Partikelherstellung mit Überschall

In der Pilotanlage des GiP-Reaktors in Hanau-Wolfgang entstehen maßge-schneiderte Partikel mit speziellen Eigenschaften, bei denen während des Herstellprozesses die Morphogenese/Aggregationsneigung der Partikel gezielt beeinflusst werden kann. Das Besondere des neuen Verfahrens sind die extrem hohe Aufheizrate des Gasgemischs mit Hilfe eines Stoßsystems in Überschall-strömung sowie das ebenfalls gasdynamisch bedingte Quenchen des Gas-Partikelstroms mit Hilfe der Überschallströmung.

Die Partikel werden in einem eigens konstruierten Überschallreaktor erstmals mit Hilfe gasdynamischer Effekte erzeugt und der Prozess gezielt gesteuert. In der Pilotanlage dient eine bis zu 1.500 °C heiße Gasströmung mit bis zu 10 bar Überdruck als Energielieferant. Nach Durchströmen der ersten von zwei hinter-einander angeordneten Überschalldüsen wird durch einen gasdynamischen Stoß eine chemische Reaktion initiiert, anschließend kann die chemische Reaktion beginnen, die zur Partikelbildung führt. Die Strömungsgeschwindigkeit erlangt phasenweise mehr als doppelte Schallgeschwindigkeit. Die Reaktionsbedingungen bleiben im Reaktor durch eine geeignete Strömungsführung bis zum Quenchen ausgesprochen homogen und stabil – ideale Bedingungen also für die Grund-lagenuntersuchungen zur Partikelentstehung.

Am Ende des Reaktionsraums, in der zweiten Düse, wird der Prozess gasdynamisch durch extrem rasche Abkühlung abrupt gestoppt. Anschließend können die Teilchen zur weiteren Verwendung herausgefiltert werden. Die Partikelgröße ist unter anderem über Parameter wie Temperatur und Reaktionsdauer steuerbar. Der Reaktor erreicht Ausbeuten von bis zu drei Kilogramm Pulver pro Stunde.