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Reaktor-Engineering

Chemiereaktoren müssen aus Korrosionsgründen oft aus teuren Werkstoffen ausgeführt werden und unterliegen in der Regel auch anspruchsvollen Betriebsbedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur. Die Herausforderungen bei Bioreaktoren (z.B. Fermenter) sind üblicherweise deren große Volumina sowie eine reinigungsfreundliche Gestaltung der Einbauten. Beide Reaktorarten haben in der Regel mehrere Rühraufgaben gleichzeitig zu erfüllen. Das Rührwerk muss nicht nur den Reaktorinhalt intensiv homogenisieren , sondern oft auch Feststoffe suspendieren, Gas dispergieren, Die Zu-oder Abfuhr hoher Wärmemengen stellt eine weitere Herausforderung dar. Solche verfahrenstechnisch anspruchsvolle Anwendungen erfordern eine optimale Abstimmung zwischen dem Rührwerk, dem Behälter und seinen Einbauten. Es handelt sich um eine funktionale Einheit  und darf deshalb nicht alleinstehend betrachtet werden.  Es  macht aus Produktivitäts- und Wirtschaftlichkeitsgründen Sinn, das Rührwerk nicht nur an einen vorab festgelegten Behälter anzupassen, sondern  zusammen mit dem Betreiber und Apparatebauer ein optimales Gesamtkonzept  zu erarbeiten. Idealerweise beginnt diese Zusammenarbeit schon während einer frühen Projektphase,   zu der noch die Möglichkeit der Durchführung von Rührversuchen im Labor- und Technikumsmaßstab besteht und auf deren Basis dann ein sicheres Scale-up auf den Betriebsmaßstab durchgeführt werden kann.

Die konstruktive und mechanische Auslegung von begasten Chemie- und Bioreaktoren  ist besonders anspruchsvoll, weil die oft hohen volumenspezifischen Leistungseinträge zu einer sehr komplexen, dynamischen Belastung der Behältereinbauten, wie z.B. Stromstörer, Wärmetauschern  oder Dosiereinrichtungen, führen.

EKATO ermittelt deshalb  hydraulikbasierte Kenngrößen (wie z.B. die hydraulische Belastung von Wärmetauschern) entweder durch numerische Strömungssimulation (CFD) und durch Messungen im Technikums- und Betriebsmaßstab. Hierzu stehen EKATO spezielle Versuchseinrichtungen zwischen 1 m³ bis 100 m³ zur Verfügung. Die so gewonnen Informationen sind zur statischen und dynamischen Dimensionierung sowie zur resonanzsicheren Auslegung des Hydrierreaktors und seiner Einbauten unabdingbar. Die darauf folgende mechanische Auslegung des Reaktors führt EKATO unter Verwendung der Finite-Elemente-Simulation ebenfalls im eigenen Haus durch. 

Bei der Reaktorauslegung und späteren Lieferung der gesamten Reaktoreinheit müssen verschiedene Disziplinen eng zusammenarbeiten, um einen zuverlässigen und sicheren Betrieb mit den geforderten Ausbeuten zu gewährleisten. Nach der Definition der Anforderungen werden zunächst die Reaktorgeometrie und das optimale Rührsystem festgelegt. Bei Bedarf erfolgt die Auslegung des Wärmetauschers inklusive des primären Wärmetauscherkreislaufs. Die Zufuhr- und Abzugspunkte werden relativ zum Rührsystem optimal  positioniert. Aus den Betriebsdaten des Rührwerks ergeben sich die dynamischen Lasten, die der Apparatekonstrukteur bei der praktischen Umsetzung neben den Druckverhältnissen berücksichtigen muss.

Somit übernimmt EKATO mit dem Reaktor-Engineering neben der verfahrenstechnischen Verantwortung zur Sicherstellung der geforderten Ausbeuten auch die mechanische Verantwortung für die   betriebssichere Auslegung des Reaktors, die konstruktive Verantwortung, das Schnittstellenmanagement, das Expediting von Fertigungsqualität  und Terminen und sorgt für eine regelwerkskonforme Dokumentation.  Bei Bedarf werden Probemontagen und mechanische Probeläufe (FAT) im Rahmen der Abnahme durchgeführt. Üblicherweise erfolgt die Montage und Inbetriebnahme vor Ort im Beisein von EKATO Personal als Supervisor, ggfls in Abstimmung mit dem Kunden auch als durchführende Partei. 

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