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Mikroverfahrenstechnik

Chemische Mikroverfahrenstechnik




Mit der fortschreitenden Miniaturisierung technischer Abläufe und Prozesse - vgl. Nanotechnologie, Lab-on-a-Chip etc. - spielt die Erforschung von Prozessen im Mikro- und Nanobereich und deren technische Umsetzung eine immer größere Rolle. Die Mikroverfahrenstechnik als technisch orientierter Teilbereich aus Chemie und Physik behandelt in diesem Sinne chemische und physikalische Prozesse in Theorie und Praxis, die sich innerhalb kleiner und kleinster Volumina abspielen.

Die Entwicklung der Mikroverfahrenstechnik begann um die 1980er Jahre herum, als erstmals mechanische Mikrobearbeitungsverfahren in Form von kompakten Wärmetauschern für die Gewinnung von Uran-Isotopen beim Forschungszentrum Karlsruhe eingesetzt wurden. Im Laufe der Zeit wurden bis heute verschiedene mikrostrukturierten Reaktoren - kurz: Mikroreaktoren - entwickelt, die als einzigartige Vorteile unter anderem die sehr gute Wärmeübergang aufgrund des großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen und die sehr gute Stoffübergang aufweisen.

Die guten Wärmeübertragungseigenschaften ermöglichen eine exakte Temperatursteuerung der Reaktionen. Beispielsweise können stark exotherme Reaktionen nahezu isotherm durchgeführt werden, wenn der Mikroreaktor einen zweiten Satz von Mikrokanälen enthält, die als Kühlkanäle mit entsprechenden Kühlfluiden arbeiten, und die von den Reaktionskanälen getrennt sind. Darüber hinaus ist es möglich, die Temperatur eines Mikroreaktors sehr schnell zu ändern, um gezielt ein nicht-isothermes Verhalten zu erreichen.

Die Mikroverfahrenstechnik erlaubt auch effizientes Mischen der Reaktanten in sehr kurzen Zeiten, typischerweise im Millisekunden-Bereich.

Ziel der Mikroverfahrenstechnik ist durchaus die Herstellung chemischer Produkte. Herkömmliche Batch-Prozesse, also Herstellungsmethoden, bei der die Produkte innerhalb eines bestimmten Zeitraums in einer bestimmten Menge hergestellt werden, scheinen hierfür im Hinblick auf die Menge zunächst besser geeignet. Tatsächlich erfolgt die mikroverfahrenstechnische Produktion jedoch im Durchlauf durch einen Mikroreaktor bzw. besser durch eine Serie von Reaktionskammern: Während die Abmessungen der einzelnen Kanäle klein sind, kann eine spezielle Vorrichtung zur Mikroverfahrenstechnik - der Mikrostrukturreaktor - viele tausend solcher Kanäle enthalten und eine Gesamtgröße von mehreren Metern erreichen. Das Ziel der Mikroverfahrenstechnik ist in erster Linie nicht nur die Miniaturisierung von Produktionsanlagen, sondern vor allem die Steigerung der Ausbeuten und der Selektivitäten chemischer Reaktionen und damit die Senkung der Kosten der chemischen Produktion.

Der Durchsatz ist im Resultat hoch genug, um die Mikroverfahrenstechnik zu einem Werkzeug für die chemische Produktion zu machen.

Das Teilgebiet der Mikroverfahrenstechnik, welches sich mit chemischen Reaktionen befasst, die in den Mikroreaktoren durchgeführt werden, wird auch als Mikroreaktionstechnik bezeichnet.

Nachfolgend sind einige externe Informationsquellen aufgeführt, die weitere Informationen und Angebote zur Mikroverfahrenstechnik liefern. Für deren Inhalte sind die jeweiligen Seitenbetreiber verantwortlich!



Inhalt, Gliederung


Vorlesungsskripten und Vorlesungsmaterialien
Praktikumsskripten, praktische Anleitungen
Dissertationen
Institute und Forschungseinrichtungen
Organisationen, Verbände
Firmen und Produkte



Vorlesungsskripten und Vorlesungsmaterialien


Mikroreaktionstechnik in der Organischen Synthese
Skript zur Organischen Chemie - Format: PDF

Mikrostrukturreaktoren
Skript: Modellierung von Mikrostrukturreaktoren. Universität Karlsruhe - Format: PDF



Praktikumsskripten, praktische Anleitungen


Druckverlust
Druckverlustcharakterisierung mikrofluidischer Bauteile. TU Chemnitz - Format: PDF

Mikroreaktionstechnik Praktikum
Mikropraktikum: Projekt mehrerer Universitäten

Mischeffizienz
Vergleich der Mischeffizienz verschiedener Mikromischer. TU Chemnitz - Format: PDF

Verweilzeit
Untersuchung der Verweizeitcharakteristik mikrofluidischer Bauteile. TU Chemnitz - Format: PDF



Dissertationen


Beitrag zur Grünen Chemie
Anwendung der Mikroreaktor-Technologie und neuartiger heterogener Palladium(0)-Katalysatoren auf Graphitoxid-Basis. Dissertation, 2009. Universität Freiburg

Mikroreaktionstechnik als Syntheseverfahren
… zur Darstellung von innovativen Materialien. Dissertation, 2008. Universität Marburg

Mikroreaktionstechnische Module
Entwicklung von mikroreaktionstechnischen Modulen für die Anwendung im chemischen Labor. Doktorarbeit, 2009. Universität Jena



Institute und Forschungseinrichtungen


IMTEK
Das Institut für Mikrosystemtechnik, IMTEK, an der Universität Freiburg deckt mit insgesamt 18 Professuren und 200 Mitarbeitern nahezu alle relevanten Fachgebiete in dem interdisziplinären Gebiet der Mikrosystemtechnik ab

Institut für Mikroverfahrenstechnik
wurde im Juli 2001 gegründet, um neuartige Mikrostrukturen für eine technologische Erneuerung der Verfahrenstechnik nutzbar zu machen. KIT



Organisationen, Verbände


Industrieplattform Mikroverfahrenstechnik - MicroChemTec
Die Industrieplattform Mikroverfahrenstechnik widmet sich der Förderung der Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Technik auf dem Gebiet der Mikroverfahrenstechnik. Schwerpunkte der Arbeit sind u.a. die Modularisierung in der Mikroverfahrenstechnik, die Standardisierung von Schnittstellen, die Identifizierung und Definition fehlender Bausteine und Charakterisierungsmethoden und das Aufzeigen von Forschungsfeldern auf dem Gebiet der Mikroverfahrenstechnik



Firmen und Produkte


Institut für Mikrotechnik Mainz, IMM
Jetzt Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM

Microinnova Engineering GmbH
... entwickelt chemische und verfahrens-technische Prozesse in mikrostrukturierten Apparaten

 


Aktualisiert am 03.02.2020.



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