Additiv gefertigter SMX-Mischer, bewertet durch CFD-Simulation (links) und Computertomographie (rechts)
Quelle: BAM
Die Prozessindustrie erprobt derzeit den Einsatz der „Modularen Produktion“. Damit können für die Produktion von hochwertigen Spezialchemikalien oder pharmazeutischen Grundstoffen zukünftig Standardbauteile („Produktionsmodule“) zu optimalen Produktionseinheiten kombiniert werden. Die Rüstzeiten für neue Produkte lassen sich so enorm reduzieren, und man kann bereits Kilo bis Tonnen dieser Produkte im Containermaßstab produzieren.
In unserer Arbeit wurde auf Basis von Numerischer Strömungsdynamik (CFD-Design) ein 3D-gedruckter keramischer Mischer mit nur fünf Millimeter Durchmesser entwickelt, der zugleich eine Messzelle für ein Kernspin-Spektrometer (NMR) ist und in dieses eingebaut wird. Hiermit lassen sich schnelle chemische Reaktions- und Mischungsprozesse untersuchen, die nach wenigen Sekunden abgeschlossen sind. Wenn eine solche Einheit als Produktionsmodul genutzt wird, kann die Produktion von Chemikalien in Echtzeit optimiert und gesteuert werden, da das NMR-Spektrometer online zur Qualitätskontrolle genutzt wird.
In diesem Zusammenhang wird auch das Konzept des „Digitalen Zwillings“ erprobt. Damit erhofft man sich in Zukunft die Gestaltung und die Konstruktion maßgeschneiderter Produktionsmodule, da das gesamte Wissen dazu digital in Modellen hinterlegt ist.
Design and validation of an additively manufactured flow cell–static mixer combination for inline NMR spectroscopy
Martin Bornemann, Simon Kern, N. Jurtz, Tobias Thiede, M. Kraume, Michael Maiwald, erschienen in Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 58, Issue 42, Seiten 19562-19570, 2019
BAM, Fachbereich Prozessanalytik, Fachbereich Mikro-ZfP