Glossar
Scale up
Bei der Entwicklung eines neuen Produktes wird in der Regel zunächst im Labor ein chemischer Syntheseweg ermittelt. Im Vordergrund stehen hierbei stoffliche Aspekte wie die Optimierung der Reaktionsparameter hinsichtlich Qualität und Ausbeute. Fragestellungen der Anlagensicherheit stehen in diesem Stadium nicht im Mittelpunkt der Untersuchungen.
Da bereits im Labor die Weichen für die spätere Prozessführung gestellt werden, muss auch die sichere Durchführung im technischen Maßstab im Blick behalten werden. Ein wesentlicher Aspekt bei der Maßstabsvergrößerung einer chemischen Reaktion ist, dass sich die Wärmebilanz entscheidend verändern kann. Dies gilt bereits bei der Übertragung eines neuen Verfahrens aus dem Labor- in den Technikumsmaßstab, bei der ein Faktor 1000 in der Maßstabsvergrößerung nicht unüblich ist.
Reaktionen können im Betrieb außer Kontrolle geraten, auch wenn sie im Labor gut beherrscht werden. Für ein Reaktionsbeispiel mit der Brutto-Reaktionswärme 360 kJ kg -1 sind in der nachfolgenden Tabelle die wichtigsten thermischen Daten bei einer Reaktionstemperatur von 80 °C zusammengestellt. Labor- und Technikumsmaßstab werden verglichen.
| Labor | Technikum / Betrieb |
Reaktorgröße | 1 Liter | 1 m 3 |
Kühlfläche | 0,046 m 2 | 4,4 m 2 |
Wärmeverlust zur Umgebung | 0,06 kW | 6 kW |
Wärmeverlust zur Kühlung | 0,69 kW | 66 kW |
Reaktionsleistung bei 3 Stunden Dosierzeit | 0,03 kW Heizen erforderlich | 33 kW Kühlung ausreichend |
Reaktionsleistung bei 2 Stunden Dosierzeit | 0,05 kW keine Kühlung | 50 kW Kühlung ausreichend |
Reaktionsleistung bei 1 Stunde Dosierzeit | 0,1 kW Kühlung ausreichend | 100 kW Kühlung unzureichend |
Aus den der Tabelle ergibt sich, dass bei einer Vergrößerung des Maßstabs um den Faktor 1000 die Kühlleistung nur um den Faktor 100 von 0,69 kW auf 66 kW zunimmt. Die Reaktionsleistung dagegen steigt bei dieser Maßstabsvergrößerung um den Faktor 1000 und nimmt darüber hinaus mit zunehmender Dosiergeschwindigkeit zu. Dies bedeutet, dass in Abhängigkeit von Behältergröße und Dosiergeschwindigkeit im Labor geheizt werden muss, im Technikum dagegen eine Kühlung ggf. sogar nicht ausreichend ist.
