Franz Haseidl

Dr.-Ing. Franz Haseidl

Lehrstuhl I für Technische Chemie
Technische Universität München
Lichtenbergstr. 4
D-85747 Garching
Germany

Email:  franz.haseidl@ch.tum.de

Werdegang

Forschungsprojekt

Weiterentwicklung der Spinning-Disc-Technologie für Polymer- und Dreiphasenreaktionen

Übersicht

Aufgrund der zunehmenden Verknappung nicht erneuerbarer Ressourcen und dem damit verbundenen Kostenanstieg für Rohstoffe und Energie sowie hoher Anforderungen an Umweltverträglichkeit und Sicherheit  moderner Anlagen, wird seit einiger Zeit ein Umdenken der Chemischen Industrie gefordert. Der Begriff der Prozessintensivierung (PI) gewinnt daher seit einigen Jahren immer mehr an Bedeutung. Unter PI versteht man Methoden und Gedanken zur drastischen Senkung von Anlagengröße und Prozessstufen, wodurch sowohl ökologische, ökonomische als auch sicherheitstechnische Verbesserungen erzielt werden können.

Bei dem hier angewendeten Reaktorsystem zur PI handelt es sich um einen Spinning Disc Reaktor (SDR). Bei dieser Reaktorbauart werden die Reaktandflüssigkeiten mittig auf eine schnell rotierende Scheibe aufgebracht. Die hohen Scher- und Zentrifugalkräfte sind ursächlich für die Ausbildung eines dünnen Flüssigkeitsfilms auf der Scheibe, wodurch sich sehr gute Wärme- und Stofftransporteigenschaften ergeben.

Experimentell

Derzeit werden in dem SDR Versuche zur Synthese superparamagnetischer Nanopartikel aus Magnetit (Fe₃O₄) durchgeführt. Allgemein bekannt ist, dass die Nanotechnologie Chancen zur Schaffung neuartiger Materialeigenschaften aufzeigt, um exakt den Anforderungen der Verbraucher entsprechen zu können. Nanopartikel aus Magnetit werden im Speziellen in der zielgerichteten  Arzneimittelherstellung, der Magnetresonanztomographie und für magnetische Separation eingesetzt. Hierzu werden die speziellen Eigenschaften superparamagnetischer Nanopartikel mit Durchmessern kleiner als 20 nm benötigt. Weitere wichtige Qualitätsmerkmale sind hohe Sättigungsmagnetisierungen und enge Partikelgrößenverteilungen. Bisherige Veröffentlichungen haben gezeigt, dass in Standardverfahren zur Herstellung dieser Partikel, wie beispielsweise dem Batch-Rührkesselreaktor, vergleichsweise breite Partikelverteilungen  (aufgrund ungleichmäßiger Vermischung) entstehen. Somit stellt der SDR, angesichts intensiver Vermischung auf der Scheibe in Kombination mit einheitlichen Verweilzeiten eine verbesserte Alternative zu den Standardverfahren dar.   

Um Partikel mit funktionalisierter Oberfläche zu synthetisieren, können bestimmte Stoffe, wie beispielsweise Fettsäuren, an die Partikeloberfläche gebunden werden. Alternativ können die Magnetitpartikel selbst in eine Polymermatrix mit den gewünschten Eigenschaften eingebettet werden, wodurch sich weitere Einsatzmöglichkeiten erschließen.

Durch die Variation von Betriebsparametern, wie Rotationsgeschwindigkeit, Scheibengeometrie und -temperatur, Volumenstrom, Anordnung der Einspritzdüsen und der Konzentrationen, werden auf der Scheibe unterschiedliche hydrodynamische und thermodynamische Voraussetzungen für die Synthese geschaffen. Dadurch besteht die Möglichkeit auf wichtige Produkteigenschaften direkt Einfluss zu nehmen. 

Ausblick

Neben der derzeitigen Fokussierung auf die Partikeltechnologie mit der Synthese von Magnetitpartikeln, soll der Schwerpunkt zukünftiger Arbeiten auf die Polymerisation sogenannter Nanocomposites gelegt werden. Diese Verbundwerkstoffe aus Kunststoff und Magnetit sollen mit Hilfe von Miniemulsionspolymerisationen in dem SDR hergestellt werden.

Darüber hinaus wird derzeit ein weiterer Spinning Disc Reaktor nach dem Rotor-Stator-Prinzip für Hochdruckanwendungen konstruiert. Nach Inbetriebnahme und eingehender Charakterisierung der Leistungsfähigkeit dieses Reaktorsystems werden Untersuchungen auf dem Gebiet der Mehrphasenreaktionen folgen. Als Testreaktion ist hierbei die Glukoseoxidation in wässriger Lösung durch Sauerstoff über Katalysatorbeschichteten Reaktorbauteilen angedacht. 

Veröffentlichungen

F. Haseidl, N. Jacobsen, O. Hinrichsen, Prozessintensivierung zur Synthese von Nanopartikeln in einem Spinning-Disc-Reaktor, Chem. Ing. Tech. 2012, 85(4), 540-549.

A. Mahecha-Botero, T. Li, F. Haseidl, A. Nguyen, J. R. Grace, Experimental and computational fluid dynamic study of the change of volumetric flow in fluidized-bed reactors, Chem. Eng. Sci. 2014, 106, 231-241.

F. Haseidl, P. Schuh, O. Hinrichsen, Weiterentwicklung und Charakterisierung eines Spinning-Disc-Reaktors nach dem Rotor-Stator-Prinzip, Chem. Ing. Tech. 2015, 87(6), 830-836.

F. Haseidl, B. Müller, O. Hinrichsen, Continuous Flow Synthesis and Functionalization of Magnetite: Intensified Process for Tailored Nanoparticles, submitted.

F. Haseidl, J. Pottbäcker, O. Hinrichsen, Gas-Liquid Mass Transfer in a Rotor-Stator Spinning Disc Reactor: Experimental Study and Correlation , submitted.

F. Haseidl, P. König, O. Hinrichsen, Single-Phase Flow Residence Time Distributions in a Rotor-Stator Spinning Disc Reactor, submitted.

Konferenzbeiträge

Refereed Proceedings:

A. Mahecha-Botero, F. Haseidl, A. Nguyen, T. Li, J. R. Grace
Investigation of change in volumetric flow in fluidized-bed reactors
The 13th International Conference on Fluidization Art. 73 (2010)

Vorträge:

F. Haseidl, N. Jacobsen, O. Hinrichsen
Prozessintensivierung zur Synthese von Nanopartikeln in einem Spinning-Disc-Reaktor
Jahrestreffen Reaktionstechnik 2012 (Würzburg 2012)

F. Haseidl, P. Schuh, O. Hinrichsen
Characterisation of a spinning disc reactor of the rotor/stator type for single- and multiphase operation
International Symposium on Chemical Reaction Engineering 23 (Bangkok 2014)

F. Haseidl, J. Pottbäcker, O. Hinrichsen
Characterization of a spinning disc reactor of the rotor-stator type for gas-liquid multiphase operation
European Symposium on Chemical Reaction Engineering 2015 (Fürstenfeldbruck 2015)

Poster:

F. Haseidl, N. Jacobsen, O. Hinrichsen
Prozessintensivierung zur Synthese von Nanopartikeln in einem Spinning-Disc-Reaktor
Jahrestreffen Reaktionstechnik 2012 (Würzburg 2012)

F. Haseidl, B. Müller, O. Hinrichsen
Process Intesification on Synthesis of superparamagnetic Nanoparticles in a Spinning-Disc-Reactor
International Symposia on Chemical Reaction Engineering 22 (Maastricht 2012)

F. Haseidl, B. Müller, O. Hinrichsen
Prozessintensivierung zur Synthese von Nanopartikeln/-kompositen in einem Spinning-Disc-Reaktor
Jahrestreffen Reaktionstechnik 2013 (Würzburg 2013)

F. Haseidl, P. Schuh, O. Hinrichsen
Weiterentwicklung und Charakterisierung eines Spinning-Disc-Reaktors nach dem Rotor-Stator-Prinzip Jahrestreffen Reaktionstechnik 2014 (Würzburg 2014)

F. Haseidl, J. Pottbäcker, O. Hinrichsen
Experimentelle Charakterisierung eines Spinning-Disc-Reaktors nach dem Rotor-Stator-Prinzip für den gasförmig-flüssig-Stoffübergang
Jahrestreffen Reaktionstechnik 2016 (Würzburg 2016)