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Frau Pistorius befindet sich in Mutterschutz/Elternzeit: 4.2. - 31.12.2017.

Physikalisch-chemische Grundlagen der Prozesstechnik

Forschungsrichtungen

Der fortlaufende Prozess der Entwicklung und industriellen Herstellung neuer Produkte mit verbesserten bzw. vorher unbekannten Eigenschaften führt dazu, dass zunehmend kompliziertere Technologien zum Einsatz kommen. Für das prinzipielle Verständnis, die quantitative Analyse und die Optimierung komplexer Stoffwandlungsprozesse ist die Kenntnis zahlreicher Parameter und Stoffdaten von entscheidender Bedeutung. So erfordert beispielsweise die Auslegung einer Destillationskolonne Informationen zu den Siedetemperaturen der zu trennenden Komponenten. Für die Optimierung eines Trennprozesses durch eine Membran muss man u.a. die Wanderungsgeschwindigkeiten der einzelnen Komponenten in der Membran kennen. Will man in einem Lösungsmittel synthetisierte pharmazeutische Wirkstoffe effizient und in reiner Form durch Kristallisation gewinnen, muss man exakte Vorstellungen über die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeiten haben.

In der Fachgruppe Physikalisch-Chemische Grundlagen der Prozesstechnik werden für verschiedene der am MPI untersuchten verfahrenstechnischen und biotechnologischen Prozesse wesentliche Parameter und Stoffdaten ermittelt. Dabei handelt es sich um:

  • Wachstumsgeschwindigkeiten von Kristallen,
  • Geschwindigkeiten von Transportprozessen in porösen Materialien (Diffusionskoeffizienten, Permeabilitäten),
  • Reaktionsgeschwindigkeiten,
  • Fest-Flüssig-Phasengleichgewichte (Schmelzdiagramme, Löslichkeiten),
  • Wärmekapazitäten, Phasenumwandlungsenthalpien,
  • Adsorptionsgleichgewichte.

Ausserdem werden in der Fachgruppe ausgewählte Trenn- und Reaktionsprozesse detailliert untersucht. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung und Auslegung von Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von Feinchemikalien. Eine besonders schwierige Aufgabe ist dabei gegenwärtig die Trennung von sogenannten Enantiomeren. Dies sind Moleküle, die wie unsere Hände zueinander spiegelbildlich aufgebaut sind. Für die Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen müssen zahlreiche Enantiomere in reiner Form gewonnen werden. Um die jeweils gewünschten Enantiomeren zu isolieren, d.h. um sie von ihren äuβerst ähnlichen Antipoden zu trennen, lassen sich spezielle Kristallisationsverfahren und die präparative Chromatographie einsetzen.

Ein weiteres aktuelles Forschungsgebiet zielt auf die Entwicklung neuartiger Reaktoren deren Wände aus Membranen bestehen. Die an der Reaktion beteiligten Komponenten können diese Membranen unterschiedlich schnell passieren. Bei vielen technisch interessanten Oxidations- und Hydrierreaktionen erfordert beispielsweise die Gewährleistung einer hohen Produktausbeute die sorgfältige Einstellung der Konzentration von Sauerstoff oder Wasserstoff. In diesem Umfeld interessiert uns die Möglichkeit, Reaktanden über Membranen gezielt in den Reaktionsraum zu dosieren.

 
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