Dipl.-Ing. Jörg Brozio

Chromatographische Trennverfahren gewinnen vor allem im Bereich der Pharmazie und der Biotechnologie zunehmend an Bedeutung. Dies liegt vor allem an der sehr produktschonenden Art der Trennung und der Möglichkeit, auch sehr schwierige Trennungen durchführen zu können.

Im Labormaßstab wird die Chromatographie seit Jahrzehnten als Analysemethode im klassischen Batch-Modus betrieben. Dies ist für präparative Zwecke in der Regel unerwünscht und so wurden im Laufe der Jahre mehrere kontinuierliche Verfahren entwickelt.

Bei der hier betrachteten annularen Chromatographie wird ein zylindrischer Spalt mit einem porösen Feststoff (Adsorbens) gefüllt und um die vertikale Achse rotiert. Der Feed wird am Kopf des Spaltes punktförmig aufgegeben. Der Eluent wird auf dem Rest des Umfanges verteilt, ebenfalls von oben zugegeben. Durch die Rotation des Feststoffes und dessen selektive Trennwirkung kommt es zur Ausbildung von spiralförmigen Banden als Konzentrationsprofile. Die zu trennenden Komponenten können unten an verschiedenen ortsfesten Austrittswinkeln abgezogen werden. Ein wesentlicher Vorteil der annularen Chromatographie gegenüber anderen kontinuierlichen, chromatographischen Trennverfahren liegt damit in der einfachen Durchführbarkeit von Mehrkomponententrennungen.

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll der annulare Chromatograph als chemischer Reaktor betrieben werden, so daß eine Kopplung von chemischer Reaktion und Stofftrennung in einem einzigen Apparat erreicht werden kann. Dies kann insbesondere bei Gleichgewichtsreaktionen und Reaktionen mit Produkthemmung von Vorteil sein, da durch die Abtrennung der Produkte die Reaktionsgeschwindigkeit gesteigert werden kann oder durch Verhinderung der Rückreaktion größere Umsätze als bei Erreichen des chemischen Gleichgewichtes erzielt werden können.

Als Beispielreaktion ist die Invertierung von Saccharose zu Fruktose und Glukose geplant.

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines auf physiko-chemischen Grundlagen basierenden Rechenmodells, mit dem man von einer kleinen Batch-Säule auf einen größeren Ringspaltchromatographen hochrechnen kann. Es wird angestrebt, das Trenn- und Ausbeuteverhalten eines annularen, chromatographischen Reaktors als Funktion der Systemeigenschaften (Reaktionskinetik, Stofftransport, Adsorptionsgleichgewicht) vorausberechnen zu können.

Dabei gilt es zusätzlich zu bisher durchgeführten Untersuchungen am kleinen Ringspalt, auch den Einfluß eines Temperaturprofils bei dem betrachteten, von innen beheizten Reaktor, zu berücksichtigen.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Untersuchung von Strömungsnichtidealitäten, die bei größeren Spaltbreiten verstärkt auftreten und durch hohe Viskositätsunterschiede zwischen Feed und Eluent, sowie eine starke Temperaturabhängigkeit der Viskosität bei Zuckerlösungen noch zusätzlich erhöht werden können.

Es werden experimentelle und theoretische Arbeiten zur Bestimmung der radialen Temperaturverteilung und des radialen Geschwindigkeitsprofils durchgeführt.

Weitere Informationen zum Thema "Präparativer, annularer Chromatographischer Reaktor" finden Sie bei Dipl.-Ing. Ralf Herbsthofer.