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- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (62)
- 1.4 Prozessanalytik (62)
- 1.5 Proteinanalytik (3)
- 6 Materialchemie (3)
- 6.3 Strukturanalytik (3)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (3)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (3)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (2)
- 4 Material und Umwelt (2)
- 1.2 Biophotonik (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (31)
Aus der Kombination verschiedener Silane als Ausgangsstoffe und als Produkt der Hydrolyse durch eine Reihe von Alkoholen oder Wasser ergibt sich eine Palette von hunderten technischen Produkten für verschiedenste Anwendungen. Funktionelle Trialkoxysilane haben sich in den vergangenen Jahren als vielseitig einsetzbare Organosilane erwiesen. Die Einsatzgebiete erstrecken sich vom Witterungsschutz von Bauwerken über haftvermittelnde Eigenschaften in der Glasfaserindustrie, bei Dicht- und Klebstoffen, in Farben und Lacken bis hin zur Modifizierung von polymeren Werkstoffen.
Kommerzielle Benchtop-NMR-Spektrometer haben das Potential auch im Bereich der Silanchemie als Online-Methode zur Reaktionsüberwachung und für die Qualitätskontrolle eingesetzt zu werden. Interessante NMR-Kerne für die oben genanntem Produkte sind 1H und 29Si. In einer gemeinsamen Forschungs-kooperation zwischen EVONIK und BAM wurde anhand verschiedener Fallstudien die Anwendbarkeit der Niederfeld-NMR-Spektroskopie zur chemischen Analyse von Silanen evaluiert. Die Möglichkeiten der Konzentrationsbestimmung erweitern die Anwendungsgebiete, in denen bestehende Technologien wie z. B. NIR, Raman, UV/VIS, etc. mangels Referenzdaten nicht quantitativ eingesetzt werden können.
Eine Fallstudie setzte dazu an, den Hydrolyse- und Kondensationsverlauf mit geeigneter Online-NMR-Analytik zu beobachten, den Reaktionsfortschritt der Hydrolyse und Kondensation auf dieser Basis besser zu verstehen und zu optimieren. Zu diesem Zweck werden durch Zugabe von Wasser zunächst die Alkoxysubstituenten eines Trialkoxysilans hydrolysiert und entsprechende Silanole gebildet. Diese können dann über eine SiOH-Funktion an den zu modifizierenden Werkstoff anbinden und über weitere Silanolgruppen unter Ausbildung von Siloxaneinheiten vernetzen. In einer weiteren Fallstudie wurde die Kinetik der Aufspaltungen einer cyclischen Silanverbindung untersucht. Die Online-NMR-Analytik kam hierbei sowohl im Labor als auch in der industriellen Produktionsanlage zum Einsatz. Hierfür wurde eine automatisierte Einhausung verwendet, welche den Einsatz eines kommerziellen NMR-Spektrometers in explosionsgeschützten Bereichen ermöglicht.
Online-NMR- und -Raman-Spektroskopie – Kombination von PAT-Methoden für mehr Prozessverständnis
(2020)
Die Verbesserung des Prozessverständnisses ist eine notwendige Voraussetzung für die Anwendung von Konzepten wie „Industrial Internet of Things (IIoT)“ oder „Industrie 4.0“. Online-Methoden der Prozessanalytik (PAT) ermöglichen die direkte Verfolgung der ablaufenden Reaktionen innerhalb chemischer und pharmazeutischer Produktionsschritte und können somit einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung von neuen, innovativen Prozessführungsstrategien liefern.
Während die Online-Raman-Spektroskopie bereits erfolgreich im industriellen Umfeld zum Einsatz kommt, ist der Entwicklungsstand für die Online-Niederfeld-NMR-Spektroskopie bislang noch nicht ausreichend für einen routinemäßigen Einsatz innerhalb industrieller Produktionsumgebungen. Der hohe Informationsgehalt der NMR-Daten in Verbindung mit einem geringen Kalibrieraufwand macht die Methode sehr interessant für moderne Konzepte flexibler Produktionsanlagen für die Herstellung vieler unterschiedlicher Produkte in wechselnden Kampagnen. Speziell in modularen Produktionskonzepten kann so die Rüstzeit der Prozessanalytik deutlich verkürzt werden.
Am Beispiel der heterogen katalysierten Hydrogenierung von 2-Butin-1,4-diol wird der Einsatz der Kombination von Online-NMR und -Raman-Spektroskopie demonstriert. Dieser Prozessschritt aus der industriellen Synthese des Lösungsmittels Tetrahydrofuran verläuft über ein Zwischenprodukt, welches konkurrierende Reaktionspfade aufweist. Die Kombination von Informationen aus der PAT, sowie von klassischen Prozessgrößen, wie Druck, Temperatur und Durchfluss in einem hoch automatisierten Aufbau erleichtert die Entwicklung und Erprobung von neuen Konzepten für die Prozessführung.
Im Rahmen des EU-Projekts „CONSENS – Integrated Control and Sensing“ wurde ein vollautomatisiertes, gemäß Atmosphère-Explosibles(ATEX)-Regeln zertifiziertes Analysatormodul auf Basis eines kommerziellen Benchtop-Kernspinresonanzspektrometers (Engl. nuclear magnetic resonance, NMR) entwickelt und im Umfeld einer modularen containerbasierten Produktionsanlage validiert. Auf Basis der gewonnenen Daten konnten sowohl eine iterative Optimierung der Prozessparameter erfolgen als auch Referenzdaten für die Kalibrierung eines Nahinfrarot-Spektrometers gewonnen werden.
Compact NMR Spectroscopy in the field: A Versatile PAT Tool for Production of Specialty Chemicals
(2022)
Companies of chemical industry find themselves more often in a rapidly changing environment, e.g., due to variability of raw material quality or energy costs and efficiency. Process optimization and new process concepts become more and more important. For example, flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short downtimes between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds like exothermic reactions with high heat dissipation.
Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. Field studies in modular and conventional production plant setups show promising results gaining process knowledge for further optimization. NMR appeared as preeminent online analytical method and allow using a modular data analysis approach, which can even serve as reliable reference method for further calibration-dependent PAT applications (e.g., NIR spectroscopy). Based on experiences from these field studies an improved analyzer enclosure setup was developed and built, including the option of a secondary method besides NMR spectroscopy. Integrated control systems allow for a flexible implementation based on the available automation infrastructure at the chemical plant or pilot plant setup. In the future, fully integrated and intelligently interconnecting “smart” PAT systems and processes have the potential speed up the setup of production equipment for chemicals and pharmaceuticals and therefore help to reduce the time-to-market.
Compact NMR Spectroscopy in the field: A Versatile PAT Tool for Production of Specialty Chemicals
(2022)
Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment, especially by utilizing the potential of digital technologies. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short downtimes between campaigns and reduce time to market for new products.
Therefore, fully automated process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of chemical production environment such as explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. Field studies in modular and conventional production plants show promising results gaining process knowledge. NMR appeared as preeminent online analytical method and allow using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications (e.g. NIR spectroscopy). In the future, fully integrated and interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals.
Compact NMR Spectroscopy in the field: A Versatile PAT Tool for Production of Specialty Chemicals
(2022)
Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment, especially by utilizing the potential of digital technologies. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short downtimes between campaigns and reduce time to market for new products.
Therefore, fully automated process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of chemical production environment such as explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. Field studies in modular and conventional production plants show promising results gaining process knowledge. NMR appeared as preeminent online analytical method and allow using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications (e.g. NIR spectroscopy). In the future, fully integrated and interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals.