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Reaktion und Reaktor bilden eine Einheit und mussen aufeinander abgestimmt sein. Dies gilt besonders fur kinetische Racematspaltungen zur Gewinnung von enantiomerenreinen Bausteinen. Dabei ist die Art der Reaktion oder des Katalysators ohne Bedeutung, wenn auch fur die Mehrzahl der industriell wichtigen Prozesse Biokatalysatoren eingesetzt werden.

In many fields, microprocess technology is gaining significance and is increasingly finding its way into use in industrial production. However, specialist knowledge regarding reactions of compounds, mixing and downstream processes in microchannels is required, as experience from the ”macro world” can only be applied in a limited way. The appropriate level of education required is still lacking. In this study, a number of educational experiments were set up focusing on mixing processes and emphasizing the significance of viscosity in mixing. Additionally liquid-liquid extraction as an important downstream process was looked into as a student experiment. In order to make the training widely accessible, a web-based education platform was established.

In einem Eintopf-Verfahren werden aus Olefinen durch Hydroformylierung mit Synthesegas (CO/H2 = 1/1) und nachfolgende saurekatalysierte Umsetzung mit Glycerin langkettige Acetale in Ausbeuten > 95 % hergestellt. Die erhaltenen Gemische von 5- und 6-Ringverbindungen stellen neuartige potenzielle Kraftstoffadditive dar. Durch Optimierung der Reaktionsbedingungen und geeignete Katalysatorwahl ([Rh(COD)]acac/Xantphos) gelingt eine hochregioselektive Hydroformylierung zu den linearen Acetalen. Zur Herstellung von ausreichenden Mustermengen wurde Glycerin mit Alkenen im 2-L-Autoklav und mit Aldehyden im 60-L-Ruhrreaktor umgesetzt. Long chain olefins are converted into aldehydes by hydroformylation using synthesis gas CO/H2 and further converted in an acid-catalyzed conversion with glycerol in a one-pot procedure. Yields are up to 95 %. The obtained mixtures of 5- and 6-membered rings are potential fuel additives offering alternative use of glycerol from renewable resources. By optimization of reaction conditions such as catalyst precursor, ligand, pressure, temperature, solvent or catalyst/substrate ratio a highly selective hydroformylation towards linear acetals was achieved. For synthesis of larger amounts, glycerol was converted with alkenes on a 2-L-scale and with aldehydes on a 60-L-scale.

A single-pot enzymatic reaction sequence has been designed for the synthesis of a key intermediate metabolite called D-glyceraldehyde-3-phosphate (D-GAP). The reaction sequence consists of three enzymes and uses D-F16BP as a starting material (Fig.). The rabbit muscle aldolase (RAMA)catalyzed reaction step is in favor of D-F16BP formation with an equilibrium constant of 10M [1]. Therefore, the single-pot reaction sequence has been designed to shift the equilibrium and regenerate NADH. The capability of the reaction sequence was demonstrated by the enhanced equilibrium conversion from 1.4% to 96%. The reaction system was optimized in detail with regard to activity and stability of the enzymes and stability of the cofactors (NADH and NAD) and D-GAP. Reaction kinetics models for each of the enzymes were formulated. The effect of co-substances on the activity of the enzymes was evaluated. The results elucidated that D-F16BP and sn-G3P do not influence the activity of FDH and HCOO does not affect the activity of RAMA, whereas D-F16BP and HCOO suppress the activity of sn-G3PDH. From the kinetics perspective and due to the stability of the enzymes, a continuous operation based on an enzyme membrane reactor was preferred.

Die hydromechanische Belastung ist bei einer Vielzahl biotechnologischer Prozesse ein entscheidender Parameter. Charakterisiert wird die hydromechanische Belastung in turbulenten Stromungen uber die maximale lokale Energiedissipation. Trotz ihrer Bedeutung fur biotechnologische Prozesse sind zum Einfluss der Begasung auf die hydromechanische Belastung keine belastbaren Messdaten veroffentlicht. Der Grund dafur liegt in der Schwierigkeit, sie zu messen. Es wurde eine indirekte Messmethode zur Charakterisierung der hydromechanischen Belastung unter prozessnahen Betriebsbedingungen (bzgl. Leistungseintrag und Begasung) etabliert, die durch den Vergleich des maximalen stabilen Tropfendurchmessers einer Ol/Wasser-Dispersion erstmalig die Charakterisierung der hydromechanischen Belastung unter begasten Bedingungen in Laborund Pilotanlagen ermoglicht. Der Vergleich von Messungen im unbegasten Zustand zeigt eine gute Ubereinstimmung der Ergebnisse mit Literaturkorrelationen. Bei gleichem spezifischen Leistungseintrag wurde jedoch eine Anderung der Tropfengrose bei begasten im Vergleich mit unbegasten Betriebsbedingungen festgestellt. Da Koaleszenzeffekte experimentell ausgeschlossen werden konnten, legen die Ergebnisse nahe, dass diese Anderung auf eine Verringerung der maximalen lokalen Energiedissipation zuruckzufuhren ist. Dies lasst sich evtl. durch eine Turbulenzdampfung durch die Gegenwart von Blasen erklaren. Messungen unter begasten Bedingungen mit vier verschiedenen Scheibenruhrern im 50 LMasstab und drei verschiedenen Scheibenruhrern im 3 m-Masstab zeigten im Rahmen der Messgenauigkeit keinen Einfluss der Begasungsintensitat auf die hydromechanische Belastung.