgeschwindigkeiten gefahren werden, als diese bei einem Schlauchreaktor möglich wären.

Der Mikrophotoreaktoren der Peschl Ultraviolet GmbH wurden speziell auf die Anforderungen der apparativen Photochemie hin entwickelt.

Er ist in Borosilikat 3.3 als auch erstmals in Quarzglas erhältlich. Die Verwendung von Quarzglas als Reaktormaterial ist hoch innovativ und erlaubt die Durchführung von photochemischen Reaktionen kleiner 310nm. Dieser Umstand macht den Mikrophotoreaktor aus dem MPDS Baukastensystem universell verwendbar und löst bisherige Beschränkungen im Markt auf.

Eine Halterung aus PTFE und Edelstahl dient der Aufnahme der Mikrophotoreaktorzelle sowie deren Anbindung an die Pumpe sowie den Kühlkreislauf über HPLC Verbindungen und perfluorierten Schläuchen. Bei der Ausführung wurde Wert auf eine robuste Ausführung unter Berücksichtigung der Anforderungen an Glasapparate in Bezug auf eine gute Spannungsverteilung auf die Glaszelle gelegt.

Das geringe Reaktionsvolumen im Mikrophotoreaktor kann sich durch die Energie der eingebrachten Photonen erwärmen. Daher wurden die Mikrophotoreaktoren der Peschl Ultraviolet GmbH mit einer effizienten Cross-flow Kühlung auf der Rückseite der Photoreaktorzelle versehen um die Reaktionsflüssigkeit thermisch stabilisieren zu können. Die im Bestrahlungsmodul verwendeten Bandpassfilter sind thermisch empfindlich. Daher ist die im novaLIGHT FMP250 verwendete Mitteldruckstrahlenquelle gekühlt.
Das up-scaling wird nicht wir bei klassischen Photoreaktoren primär durch Skalierung vorgenommen sondern durch Multiplikation der Reaktionssysteme bis zur Erreichung der Produktionsmenge pro Zeiteinheit (numbering-up). Aus ökonomischen Gründen ist jedoch häufig auch im „numbering-up“ ein gewisses „up-scaling“ der Photoreaktoren erforderlich, um Anzahl der Photoreaktoren und der damit verbundenen Kosten der Infrastruktur einzugrenzen. Hier hat der planare Mikrophotoreaktor gegenüber den Schlauchreaktoren Vorteile, da bei einer Formatvergrößerung der entstehende Druckverlust aufgrund der hohen Druckbeständigkeit kein nenneswertes Problem darstellt.

Diese Art der Prozessentwicklung macht es möglich, Laborergebnisse relativ risikolos in Anlagen zur Erreichung der Zielproduktionsmenge zu skalieren.

Vorteilhaft sind folgende Gesichtspunkte dieses Photoreaktors:

  • Kontrollierte thermische Bedingungen
  • Kontrollierter Durchfluss
  • Kontrollierte Umsatzrate und Analyse der Reaktionskinetik
  • Lange Verweilzeit
  • Hoher Stoffaustausch im Photoreaktor
  • Transmission bis in UVC Bereich hinein
  • Chemisch inert und beständig
  • Mögliches Wellenlängescreening
  • Kondenspezifische reaktionsoptimierte Strukturierentwicklung möglich
 
 

Alle photochemisch relevanten Wellenlängen


Wir stellen alle Lampentypen und Dotierungen als Standardprodukte zur Verfügung. Damit decken wir den gesamten spektralen Frequenzbereich für die angewandte Photochemie polychromatisch oder monochromatisch ab. Innovative Lichtquellen wie z.B. Xenon-Strahlenquellen oder LEDs sind in unseren Photoreaktoren Stand der Technik. Grundsätzlich liefern wir zu allen Strahlenquellen entsprechende strahlungsphysikalische Daten.
  

MPDS UV-Strahler

    

Wählen Sie den passenden Standard-Photoreaktor


Von Batch über Semi-Batch zu Conti-Flow Photoreaktoren liefern wir die gesamte Bandbreite als Standard an. Dies schließt unter anderem Fallfilm-Photoreaktoren, Schlauch-Photoreaktoren, Side-Loop Photoreaktoren sowie Mikro-Photoreaktoren ein. Je nach Anwendung stehen Photoreaktoren mit einem Volumen von 2 ml bis hin zu 5.000 ml für Laborversuche zur Verfügung.

UV-Reaktoren

Übersicht Strahlenquellen

Umfangreiche Filtersysteme


Neben standardisierten optischen Kantenfiltern und Filterflüssigkeiten bieten wir die Möglichkeit, mittels Bandpassfiltern einzelne Wellenlängen zum Screening zu isolieren. Damit kann deren Relevanz für die photochemische Reaktion bestimmt werden. Unerwünschte Nebenreaktionen lassen sich dadurch erkennen.

Filter UV-Spectren

Die thermische Abkopplung entscheidet


Neben kalten Strahlenquellen steht zur thermischen Abkopplung der Lampe vom Reaktionsmedium ein ausgereiftes, modulares Hüllrohrsystem zur Verfügung. Das innovative MPDS-Verschraubungssystem verhindert das Festbacken von Glasverbindungselementen und kann mit einem Druck bis 0,5 bar beaufschlagt werden. Die Hüllrohrdurchmesser sind auf photochemische Reaktionen optimiert. Einfache Reinigung durch komplett zerlegbare Hüllrohre anstelle miteinander verschmolzener Doppelwandrohre, konsequent zur CIP Reinigung geeignet.

UV-Reaktor

   

Sicherer Betrieb und praktische Handhabung


MPDSEVOZur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen des Arbeitsschutzes ist die Verwendung eines Schutzgehäuses verpflichtend vorgeschrieben. Mit dem im MPDSEVO enthaltenen photonCABINET (Schutzschrank) ist Photochemie absolut sicher und weiterhin praxistauglich.

So wurde besonderen Wert auf die einfache Probenahme und die unkomplizierte Einbringung von Sensoren und Aktoren wie Rührtische und Dosierpumpen gelegt. Beispielsweise stellen codierte Steckverbinder die korrekte elektrische Verbindung sicher.
Die Standard-Photoreaktorsysteme werden anschlussfertig geliefert und sind sofort verwendbar. Mit einer Stellfläche von lediglich 470 x 1490 mm beansprucht das System wenig Platz auf dem Labortisch und passt bei Bedarf in einen Standard-Abzug.

Modulares Baukastensystem


Photoreaktoren, Hüllrohre und Strahlenquellen im Baukastensystem sind untereinander kompatibel und dadurch auswechselbar. Anwendungsoptimierte Photoreaktoren lassen sich kostengünstig austauschen, die Lampen und Hüllrohre können beibehalten werden. Erst die stufenlos einstellbare Positionierung der Strahlenquelle im Hüllrohr über die innovative Hochspannungsmechanik ermöglicht den Einsatz der Bauteile in unterschiedlichen Photoreaktorgrößen. Ein umfangreiches Produktprogramm an aufeinander abgestimmte Komponenten wie chemisch beständige Prozess- und Dosierpumpen, unterschiedliche Messfühler wie z.B. zur Temperatur- und pH Messung und Vorlagegefäße sind im Baukastensystem verfügbar. Damit bieten wir Ihnen ein jederzeit anpassbares und erweiterbares Prozessentwicklungssystem an, welches Sie sofort in Betrieb nehmen können.

Hüllrohre

Übersicht Hüllrohre & Kühler

 

Sicherheit & Funktionalität


Das im MPDSEVO Set enthaltene photonCABINET ist ein lichtdichter Schutzschrank aus Edelstahl und erfüllt die gesetzlichen Anforderungen zur Arbeitssicherheit und dem Schutz vor Materialalterung. Als einziges Produkt am Markt erfüllt das photonCABINET die hohen Anforderungen der anzuwendenden Norm, ist CE konform und gleichzeitig praxistauglich sowie funktionell. Die dafür erforderlichen Maßnahmen wurden bis ins Detail durchdacht umgesetzt und sind durch internationale Patentanmeldungen geschützt.

UV-Strahlung ist gefährlich für Augen und Haut und kann zu irreparablen Personenschäden führen. Weiterhin unterliegen Materialien, die der UV-Strahlung ausgesetzt werden, einer beschleunigten Materialalterung und können zerstört werden. Mitteldruckstrahlenquellen haben eine Oberflächentemperatur von bis zu 850°C und werden mit lebensgefährlicher Hochspannung betrieben. Lösungsmittel dürfen keine Gefährdung darstellen. Die Aufstellung von Photoreaktoren im Abzug ohne optische Schutzeinrichtung mit Sicherheitsverriegelung (Alufolie, Acrylglasscheiben) ist nach der seit dem 01.10.2013 verbindlich anzuwendenden Norm sowie nach Risikoanalyse gemäß EN ISO 12100 nicht mehr ausreichend und erfüllt nicht die Aufl agen zum Schutz der Mitarbeiter durch den Betreiber, welcher bei Personenschäden voll haftbar gemacht werden kann.

Ultraviolet Prozessentwicklung

Daher werden die Photoreaktoren des MPDS Baukastensystems immer mit lichtdichtem Schutzschrank geliefert, der darüber hinaus die  Vorschaltgeräte der Strahlenquellen elektrisch versorgt. Photochemische Versuche sind dadurch absolut sicher. Das einzigartige photonCABINET ist praxistauglich, einfach in der Anwendung und preiswert in der Anschaffung.

       

Wir lassen Sie nicht alleine!


Neben den schlüsselfertigen Prozessentwicklungssystemen bieten wir fundierte, wissenschaftlich abgesicherte Beratung im Bereich der angewandten Photochemie an. Zusammen mit unserem Kooperationspartner „Oliveros Consulting“ (Prof. E.Oliveros und Prof. A.M. Braun) vermitteln wir Ihnen umfassende und detaillierte Kenntnisse zu den photochemischen Verfahren und begleiten Sie bei Ihrer Prozessentwicklung auf Anfrage beratend.

 

Weitere Informationen & Beratung


Gerne geben wir Ihnen weitere Informationen und helfen Ihnen bei der Konfiguration des MPDSEVO weiter.
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