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Modulare Reaktoreinheit Modular reactor unit

Verfahren chemisch (Pharma)
Modulare Reaktoreinheit Modular reactor unit

Die ART-Plattenreaktoren kombinieren die Eigenschaften von kontiuerlichen chemischen Reaktoren mit denen von Plattenwärmeübertragern. Sie zeichnen sich durch hohe Ausbeuten, Sicherheit und Verfügbarkeit sowie eine optimale Energieeffizienz aus. ART plate reactors combine the technology of a plate heat exchanger with a continuously operating reactor. They provide high yields, safety and availability as well as optimum energy efficiency.

Die ART-Plattenreaktoren ermöglichen eine kontinuierliche Herstellung von Fein- und Spezialchemikalien. Interessant sind die Anlagen außerdem für die Biotech- und Pharmaindustrie. Im Vergleich zu klassischen Rührtankreaktoren erlauben die ART-Plattenreaktoren eine schnellere Erweiterung, höhere Ausbeuten und eine bessere Kontrolle der Reaktion. Die Alfa Laval-Plattenreaktoren kombinieren die Eigenschaften von kontinuierlichen chemischen Reaktoren mit denen von Plattenwärmeübertragern. Zwischen den Wärmeübertragungsplatten befinden sich Reaktorplatten, die die Strömungsrichtung beeinflussen. Druckplatten sorgen für den Zusammenhalt. So entsteht eine modulare Reaktoreinheit. Anschlüsse entlang des Reaktionskanals bieten Zugriff auf die Reaktionsmischung; so können Messungen durchgeführt, Proben entnommen und Reaktionspartner hinzugefügt werden. Die mechanische Konstruktion der ART-Reaktoren erlaubt Reaktionen bei Temperaturen von -40 bis +200 °C und Drücken bis 20 bar. Die Produktreihe umfasst Reaktoreinheiten mit Kapazitäten von 0,25 l/h bis zu 1 m³/h. Das heißt: Anwendungen im F&E-Labor sind ebenso abgedeckt wie der Einsatz in der Produktion.

Die Vorteile, die die ART-Plattenreaktoren den Anwendern in der chemischen und pharmazeutischen Industrie bieten, sind vielfältig: Der für den Plattenwärmeübertrager typische, sehr gute Wärmeübergang wird mit einem effizienten Mischprozess kombiniert. Deshalb kann der Ablauf der Reaktionen in der Einheit zuverlässig gesteuert werden. Bestehende Prozesse lassen sich verbessern oder neue Produkte entwickeln. Im Unterschied zu einem Reaktor, der im Chargenbetrieb arbeitet, werden beim Plattenreaktor die Reaktionspartner kontinuierlich eingespeist. Dieses Verfahren ist sicherer, weil das Reaktionsvolumen um bis zu 99 % geringer als bei der Chargenverarbeitung ist. Außerdem müssen bei Reaktoren im Chargenbetrieb die Reaktionspartner mit Lösemitteln verdünnt werden. Im Unterschied dazu arbeiten die ART-Plattenreaktoren mit Ausgangsstoffen in der optimalen Konzentration. Auf diese Weise wird das Entstehen von Nebenprodukten verringert. Es verdampfen keine Lösemittel und die Energiekosten werden reduziert. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass sich die Plattenreaktoren sehr gut automatisieren lassen.
Die in zwei Baugrößen erhältlichen Reaktoren können sehr gut an unterschiedliche Prozess- bzw. Leistungsanforderungen angepasst werden. Hierfür kann der Anwender auf verschiedene Plattengrößen zurückgreifen. Außerdem lässt sich der Reaktor mit einer unterschiedlichen Anzahl von Platten betreiben. Letztere stehen in den Werkstoffen 316 L, Hastelloy oder PEEK zur Verfügung. Auch in puncto Reinigungsfreundlichkeit erfüllen die ART-Reaktoren höchste Ansprüche, denn sie sind binnen weniger Minuten zerlegt und wieder zusammengebaut.
Ein Blick in die Geschichte
Die ART-Reaktortechnologie basiert auf Alfa Lavals umfassendem Know-how auf dem Gebiet der Wärmeübertragung und Fluiddynamik. In den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts leistete Alfa Laval Pionierarbeit bei der Entwicklung von Plattenwärmeübertragern. Damals nutzte man diese Anlagen hauptsächlich zur Pasteurisierung von Milch, Bier etc. Später eroberten sich die Anlagen auch andere Industriezweige wie die chemische und pharmazeutische Industrie. Möglich wurde dies durch neue Plattenwerkstoffe und Fertigungsverfahren. Die fortlaufende Weiterentwicklung der Plattenwärmeübertrager führte zu den ART-Plattenreaktoren. Bei der Entwicklung und Erprobung dieser Reaktoren arbeitete Alfa Laval mit verschiedenen europäischen Universitäten zusammen. Prototypen des ART-Plattenreaktors wurden bereits erfolgreich bei Astra Zeneca (Schweden), Perstorp AB (Schweden), Arkema (Frankreich) und DSM Pharma (Holland) getestet.
ART plate reactors make the continuous production of fine and special chemicals a reality, and they also represent an attractive alternative for the pharmaceutical industry. Compared with traditional stirred-tank reactors, ART plate reactors allow rapid expansion, higher yields and better control of the reaction. Alfa Laval plate reactors unite the properties of continuous chemical reactors with those of plate heat transfer units. Located between the heat transfer plates are reactor plates which influence the flow direction. Pressure plates ensure the assembly stays securely together and the whole forms a modular reactor unit. Connections along the reaction channel provide access to the reaction mixture, which allows measurements to be made, samples to be taken and reactant substances to be added. The mechanical design of the ART plate reactors permits reactions at temperatures from -40 to +200 ºC and pressures up to 20 bar. The product range includes units with capacities from 0.25 to 1 m³/h, which means that applications in the R&D laboratory are covered just as efficiently as immediate use in actual production. The advantages offered by ART plate reactors to users in the chemical and pharmaceutical industries are many and varied. The very good heat transfer capacities typical of the plate heat transfer unit are combined with a highly efficient mixing process, which in turn means that the sequence of reactions in the unit can be reliably controlled. Existing processes can be improved and new products developed. In contrast to a reactor working in batch operation, the reaction partner substances are continuously fed into the ART plate reactor. This method is safer because the reaction volume is up to 99 % less than with batch processing. Furthermore, the reaction partner substances must be diluted with solvents in reactors for batch operation. ART plate reactors, on the other hand, work with source materials in the optimum concentration, enabling the occurrence of by-products to be reduced. No solvents are evaporated and energy costs are lower. Another point in their favour is that ART plate reactors can be easily automated. The reactors, which are available in two sizes, can be readily adapted to varying process or performance requirements. Users can resort to different plate sizes for this purpose. In addition, the reactor can be used with a different number of plates. These can be supplied in various materials: 316 L, Hastelloy or PEEK. And when it comes to ease of cleaning, ART reactors are convenient because they can be dismantled and reassembled in a matter of minutes.
A short history
The advanced reactor technology is based on Alfa Laval’s vast know-how in the field of heat transfer and fluid dynamics. Back in the 1930s, the company carried out pioneering work in the development of plate heat transfer systems. In those days such systems were used primarily to pasteurise milk, beer and so on, while later on they also came into their own in other branches of industry such as chemicals and pharmaceuticals. All this became possible thanks to new plate materials and manufacturing processes. Ongoing further development of the plate heat transfer devices has now led to the ART plate reactors. When developing and testing this reactor type, Alfa Laval worked closely with a number of European universities. Prototypes of the ART plate reactor have already been successfully tested at Astra Zeneca (Sweden), Perstorp AB (Sweden), Arkema (France) and DSM Pharma (Netherlands).
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