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Title:
METHOD FOR TEMPERING GASEOUS, LIQUID OR BULK MATERIAL-SHAPED MEDIUMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/054129
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for tempering gaseous, liquid or bulk material-shaped mediums consisting at a first stage in mixing a temperable medium with a substance which is inert to said medium and passes, during a temperature adjustment, through a phase change or, when it is embodied in the form of a bulk material-shaped substance, is passed through by said temperable medium. Afterwards, a heat is transmitted from the temperable medium to the substance or from the substance to the temperable medium in such a way that the substance changes the phase by said heat transmission.

Inventors:
SCHARDEY ARND (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/002653
Publication Date:
June 16, 2005
Filing Date:
December 02, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SCHARDEY ARND (DE)
International Classes:
B01J8/02; B01J8/18; B01J13/02; B01J19/00; (IPC1-7): C01B33/00
Foreign References:
US2846421A1958-08-05
US2244612A1941-06-03
US4508101A1985-04-02
US6270836B12001-08-07
US4070286A1978-01-24
US6479146B12002-11-12
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Temperierung von gasförmigen, flüssigen oder schüttgutförmigen Medien, das folgende Schritte umfasst : A i) Mischen einer Substanz, die nicht mit dem zu temperierenden Medium rea giert und die bei der einzustellenden Temperatur einen Phasenwechsel durchläuft, mit dem zu temperierende Medium, oder ii) Durchströmen der als Schüttung vorliegenden Substanz mit dem zu tempe rierenden Medium, worauf B eine Wärmeabgabe von dem zu temperierenden Medium an die Substanz oder von der Substanz an das zu temperierende Medium folgt, wobei die Substanz aufgrund der Wärmeübertragung die Phase wechselt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Schritt B die Substanz wieder aus dem zu temperierenden Medium abgetrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz nach dem Abtrennen aus dem zu temperierenden Medium durch Wärmezufuhr oder Wärmeab gabe wieder in die Phase zurückgeführt wird, mit der sie in Schritt A in das zu tem perierende Medium verteilt und/oder gemischt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sub stanz bei einer konstanten Temperatur oder innerhalb eines konstanten Temperatur bereiches die Phase wechselt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sub stanz eine Temperatur aufweist, die bei Wärmeabgabe von dem zu temperierenden Medium an die Substanz unterhalb der Temperatur liegt oder gleich der Temperatur ist, bei der der Phasenwechsel erfolgt, und bei Wärmeabgabe von der Substanz an das zu temperierende Medium oberhalb der Temperatur liegt oder gleich der Tempe ratur ist, bei der der Phasenwechsel erfolgt, wenn sie mit dem zu temperierenden Medium in Kontakt gebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Wärmeaufnahme durch die Substanz ein Phasenwechsel der Substanz von fest nach fest, von fest nach flüssig, von flüssig nach gasförmig oder von fest nach gasförmig erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Wärmeabgabe durch die Substanz ein Phasenwechsel der Substanz von fest nach fest, flüssig nach fest, von gasförmig nach flüssig oder von gasförmig nach fest er folgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sub stanz von einer Hülle umgeben ist und/oder in Form von Mikrokapseln vorliegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle ein Träger für Katalysatoren ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sub stanz durch Verwirbeln, Rühren oder Einsprühen im zu temperierenden Medium ver teilt ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz bei Einsatz zusätzlicher Wärmetauscher zum Ausgleich von Temperatur schwankungen verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einer Reaktion benötigte oder freiwerdende Wärme durch die Substanz abgegeben oder von ihr aufgenommen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Reakti onsmedien vor der Zugabe in einen Reaktor, in dem eine Reaktion durchgeführt wird, durch die Substanz, temperiert werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass Reakti onsmedien in einem Reaktor durch die Substanz temperiert werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass tempe raturempfindliche Medien bei Lagerung und Transport durch die Substanz temperiert werden.
Description:
Verfahren zur Temperierung von gasförmigen, flüssigen oder schüttgutförmigen Medien Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung von gasförmigen, flüssigen oder schüttgutförmigen Medien, insbesondere bei der Durchführung von Reaktionen oder beim Transport solcher Medien.

Aus dem Bereich der Textiltechnik ist es bekannt, Textilbahnen zur thermischen Isolierung Substanzen beizugeben, die bei Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe die Phase wechseln.

Diese Substanzen werden im Folgenden als phasenwechselnde Substanzen bezeichnet. Um diese phasenwechselnden Substanzen in Textilbahnen verarbeiten zu können, sind diese von einer Hülle umgeben und liegen als Mikrokapseln vor. Bei Textilbahnen, die zur Her- stellung von Bekleidungsstücken eingesetzt werden, werden als phasenwechselnde Sub- stanzen vorzugsweise Paraffine eingesetzt, die bei Körpertemperatur die Phase wechseln.

Solche im Bereich der Textiltechnik eingesetzte, als Mikrokapseln vorliegende phasen- wechselnde Substanzen sind zum Beispiel aus US 6,004, 662 oder US 6,077, 597 bekannt.

Diese phasenwechselnden Substanzen sind zwischen zwei Stoffbahnen eingearbeitet, wo- bei die Einarbeitung der Substanzen derart erfolgt, dass diese ihre Position nicht ändern.

Durch die Einarbeitung der mikrogekapselten phasenwechselnden Substanzen zwischen zwei Stoffbahnen erfolgt kein direkter Kontakt mit dem zu temperierenden Medium. Über- trägt man dieses Prinzip der Temperierung auf andere Anwendungsgebiete, z. B. die Tem- peraturkontrolle bei chemischen Realctoren, bedeutet das, dass man beispielsweise einen chemischen Reaktor umhüllen würde. Dieses Prinzip entspricht jedoch bereits verwirklich- ten Verfahren zum Heizen oder Kühlen von Realctoren, bei denen Wärme über die Reak- torwand zu-oder abgeführt wird. Dies erfolgt derzeit zum Beispiel durch einen Heizpilz oder ein Ölbad und die Kühlung über einen Kühlmantel. Weiterhin werden auch doppel- wandige Reaktoren eingesetzt, bei denen zwischen den Reaktorwänden ein flüssiger oder dampfförmiger Wärmeträger strömt. Der Einsatz von Textilbahnen, die phasenwechselnde Substanzen enthalten und den Reaktor umhüllen, hätte jedoch gegenüber herkömmlichen

Wärmeträgern lediglich den Vorteil, dass keine Temperaturänderung des Wärmeträgers erfolgt. Temperaturgradienten und Temperaturspitzen im reagierenden Medium können hierdurch nicht verhindert werden.

Ein weiteres Gebiet, bei dem mikrogekapselte phasenwechselnde Substanzen eingesetzt werden, ist die Verbesserung der Wärmekapazität von Wärmeträgerflüssigkeiten. Solche Flüssigkeiten werden zum Beispiel als Kühlflüssigkeiten bei der spanenden Metallbearbei- tung eingesetzt. Hierfür geeignete phasenwechselnde Substanzen sind zum Beispiel aus US 5,141, 079 bekannt.

Ein Nachteil des Einsatzes von Wärmeträgern, die phasenwechselnde Substanzen enthal- ten, ist, dass zur Temperierung von gasförmigen, flüssigen oder schüttgutförmigen Medien Wärmetauscher eingesetzt werden müssen. Das zu temperierende Medium und der Wär- meträger sind durch Wände voneinander getrennt. Solche Wärmetauscher sind zum Bei- spiel als Rohrbündelwärmetauscher, Spiralwärmetauscher oder Plattenwärmetauscher aus- gebildet. Insbesondere bei der Temperierung von schlecht wärmeleitenden Medien führt der Aufbau herkömmlicher Wärmetauscher dazu, dass innerhalb des zu temperierenden Mediums Temperaturgradienten auftreten. Dies kann zu einer lokalen Überhitzung des zu temperierenden Mediums führen. Bei exotherm reagierenden Medien kann dies dazu füh- ren, dass bei einer hierdurch in Gang kommenden Reaktion mehr Wärme entsteht, als durch das Wärmeträgermedium abgeführt werden kann. Folglich kann es zu einem unkon- trollierten Durchgehen der Reaktion kommen.

Wie wichtig eine genaue Temperaturkontrolle ist, zeigt sich zum Beispiel bei chemischen Reaktionen in einfacher Weise. So entstehen beispielsweise bei der Umsetzung von Etha- nol in Gegenwart von Schwefelsäure gemäß Organikum, 16. Auflage, VEB Deutscher Ver- lag der Wissenschaften, Berlin, 1986, Seite 219 bei einer Temperatur von 130°C Diethyl- ether und Wasser, bei 180°C Ethylen und Wasser.

Zur thermischen Kontrolle bei chemischen Reaktionen werden, wie vorstehend bereits erwähnt, das Reaktionsgefäß temperiert und die reagierenden Medien durchmischt. Dabei ist eine Übertragung vom Labormaßstab in den Produktionsmaßstab häufig aufwändig.

Der Einsatz von phasenwechselnden Substanzen zur thermochemischen Prozesskontrolle ist nicht bekannt.'

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem eine gleichmäßige Temperierung des zu temperierenden Mediums unter Minimierung von Temperaturgradienten erfolgt.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Temperierung von gasförmigen, flüssigen oder schüttgutförmigen Medien, das folgende Schritte umfasst : A i) Mischen einer Substanz, die nicht mit dem zu temperierenden Medium reagiert und die bei der einzustellenden Temperatur einen Phasenwechsel durchläuft, mit dem zu temperierenden Medium, oder ii) Durchströmen der als Schüttung vorliegenden Substanz mit dem zu temperie- renden Medium, worauf B eine Wärmeabgabe von dem zu temperierenden Medium an die Substanz oder von der Substanz an das zu temperierende Medium folgt, wobei die Substanz aufgrund der Wärmeübertragung die Phase wechselt.

Es ist bekannt, dass bei einem Phasenwechsel von fest nach flüssig, von flüssig nach gas- förmig oder von fest nach gasförmig von der Substanz eine große Wärmemenge bei kon- stanter Temperatur aufgenommen wird. Ebenso wird durch einen Phasenwechsel von flüs- sig nach fest, von gasförmig nach flüssig oder von gasförmig nach fest eine große Wär- memenge von der Substanz bei konstanter Temperatur abgegeben. Auch bei Phasenwech- seln von fest nach fest, wie sie zum Beispiel bei Kristallumstrukturierungen auftreten, wird Wärme abgegeben oder aufgenommen. Durch das Mischen der gasförmig, flüssig oder schüttgutförmig vorliegenden phasenwechselnden Substanz mit dem zu temperierenden Medium wird das Medium direkt mit der Substanz in Kontakt gebracht. Dies hat den Vor- teil, dass die Wärme nur über kurze Distanzen zu der phasenwechselnden Substanz trans- portiert werden muss. Hierdurch wird vermieden, dass in dem zu temperierenden Medium große Temperaturgradienten auftreten. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Temperatur im zu temperierenden Medium. Somit kann zum Beispiel vermieden werden, dass durch Temperaturspitzen, die oberhalb der Aktivierungstemperatur einer exothermen Reaktion liegen, diese Reaktion in Gang kommt.

Unter dem Begriff Mischen im Sinne der vorliegenden Erfindung wird neben homogenem bzw. heterogenem Mischen ebenso gleichmäßiges bzw. ungleichmäßiges Verteilen einer Substanz in einer anderen verstanden.

Wenn das zu temperierende Medium gekühlt werden muss, zum Beispiel um chemische Reaktionen zu verhindern, die mit Erreichen einer bestimmten Temperatur in Gang gesetzt werden, oder zur Wärmeabfuhr bei der Durchführung von exothermen Reaktionen, wird von dem zu temperierenden Medium Wärme an die phasenwechselnde Substanz abgege- ben. Die phasenwechselnde Substanz nimmt die vom zu temperierenden Medium abgege- bene Wärme auf und durchläuft einen Phasenwechsel, vorzugsweise von fest nach flüssig, von flüssig nach gasförmig oder von fest nach gasförmig und besonders bevorzugt von fest nach flüssig. Weiterhin ist es ebenso möglich, dass die Substanz zum Beispiel durch eine Kristallumstrukturierung einen Phasenwechsel von fest nach fest durchläuft. Während des Phasenwechsels bleibt die Temperatur insbesondere von niedermolekularen Reinstoffen konstant. Bei Einsatz von zum Beispiel höhermolekularen Stoffen oder Stoffgemischen als phasenwechselnde Substanz, erfolgt der Phasenwechsel in einem konstanten Temperatur- bereich. Gegebenenfalls kann ein Teil der vom zu temperierenden Medium abgegebenen oder aufgenommenen Wärme auch von anderen Substanzen oder Behältnissen, mit denen sich das zu temperierende Medium im Kontakt befindet, aufgenommen oder abgegeben werden.

Bei der Durchführung von endothermen Reaktionen oder wenn verhindert werden soll, dass die Temperatur des zu temperierenden Mediums unter einen bestimmten Wert sinkt, ist es erforderlich, dass dem zu temperierenden Medium Wärme zugeführt wird. Dies ge- schieht durch Wärmeabgabe von der phasenwechselnden Substanz an das zu temperieren- de Medium. Hierbei durchläuft die phasenwechselnde Substanz vorzugsweise einen Pha- senwechsel von fest nach fest, von flüssig nach fest, von gasförmig nach flüssig oder von gasförmig nach fest. Besonders bevorzugt ist ein Phasenwechsel von flüssig nach fest.

Während des Phasenwechsels bleibt auch hier die Temperatur beziehungsweise der Tem- peraturbereich konstant.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann nach Abschluss des Temperierprozesses die Substanz, die den Phasenwechsel durchlaufen hat, wieder von dem zu temperierenden Medium abgetrennt werden. Wenn sowohl die Substanz, die den Phasenwechsel durchlaufen hat als auch das zu temperierende Medium flüssig vorliegen, erfolgt die Abtrennung vorzugsweise durch thermische Trennverfahren, wie Rektifikation oder Destillation. Auch eine Abtrennung durch Extraktion ist denkbar. Wenn sich die pha- senwechselnde Substanz und das zu temperierende Medium nicht homogen vermischen, wie dies zum Beispiel bei Mischungen aus Wasser und Öl der Fall ist, ist zum Beispiel auch eine Trennung mit Hilfe eines Scheidetrichters denkbar.

Wenn die phasenwechselnde Substanz und das zu temperierende Medium beide schüttgut- förmig vorliegen, ist eine Trennung bei gleicher Korngröße des zu temperierenden Medi- ums und der phasenwechselnden Substanz bei unterschiedlicher Dichte zum Beispiel durch Sichten möglich. Als Vorrichtungen zum Sichten von schüttgutförmigen Materialien eig- nen sich zum Beispiel Windsichter oder Zyklone. Bei unterschiedlicher Korngröße der phasenwechselnden Substanz und des zu temperierenden Mediums kann eine Trennung zum Beispiel durch Sieben erfolgen. Ferner ist bei gleicher Dichte, aber unterschiedlichen Löslichkeiten eine Trennung durch Lösen der phasenwechselnden Substanz beziehungs- weise des zu temperierenden Mediums möglich.

Um die phasenwechselnde Substanz nach dem Abtrennen wieder zur Temperierung einset- zen zu können, wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Substanz nach dem Ab- trennen aus dem zu temperierenden Medium durch Wärmezufuhr oder Wärmeabgabe wie- der in die Phase zurückgeführt, mit der sie in Schritt A in das zu temperierende Medium gemischt wird. Hierzu muss der Substanz, wenn von dem zu temperierenden Medium Wärme an die Substanz abgegeben wurde, die gleiche Wärmemenge wieder von der Sub- stanz abgegeben werden. Wenn von der Substanz Wärme an das zu temperierende Medium abgegeben wurde, muss dementsprechend die gleiche Wärmemenge der Substanz wieder zugeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform geschieht dies in einem weiteren Verfahren, bei dem ein weiteres Medium temperiert wird. So wird die phasenwechselnde Substanz einmal zur Wärmeaufnahme von einem zu temperierenden Medium und einmal zur Wärmeabgabe an ein zu temperierendes Medium verwendet. Dabei ist es beispielswei- se bei Gemischen bzw. höhermolekularen Substanzen möglich, dass der Phasenwechsel bei Wärmeabgabe bei einer anderen Temperatur beziehungsweise in einem anderen Tempera- turbereich erfolgt als der Phasenwechsel bei Wärmeaufnahme.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Substanz, wenn sie mit dem zu temperie- renden Medium in Kontakt gebracht wird, eine Temperatur auf, die bei Wärmeabgabe von dem zu temperierenden Medium an die Substanz unterhalb der Temperatur liegt oder gleich der Temperatur ist, bei der der Phasenwechsel erfolgt, und bei Wärmeabgabe von der Substanz an das zu temperierende Medium oberhalb der Temperatur liegt oder gleich der Temperatur ist, bei der der Phasenwechsel erfolgt. Bei einer Temperatur der phasen- wechselnden Substanz, die bei Wärmeabgabe von dem zu temperierenden Medium an die Substanz unterhalb der Temperatur liegt, bei der der Phasenwechsel erfolgt, wird gewähr- leistet, dass die gesamte phasenwechselnde Substanz in einer Phase vorliegt und nicht be- reits Teile der Substanz die Phase gewechselt haben. Entsprechend wird bei einer Tempe- ratur der phasenwechselnden Substanz, die oberhalb der Temperatur des Phasenwechsels

liegt, gewährleistet, dass bei Wärmeabgabe von der phasenwechselnden Substanz an das zu temperierende Medium, die gesamte phasenwechselnde Substanz in einer Phase vor- liegt.

Um das Abtrennen der phasenwechselnden Substanz aus dem zu temperierenden Medium zu vereinfachen, insbesondere wenn sowohl die phasenwechselnde Substanz als auch das zu temperierende Medium in flüssiger Phase vorliegen, ist in einer weiteren Ausführungs- form die Substanz von einer Hülle umgeben. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die von einer Hülle umgebene phasenwechselnde Substanz in Form von Mikrokapseln vor.

Ein Vorteil der als Mikrokapseln vorliegenden phasenwechselnden Substanz ist, dass die phasenwechselnde Substanz aus einem zu temperierenden, flüssigen Medium gefiltert werden kann. Hierdurch wird eine vollständige Abtrennung der phasenwechselnden Sub- stanz sichergestellt.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes einer Hülle um die phasenwechselnde Substanz ist, dass durch die Hülle verhindert wird, dass die phasenwechselnde Substanz direkt mit dem zu temperierenden Medium in Kontakt kommt. So können als phasenwechselnde Substanz auch Substanzen verwendet werden, die mit dem zu temperierenden Medium reagieren oder-bei Verwendung der phasenwechselnden Substanz bei einer chemischen Reaktion- die Reaktion beeinflussen und so zur Produktion von unerwünschten Nebenprodukten beitragen.

Bei Einsatz der phasenwechselnden Substanz zur Temperierung von Medien während der Durchführung einer chemischen Reaktion, die in Gegenwart eines heterogenen Katalysa- tors durchgeführt wird, kann die Hülle, die die phasenwechselnde Substanz umgibt, in ei- ner weiteren Ausführungsform als Träger für Katalysatoren dienen. Dies hat gleichzeitig den weiteren Vorteil, dass die bei einer endothermen Reaktion zuzuführende Wärme und die bei einer exothermen Reaktion entstehende Wärme direkt am Katalysator dem Medium zugeführt bzw. von dem Medium abgeführt wird.

Bei einem zu temperierenden gasförmigen Medium erfolgt die Verteilung der phasenwech- selnden Substanz vorzugsweise durch Verwirbeln oder Einsprühen. Beim Verwirbeln kann die phasenwechselnde Substanz zum Beispiel in Form einer Wirbelschicht ausgebildet sein. Zum Einsprühen der phasenwechselnden Substanz in das zu temperierende Medium wird vorzugsweise ein Zerstäuber eingesetzt, mit dem die phasenwechselnde Substanz fein zerstäubt in das gasförmig vorliegende zu temperierende Medium gesprüht wird.

Bei einem flüssigen zu temperierenden Medium kann die Verteilung der phasenwechseln- den Substanz durch Verwirbeln oder Rühren erfolgen. Zum Verwirbeln wird die vorzugs- weise als Schüttung vorliegende phasenwechselnde Substanz durch das zu temperierende Medium angeströmt und dadurch verwirbelt. Beim Verteilen der phasenwechselnden Sub- stanz in dem zu temperierenden Medium durch Rühren ist ein Rührer erforderlich. Hierzu eignen sich zum Beispiel Propellerrührer, Schrägblattührer, Scheibenrührer, Wendelrüh- rer, Mehrstufenrührer oder jede weitere dem Fachmann bekannte Riihrerbauart. Zum Mi- schen der phasenwechselnden Substanz mit einem zu temperierenden, schüttgutförmigen Medium eignen sich zum Beispiel sich bewegende Mischbehälter, wie zum Beispiel rotie- rende Mischer, oder Mischbehälter mit bewegten Mischelementen. Bewegte Mischelemen- te können dabei zum Beispiel Wendelmischer, Pflugscharmischer, Schaufelmischer, Wir- belmischer, Kegelschneckenmischer oder jede weitere dem Fachmann bekannte Bauart an Mischern sein. Eine weitere Möglichkeit zur Vermischung der phasenwechselnden Sub- stanz mit dem als Schüttgut vorliegenden zu temperierenden Medium ist die Umwälzung mittels Durchströmung eines Gases.

Bei zu temperierenden Medien, die gasförmig oder flüssig vorliegen, kann die phasen- wechselnde Substanz auch in Form einer Schüttung oder Packung vorliegen, die von dem zu temperierenden Medium durchströmt wird. Hierbei findet im Unterschied zum Verwir- beln keine Bewegung der phasenwechselnden Substanz statt. Die als feste Schüttung oder Packung vorliegende phasenwechselnde Substanz eignet sich zum Beispiel zum Einsatz in durchströmten Rohren, in denen das zu temperierende Medium aufgewärmt oder abgekühlt werden soll.

Insbesondere bei der Durchführung von exothermen Reaktionen oder bei der Lagerung von reaktiven Medien, bei denen eine lokale Temperaturerhöhung auf eine Temperatur ober- halb der Aktivierungstemperatur dazu führt, dass eine chemische Reaktion in Gang kommt, kann die phasenwechselnde Substanz zusätzlich zu einem Wärmetauscher ver- wendet werden, um Temperaturschwankungen auszugleichen. Durch den Einsatz der pha- senwechselnden Substanz wird dabei vorzugsweise vermieden, dass lokale Temperatur- spitzen oder Überhitzungen auftreten.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Beispiel dazu, bei exothermen Reaktio- nen die freiwerdende Wärme aufzunehmen und bei endothermen Reaktionen die zur Reak- tion erforderlich Wärme zuzuführen. Eine Reaktion im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei jede chemische Reaktion. Neben dem Einsatz bei chemischen Reaktionen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei biotechnologischen Reaktionen einsetzen.

Hierzu zählen die biotechnologische Produktion einschließlich Fermentation, Zellkultur und Verwendung zellfreier Systeme, insbesondere von Proteinexpressionssystemen. Zell- kulturen sind beispielsweise Kulturen, insbesondere Suspensionskulturen, von prokaryoti- schen und eukaryotischen Zellen, insbesondere Bakterienzellen (zum Beispiel von Esche- richia coli, Salmonella typhimurium), Hefezellen, Algenzellen oder Säugetierzellen.

Neben der Aufnahme der bei einer exothermen Reaktion freiwerdenden Wärme oder der Abgabe von Wärme bei einer endothermen Reaktion eignet sich das Verfahren auch zur Temperierung von Reaktionsmedien auf Reaktionstemperatur, bevor diese dem Reaktor zugegeben werden. Zur Temperierung der Reaktionsmedien vor der Zugabe in den Reaktor ist die phasenwechselnde Substanz vorzugsweise als Schüttung oder als Packung in der mindestens einen Leitung angeordnet, durch welche das mindestens eine Reaktionsmedium dem Reaktor zugeführt wird. Als Leitung eignen sich dabei insbesondere Rohrleitungen oder Kanäle.

Neben der Temperierung der Reaktionsmedien vor der Zugabe in den Reaktor können Re- aktionsmedien auch im Reaktor temperiert werden, bevor die Reaktion startet. Dies wird zum Beispiel bei solchen Reaktionen durchgeführt, bei denen zunächst ein Reaktand im Reaktor vorgelegt wird, dieser Reaktand auf Reaktionstemperatur temperiert wird und dann für die Reaktion ein oder mehrere weitere Reaktanden zugeführt werden.

Neben der Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr bei Reaktionen eignet sich das Verfahren auch zur Temperierung von temperaturempfindlichen Medien bei Lagerung und Transport.

Hierzu wird das temperaturempfindliche Medium im Transport-oder Lagerbehälter mit der phasenwechselnden Substanz gemischt oder die phasenwechselnde Substanz in dem zu temperierenden Medium verteilt. Auf diese Weise können zum Beispiel durch Umweltein- flüsse oder Sonneneinstrahlung entstehende Temperaturänderungen des temperaturemp- findlichen Mediums abgepuffert werden.

Beispiele Beispiel 1 Bei der exothermen Reaktion von Tetraethoxysilan mit Wasser zu Ethanol und Kieselsäu- rekonzentrat Si (OC2Hs) 4 + 4H20 o Si (OH) 4 + 4 C2H5OH

steigt die Temperatur um ca. 60 °C, wobei der Siedepunkt des Ethanols überschritten wer- den kann.

Damit die Edukte nicht vorgekühlt zugegeben werden müssen, wird ein 50% iger wässriger Slurry eines mikronisierten Hartparaffins als wässrige Komponente für die Reaktion einge- setzt. Das Hartparaffin ist vollraffiniert, für industrielle Anwendungen mit einem Ölgehalt von 0,5 % und einem Schmelzpunkt von 52 °C nach ASTM D87. Durch die Zugabe des Hartparaffins stoppt der Temperaturanstieg bei der Schmelztemperatur des Hartparaffins, der deutlich unter dem Siedepunkt des Ethanols liegt.

Beispiel 2 Die exotherme Friedel-Crafts Alkylierung von Benzol mit Methylchlorid setzt nach An- wendung des Hess'schen Wärmesatzes eine Wärmemenge von ca. 290 J/g frei. Durch die Zugabe von mikrogekapselten Paraffinen mit Schmelzenthalpien, die in der Größenord- nung von 200 J/g liegen, wird bei entsprechendem Massenverhältnis von phasenwechseln- der Substanz zu Edukten die Reaktionswärme aufgenommen. Eine Temperatur von unter 20°C kann durch Verwendung von Hexadecan als phasenwechselnder Substanz mit einem Schmelzpunkt von 18°C eingestellt werden.

Beispiel 3a/3b Bei Transport oder Lagerung von Monomeren werden diesen Inhibitoren beigemischt, um eine ungewollte Polymerisation zu unterbinden. Die Dosierung ist üblicherweise so, dass Monomere über Monate (3 bis 4 Monate) lagerfähig sind, selbst bei geringfügigem Luftzu- tritt. Durch Luftzutritt werden Inhibitoren, die Reduktionsmittel sind, verbraucht.

Die Inhibitoren halten sich ausschließlich in der flüssigen Phase auf und schützen nicht die Gasphase, weshalb hier eine ungewollte Reaktion zum Beispiel durch Luftzutritt erfolgen kann. Der Raum über den flüssigen Monomeren ist mit Stickstoff beschickt, so dass eine monomerhaltige Stickstoffatmosphäre herrscht.

Tritt dennoch eine Reaktion ein, werden hierbei erhebliche Wärmemengen freigesetzt, bei- spielsweise 89,1 kJ/mol im Fall der Polymerisation von Vinylacetat (3a) oder 77,8 kJ/mol im Fall der Polymerisation von Ethylacrylat (3b), die die Aktivierungsenergien deutlich überschreiten und zu unkontrollierten Kettenreaktionen führen können. Die freiwerdende

Wärme kann in der Gasphase nicht aufgenommen und abgeführt werden und die Reaktion setzt sich dann in der flüssigen Phase fort. Auch hier kann die Wärme nicht ausreichend abgeführt werden. Die Wärmekapazität von beispielsweise Ethylacrylat beträgt lediglich 1,97 J/gK.

Die Zugabe von phasenwechselnden Substanzen schützt zusätzlich vor unkontrollierten Reaktionen. Microgekapseltes Eicosan (CH3-(CH2) ls-CH3) mit einem Schmelzpunkt von 36, 8°C und einer Dichte von 0, 7886 g/cm3 (bei 20°C relativ zu Wasser bei 4°C) ist geeig- net, um Reaktionswärmen bei dieser Temperatur auch in dem Raum oberhalb der flüssigen Phase von Monomeren aufzunehmen und somit die Gasphase zu schützen. Aufgrund des Dichteunterschieds (die Dichte von Vinylacetat beträgt 0, 932/cm3 (3a), von Ethylacrylat 0,917 g/cm3 (3b)) kann der Raum oberhalb der flüssigen Phase vollständig mit phasen- wechselnder Substanz ausgefüllt werden, wobei eine eventuelle Reaktion in den Hohlräu- men im Mikrometermaßstab eine große räumliche Nähe zu einem Wärme aufnehmenden Medium hat um eine Kettenreaktion zu unterbinden. Ebenso wird die flüssige Monomer- phase in die Lage versetzt, erhebliche Wärmemengen aufnehmen zu können.