Micro-Components

Neue Vornorm zur Ex-Sicherheit von Mikroreaktoren: DIN SPEC 12981

Dr. Burkhard Winter*)

Bild 1: Mikroreaktor aus Edelstahl. (Bild: BAM)
Die chemische Mikroverfahrenstechnik beschäftigt sich mit der Entwicklung, Fertigung und Anwendung miniaturisierter Apparate für die Herstellung chemischer Zwischen- und Endprodukte. Mikroreaktoren öffnen die Tür für eine klein dimensionierte, vor Ort und nach Bedarf erfolgende Produktion von schwierigen Substanzen zu geringeren Kosten und mit einem niedrigeren Risiko im Vergleich zu konventionellen Methoden.

Lange Zeit wurde in Fachkreisen erörtert, wie sicher solche mikroverfahrenstechnische Apparate beim Betrieb mit explosionsfähigen Gasgemischen sein können. Jüngste Forschungsergebnisse, u.a. aus der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), dem Institut für Technische Chemie der Universität Stuttgart und der BASF SE haben gezeigt, dass mikrostrukturierte Reaktoren nicht inhärent sicher sind, dass jedoch der Bereich der sicheren Betriebsbedingungen gegenüber konventionellen Reaktoren erweitert ist. Beim Betrieb von Mikroreaktoren mit explosionsfähigen Gasmischungen, z.B. Ethylen/Sauerstoff, kann der Explosionsbereich durch die Mikrostrukturen eingeengt werden.

Auf Basis der im Literaturhinweis [1] im Detail beschriebenen Untersuchungen wurde die DIN Vornorm DIN SPEC 12981 erarbeitet und im August 2012 veröffentlicht [2]. Dieser Entwurf für eine forschungsnahe Vornorm beschreibt eine Methode zur sicherheitstechnischen Prüfung von Mikroreaktoren und mikrostrukturierten Komponenten, die im Explosionsbereich betrieben werden sollen. Untersucht wird ein möglicher Flammendurchschlag durch den Mikroreaktor in eine makroskopische Sekundärkammer hinter dem Mikroreaktor. Hierzu wird der Versuchsaufbau mit der explosionsfähigen Gasmischung geflutet und die Gasmischung in der makroskopischen Primärkammer vor dem Mikroreaktor gezündet, so dass eine Deflagration entsteht, die sich nur im Fall eines Flammendurchschlags durch den Mikroreaktor in die Sekundärkammer ausbreitet.

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Bild 1 zeigt einen im Literaturhinweis [1] verwendeten Mikroreaktor aus Edelstahl; die Katalysatorschicht wurde zur besseren optischen Wahrnehmung gelb eingefärbt. Bild 2 zeigt schematisch den Versuchsaufbau für die in der Vornorm beschriebene Prüfung. Die zu untersuchende Mikrostruktur befindet sich zwischen der makroskopischen Primär- und Sekundärkammer. Primär- und Sekundärkammer können z.B. Rohre mit einem Innendurchmesser von ca. 40 mm sein. P1 bis P8 bezeichnen die Sensoren, die zur Detektion der Explosion verwendet werden, z.B. geeignete Drucksensoren. Wir danken der BAM für die Verfügungstellung der Bilder und wertvolle Beiträge bei der Erarbeitung der Vornorm.

Die in DIN SPEC 12981 beschriebenen Untersuchungen müssen in geeigneten Räumlichkeiten durch entsprechend qualifiziertes Fachpersonal stattfinden, die eine sichere Durchführung von Explosionsprüfungen einschließlich der notwendigen Fernüberwachung und Fernbedienung ermöglichen.

Der Entwurf zur Vornorm wurde im Gemeinschaftsausschuss „Mikroverfahrenstechnik“ der beiden Normenausschüsse „Laborgeräte und Laboreinrichtungen“ (FNLa) und „Chemischer Apparatebau“ (FNCA) erarbeitet und im Beuth Verlag (www.beuth.de) veröffentlicht. Stellungnahmen aus der Fachöffentlickeit werden bis zum 31. Dezember 2012 erbeten. Der Entwurf kann wie üblich auf dem Normentwurfsportal des DIN (www.entwuerfe.din.de) kostenfrei eingesehen und kommentiert werden.

Literatur:

  1. Hartmut Hieronymus, Johannes Fischer, Sebastian Heinrich, Christian Liebner, Thomas Lange und Elias Klemm: Sicherheitstechnische Untersuchungen zum Betrieb von Mikroreaktoren im Explosionsbereich; Chemie Ingenieur Technik 2011, 83, No 10, 1742–1747.
  2. DIN SPEC 12981, Mikroverfahrenstechnik – Prüfung mikroverfahrenstechnischer Komponenten mit explosionsfähigen Gasgemischen; Bezugsquelle: http://www.beuth.de.

*)Dr. Burkhard Winter

  1. DIN Normenausschuss Laborgeräte und Laboreinrichtungen, DECHEMA-Haus, Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main, E-Mail: din@dechema.de

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