Hochdrucksättiger für die Verfahrenstechnik

In der Verfahrenstechnik dienen Sättigersysteme dazu, Trägergase gezielt mit flüssig vorliegenden Substanzen bis zu deren Dampfdruck anzureichern, um das Gemisch in der Gasphase weiter verarbeiten zu können. Vor allem in der Halbleiter- und Beschichtungsindustrie kommt diese Technik zum Einsatz.

Stand der Technik

Kommerzielle Sättiger sind für gewöhnlich aus Edelstahl oder Glas gefertigt und meist für einen Druck von maximal 20 bar ausgelegt. Für verschiedenste Prozesse wären materialflexible und druckstabile Sättiger von Vorteil. Hier zeigen jedoch beide Varianten ihre Schwächen: Sättiger aus Edelstahl können bei höherem Druck betrieben werden, sind jedoch für stark korrosive oder katalytisch empfindliche Substanzen ungeeignet. Hier besteht das Risiko von Korrosionsschäden und Materialverunreinigungen im Prozess. Glasbehälter sind hingegen nicht druckstabil.

Technologie

Anhand eines neuen Reaktorprinzips gelingt es Forschenden des KIT, die Materialauswahl des Sättigergefäßes von der Druckfestigkeit zu entkoppeln und dadurch korrosive Flüssigkeiten unter sehr hohem Trägergasdruck in der Gasphase bereitstellen zu können. Der Reaktor besteht aus einem Sättigergefäß (Bubbler) mit Temperiereinheit und einem Hochdruckgehäuse. Das Hochdruckgehäuse umschließt dabei das Sättigergefäß. Mittels Regelventilen wird der Druckausgleich zwischen den beiden Komponenten gewährleistet. Der Innendruck im Sättiger ist somit gleich dem Außendruck im Hochdruckbehälter, wodurch das innenliegende, druckempfindliche Sättigergefäß keinen Druckdifferenzen standhalten muss. Die Materialauswahl des Gefäßes kann sich ausschließlich an den chemischen Erfordernissen orientieren.

Vorteile

Der zweiteilige Reaktor ermöglicht den Einsatz nahezu beliebiger Behältermaterialien auch für Gas-Flüssig-Reaktionen. Aufgrund des Prinzips „Gefäß in Gefäß“ kann der Reaktor flexibel auf die Bedürfnisse der einzelnen Anwendung angepasst werden: Beispielsweise können Form, Wandstärke, Material oder Verschlusstechnik variieren. Essenziell ist das Prinzip des Hochdruckbehälters mit Druckausgleich insbesondere auch bei gegenüber Umgebungsdruck deutlich erhöhtem Reaktordruck.

Optionen für Unternehmen

In einem exemplarischen Anwendungsfall mit hochreiner Salpetersäure wurde das Prinzip zur Hochdrucksättigung bis zu einem Druck von 100 bar am Institut erprobt; ein Prototyp des Sättigers liegt vor. Das Grundprinzip lässt sich auf andere Flüssigkeiten und Reaktorauslegungen adaptieren. Das KIT sucht Partner zur Nutzung der Technologie im Rahmen einer Lizenz.