Prozessanalytik & Messtechnikentwicklung

In diesem Forschungsbereich werden schnelle spektroskopische und kalorimetrische Messtechniken entwickelt und als inline- und online-Prozessanalytik bei der Auslegung, Diagnostik und Steuerung chemischer Prozesse sowie bei der Charakterisierung von schnellen Umsetzungen eingesetzt.

Prozessauslegung und Prozessdiagnostik

Am Fraunhofer ICT wird inline- bzw. online-Prozessanalytik bei der Auslegung und Optimierung von chemischen Prozessen eingesetzt. Dies geschieht in Form von schwingungsspektroskopischen (Raman-, Mittel- und Nahinfrarotspektroskopie) und absorptionsspektroskopischen (UV/Vis) Methoden, die einzeln oder miteinander kombiniert an den chemischen Prozess adaptiert werden. Mit diesen Analysedaten können die Prozesse gezielt optimiert, hohe und gleichbleibende Produktqualitäten erzielt und letztendlich Prozesskosten gesenkt werden.

Insbesondere unter Anwendung der Mikroreaktionstechnik können Prozesse mittels adaptierter Prozessanalytik mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung verfolgt werden. Dies ermöglicht im Bereich der Prozessentwicklung ein systematisches Screening unterschiedlicher und z. T. bislang nicht zugänglicher Prozessparameter. Neben der Prozessdiagnose und -optimierung werden prozessanalytische Daten auch für die aktive Steuerung und Kontrolle chemischer Prozesse verwendet. Dies geschieht sowohl bei der Qualitätskontrolle als insbesondere auch im Hinblick auf die Prozesssicherheit, dem frühzeitigen Erkennen und Entgegenwirken kritischer Prozesszustände.

© Foto Fraunhofer ICT

Fraunhofer MAVO »KompLas«

Kompakte breitbandig abstimmbare Infrarot-Laserquellen für spektroskopische Prozesskontrolle und Diagnostik

© Foto Fraunhofer IAF

Im Rahmen des Projekts wird ein kompaktes und prozesstaugliches Messsystem im mittleren infraroten Spektralbereich entwickelt. Es basiert auf einer neuartigen, schnell abstimmbaren, miniaturisierten IR-Laserquelle, die auf der Kombination von Quantenkaskadenlasern (QCL) mit optischen Mikrogittern (MOEMS) beruht. Dadurch wird unter anderem eine hohe spektrale Leistungsdichte und hohe Scangeschwindigkeit erzielt. Das Inline-Analysesystem wird in anspruchsvollen Anwendungen wie der chemischen Prozesskontrolle, der Lebensmittelqualitätssicherung sowie der Atemwegs- und Aerosoldiagnostik evaluiert. Der Einsatz in der chemischen Prozesskontrolle in der Fein- und Spezialitätenchemie erfolgt am Fraunhofer ICT. Eine reaktions-und verfahrenstechnische Prozessintensivierung und Prozessoptimierung wird durch den Einsatz der neuartigen, leistungsfähigen MIR-Inline-Prozessanalytik in Kombination mit kontinuierlicher Prozesstechnik erzielt.

Kontinuierliche Reaktionskalorimetrie

Am Fraunhofer ICT werden kontinuierlich betriebene Reaktionskalorimeter auf Basis von Mikroreaktoren entwickelt, die ein schnelles Screening von thermokinetischen Kenndaten ermöglichen. Mit dem Messsystem können in kurzer Zeit Prozessparameter variiert und die Auswirkungen auf die Wärmeentwicklung und thermische Umsetzung in Echtzeit erfasst werden. Der Einfluss einzelner Prozessparameter (zum Beispiel Konzentration, Stöchiometrie, Einsatz alternativer Reaktanden, Temperatur, Verweilzeit) auf die Reaktionsgeschwindigkeit kann direkt anhand des veränderten Wärmesignals verfolgt und quantifiziert werden. Auf Grund des kleinen Reaktorvolumens können neben einem schnellen Screening relevanter Prozessparameter auch kritische Prozesszustände (»worst case« Szenarien) bei minimalem Substanzverbrauch gezielt und sicher untersucht werden.

Für die Eigenforschung unserer Kunden bieten wir das Messsystem mit gewünschter Spezifikation und Ausstattung an. Für spezielle Reaktionsprozesse und neue Anwendungsbereiche realisieren wir die kundenspezifische Weiterentwicklung des kalorimetrischen Messsystems. Die örtliche und zeitliche Auflösung der Wärmestrommessung kann dabei für die vorgesehene Anwendung angepasst werden.

© Foto Fraunhofer ICT

Messtechnikentwicklung

Wir entwickeln Hard- und Softwarelösungen für optische und spektroskopische Anwendungen, die von der Bewegungsanalyse über die Charakterisierung von Verbrennungsvorgängen bis hin zur Prozessanalytik und -regelung reichen, und unterstützen bei der Lösung messtechnischer Problemstellungen.