说明书处理单元和多个处理单元的使用
产生本发明的工作在欧盟的第七框架计划RP7/2007-2013的过程中根据228867号授权协议受到资助。
本发明涉及处理单元并且也涉及多个这样的处理单元的使用，使用这些处理单元，过程工程单元操作可被执行或者至少得到支持，以执行化学反应。
为了生产化学产品的目的，必须组装被个别地设计的设备结构以进行要生产的化学产品的期望合成，从而能够执行必须的工程工艺步骤。当不再想生产这种产品时，所述设备结构通常再被拆除或拆卸，以在同一位置组装不同的被个别地设计的设备结构，利用该不同的设备结构可生产不同的化学产品。
一直需要降低执行不同的化学反应的花费。
本发明的目的是具体说明允许以低花费执行不同的化学反应的措施。
根据本发明的解决方案通过具有权利要求1的特征的处理单元以及具有权利要求10的特征的用途来进行。本发明的优选实施例在从属权利要求中被具体说明，每个从属权利要求可单独地或者组合地代表本发明的一个方面。
根据本发明，提供了一种处理单元以支持和/或执行化学反应的过程工程单元操作，具有为该过程工程单元操作提供贡献的操作单元和用于容纳该操作单元的框架，其中该框架在纵向方向上具有大小dL，其基本上对于标准运输集装箱的内部的纵向方向上的大小LL的不可分割部分NL的整数倍ZL，尤其是如DIN ISO 668明确说明的标准运输集装箱，和/或该框架在横向方向上具有大小dQ，其基本上对于标准运输集装箱的内部的横向方向上的大小LQ的不可分割部分NQ的整数倍ZQ，尤其如DIN ISO 668明确说明的标准运输集装箱。
标准运输集装箱，其尤其是在DIN ISO 668中具体说明的的1D型（“10英尺集装箱”）或在DIN ISO 668中具体说明的1C型（“20英尺集装箱”）的运输集装箱，是国际通用标准，其在纵向方向、横向方向和高度上的大小在国际上基本上是标准化的。在标准运输集装箱的内部的矩形基部区域的情况下，更长的侧边限定了纵向方向且较短的侧边限定了横向方向。这种标准运输集装箱可尤其被用于利用卡车和/或海运集装箱船运输。例如，1C型标准运输集装箱的内部具有的5867mm长度LL、2330mm的宽度LQ和2197mm的高度LH，而1D型的标准运输集装箱的内部具有2802mm的长度LL、2330mm的宽度LQ和2197mm的高度LH。这种标准运输集装箱的可用存储空间被划分成多个等大的名义逻辑区域。处理单元的占地面积基本上精确地对应这个逻辑区域或这个逻辑区域的整数倍，其中，在由所述框架限定的所述处理单元的占地面积的尺寸中，可在标准运输集装箱的邻近逻辑区域之间提供一定空隙（“间隙”）。
优选地，1C型的标准运输集装箱在纵向方向上被分成NL = 10份并且在横向方向上被分成NQ = 4份，以这种方式使得对于该框架当ZL = 1且ZQ = 1时，可得到纵向方向上的dL,min = 570 mm ± 15 mm的最小大小并且可得到横向方向上dQ,min = 570 mm ± 5 mm的最小大小。因此，由该处理单元支持和/或执行的过程工程单元操作理论上尤其需要在dL,min × dQ,min的区域上进行。如果这个区域对于此目的来说是不足够的，那么该框架在纵向方向上和/或横向方向上可被放大整数倍，以这种方式使得由该处理单元支持和/或执行的过程工程单元操作能够在最大为(ZL dL,min) × (ZQ dQ,min)的区域上进行，其中ZL ≤ NL且ZQ ≤ NQ。因此，对于纵向方向上的框架大小，dL = ZL dL,min，其中ZL = 1...NL，而对于横向方向上的框架大小，dQ = ZQ dQ,min，其中ZQ = 1...NQ。而且，NL, NQ, ZL, ZQ 。优选地，2 ≤ NL ≤ 40，尤其是3 ≤ NL ≤ 20，优选地4 ≤ NL ≤ 10，并且特别优选地5 ≤ NL ≤ 8。优选地，2 ≤ NQ ≤ 10，尤其是3 ≤ NQ ≤ 8，并且特别优选地4 ≤ NQ ≤ 6。如果间隙SL被提供在纵向方向上的邻近处理单元之间，和/或间隙SQ被提供在横向方向上，优选地这个间隙S在确定dL和dQ时被考虑，以这种方式使得能够保持标准运输集装箱的恒定阶梯式增量。在这种情况下，尤其是，dL = ZL dL,min + (ZL – 1) SL，其中ZL = 1...NL，和/或dQ = ZQ dQ,min + (ZQ – 1) SQ，其中ZQ = 1...NQ。
尤其是，框架在纵向方向和横向方向上的大小被选择成，在标准运输集装箱内的最大可能数量的处理单元的情况下，该标准运输集装箱的可用存储空间的超过95％都被处理单元使用。优选地，0.9 ≤ (NL dL,min)/LL ≤ 1.0，尤其是0.95 ≤ (NL dL,min)/LL ≤ 0.99并且特别优选地0.97 ≤ (NL dL,min)/LL ≤ 0.98。对应地，尤其是0.9 ≤ (NQ dQ,min)/LQ ≤ 1.0，尤其是0.95 ≤ (NQ dQ,min)/LQ ≤ 0.99，并且特别优选地0.97 ≤ (NQ dQ,min)/LQ ≤ 0.98。优选地0.95 ≤ [(NL dL,min) (NQ dQ,min)]/(LL LQ) ≤ 1.0，并且特别优选地0.97 ≤ [(NL dL,min) (NQ dQ,min)]/(LL LQ) ≤ 0.99。尤其是450 mm ≤ dL,min ≤ 650 mm，优选地500 mm ≤ dL,min ≤ 600 mm，并且特别优选地dL,min =°570 mm 15 mm。对应地，尤其是450 mm ≤ dQ,min ≤ 650 mm，优选地500 mm ≤ dQ,min ≤ 600 mm，并且特别优选地dQ,min =°570 mm 5 mm。
通过处理单元的尺寸设置的这种标准化，可以在标准运输集装箱内以有序结构放置多个处理单元，这些处理单元在该标准运输集装箱内支持和/或执行所计划的化学反应的不同的过程工程单元操作，尤其是化学间隙反应和/或连续的化学反应，并且可以将它们彼此连接，尤其是用于质量转移和/或能量交换和/或信息交换。在该标准运输集装箱内实现的系统结构可由多个标准化的处理单元组成，这些处理单元彼此连接使得例如可以在池中具有可用于各种不同的过程工程单元操作的各种不同的处理单元，并且取决于必要的系统结构，可以在标准运输集装箱内以模块方式灵活地组装这些处理单元以合成某种化学产品，因此允许以低花费执行不同的化学反应，尤其是连续的化学反应。
使用过程工程单元操作来原则上指任何过程，这该过程中至少一个材料在类型、特性和/或组成方面被改变，尤其是通过使用物理化学或生物过程。优选地，在处理单元中，仅进行一个过程工程单元操作，因此改善了对于不同的化学反应的可交换性和可重复使用性。过程工程单元操作例如是混合、分离、聚集、粉碎、加热、冷却、干燥、过滤、蒸馏、氧化、氢化。聚合、发酵、电镀。由处理单元的操作单元支持和/或执行的过程工程单元操作尤其是延伸超过纯质量运输，并且不限于存储或运输。
尤其是，该框架具有基本上垂直延伸的支撑柱。优选地，提供四个支撑柱，它们被布置在具有边缘长度dL和dQ的名义矩形的角部中。所述支撑柱可通过基本上水平延伸的基部和/或基本上垂直延伸的侧壁和/或连接柱彼此连接。该框架可限定了容积，操作单元被定位在该容积内。该操作单元可被基本上不可移动地连接到该框架。尤其是，在该框架内设置合适的凹部，这些凹部允许操作单元连接到不同的处理单元的至少一个另外的操作单元。
尤其是，该框架具有高度dH，其基本上对应该标准运输集装箱的内部的纵向方向上的大小LL的不可分割部分NL的整数倍ZH或者横向方向上的大小LQ的不可分割部分NQ的整数倍ZH。这尤其允许处理单元的尺寸基本上以立方体的方式被构造和/或由名义立方体组成。尤其是，dH = ZH LL/NL或dH = ZH LQ/NQ。优选地，dH = ZH dL,min或dH = ZH dQ,min，其中dL,min和/或dQ,min在确定时尤其考虑了间隙S。而且，ZH。优选地，1 ≤ ZH ≤ 5并且特别优选地2 ≤ ZH ≤ 4。而且，这种尺寸设置允许框架的高度在处理单元上方和/或下方在标准运输集装箱内留出了空余空间，该空余空间的大小在垂直方向上尤其小于LL/NL或LQ/NQ。在该空余空间中，用于材料、能量和/或信息的供应导管可被提供，这些导管可被容易地可接触地连接到不同的处理单元。
对于标准运输集装箱的内部在纵向方向和/或横向方向上的总大小L和整数划分N时的框架在纵向方向和/或横向方向上的最小大小dmin，将间隙S考虑在内时，是根据dmin = (L-(N+1)S/N确定的，尤其是1 mm ≤ S ≤ 50 mm，优选地2 mm ≤ S ≤ 30 mm，更优选地3 mm ≤ S ≤ 20 mm，并且特别优选地4 mm ≤ S ≤ 15 mm。因此，这规定了纵向方向dL,min = (LL-(NL+1)SL)/NL且在横向方向上dQ,min = (LQ-(NQ+1)SQ)/NQ。由于该间隙，更容易接触个别的处理单元，并且尤其是在安装和/或拆卸过程中更容易地操作个别的处理单元。而且，如果必要，产生对处理单元的更好的被动冷却。因此，尤其是在用于操作操作单元的电操作部件的情况下避免了热量积聚。
特别优选地，框架在纵向方向上的最小大小dL,min基本上对应框架（22）在横向方向上的最小大小dQ,min，其中，尤其是，框架的最小高度dH,min基本上对应框架在纵向方向上的最小大小dL,min和/或框架在横向方向上的最小大小dQ,min。用于处理单元的最小存储空间可由此被构造成基本上是正方形的。这允许处理单元在标准运输集装箱内能以90度的偏置固定，因此简化了不同的处理单元的连接和可接触性。例如，多个处理单元可被以L形状在标准运输集装箱内布置在纵向方向和横向方向上。
尤其是，在该框架内，尤其是低于操作单元，提供连接到该操作单元或未连接到该操作单元的废水导管，其中该废水导管具有至少一个，优选是至少两个，管凸缘，所述管凸缘侧向地面向框架外部。不再需要的材料和/或不想要的产品可由此被通过重力给送到废水导管，其中可以提供不同的导管以用于不同的材料流。在这种情况下，这个废水导管可以由处理单元共同使用，其中合适形式的废水导管被连接到该操作单元。尤其是，可以提供废水导管以运送来自不同处理单元的材料流。因此，从相对于相关的出口和/或相关的存储相当远地定位的一个处理单元，可容易地使一种材料流经过定位在它们之间的其它处理单元。为此目的，不是非得提供被引导通过对应的处理单元的单独的导管。相反，不要求用于其自己的操作单元的这种废水导管的处理单元也可通过其自己的废水导管提供所要求的导管段的对应部分。
优选地，提供至少一个传输单元以向邻近的处理单元和/或从该邻近的处理单元运输材料，该至少一个传输单元被连接到操作单元或未连接到该操作单元。该传输单元尤其能补偿发生在该处理单元内的材料运输中的压降，和/或为建立对应的高传输压力，能过度补偿。尤其是，如果材料运输要由多个串联布置的处理单元执行，那么该传输单元能确保，不论总传输段如何，总能维持期望的传输压力。处理单元的传输单元的尺寸设置由此能基本上与压降无关地在整个传输段上按期望进行。这有利于处理单元的对于不同的化学反应的可交互性和可重复使用性。
尤其优选地，该框架被连接到基部，其中该基部通过脚部被定位成与基板间隔开以紧固到基板。通过该角部，框架以及由此处理单元可例如被固定地但可拆卸地连接到基板。通过基部和基板的间隔布置，保留了基本上由所述角部的垂直延伸部限定的缝隙，该缝隙可按要求被用于其它目的，例如用于放置用于操作测量仪器的电缆线。尤其是，可以提供支承横向梁，该横向梁能增加标准运输集装箱的稳定性并且能应付处理单元的重量，处理单元优选地被连接到该横向梁。横向梁的中心线优选地被彼此间隔dL,min或dQ,min。尤其是，基部到基板之间的间距允许容易地视觉检查基板，因此能够容易地认识到处理单元的泄漏或其它缺陷。而且，可以使用叉车从下面接触处理单元并且容易地将其运输，因此简化了系统结构的转换。优选地，基部的尺寸基本上对应标准托盘的尺寸或者标准托盘的尺寸的四分之一，以这种方式使得使用叉车运输处理单元和/或在标准托盘上存储相对大的处理单元或存储多个相对小的处理单元都得到简化。尤其是，可以使用叉车移动多个相对小的处理单元，这些处理单元一起被存储在一个标准托盘上。优选地，处理单元的框架的尺寸在机械稳定性方面被设置为使得包含这些处理单元的托盘可一个在另一个上方地堆叠。框架的这种机械稳定性通常足以防止框架和/或处理单元的不可修复的变形，甚至是在标准运输集装箱发生爆炸的情况下。
尤其是，支撑装置，尤其是测量器械被连接到操作单元，它们被设置在操作单元的下面以操作该操作单元。处理单元可尤其具有在定义高度之上的支撑区域，例如用于测量器械或废水导管，在定义高度之上的操作区域以用于操作单元，和在定义高度之上的接口区域以将处理单元连接到材料和/或能量和/或信息的供应网络。如果这些区域对于所使用的全部处理单元来说都被设置在基本上相同的高度处，那么就进一步改善了处理单元对于不同的化学反应来说的可交换性和可重复使用性。尤其是，操作单元可被安置在测量器械的一部分上，该测量器械能够例如使用延伸测量条测量操作单元的重量。例如，可由此测量填充高度。而且，可以使用测量器械测量体积流率和/或对其进行控制。
优选地，被连接到操作单元的接口模块被设置在操作单元的上方以容纳材料和/或能量和/或信息。这使得可以给上方的处理单元的操作单元提供了质量转移和/或能量交换和/或信息交换。因此，多个处理单元可特别简单地在上方被链接到彼此和/或特别简单地连接到共用供应网络。例如，通过接口模块连接的供应网络可具有数据总线，该数据总线使得可获得信息，尤其是测量结果，到达其它处理单元，因此允许根据其它处理单元的状态对所附接的处理单元的改善控制，尤其是前馈控制。而且，通过该接口模块，电能、蒸汽、压缩空气等可根据要求从供应网络获取。优选地，接口模块具有控制器，该控制器例如响应于控制器的控制信号，允许与供应网络进行定义的交换，尤其是质量转移。
本发明还涉及使用多个处理单元，该处理单元可按照本文前面的描述进行构造和开发，该多个处理单元在共用标准运输集装箱内被彼此直接或间接地连接，尤其在如DIN ISO 668中具体说明的标准运输集装箱中，以构造用于执行化学反应的生产系统。由此可以使得不同的过程工程单元操作在池中可获得不同的处理单元，并且根据所要求的系统结构在标准运输集装箱内以模块化方式对它们进行灵活地组装以合成定义的化学产品，因此能够以低花费执行不同的化学反应。
此后，将根据优选的示例性实施例借助附图利用示例来解释本发明，其中此后示出的特征的每一个单独地以及组合地都可代表本发明的一个方面。附图中：
图1 示出了标准运输集装箱的示意透视概念图，
图2 示出了具有不同的概念性示出的处理单元的图1的标准运输集装箱的示意透视概念图，
图3 示出了图1的标准运输集装箱的处理单元的一个示例的示意透视图，
图4 示出了图1的标准运输集装箱的处理单元的下部区域的示意透视图，以及
图5 示出了图1的标准运输集装箱的处理单元的支撑区域的示意透视图。
在图1中示出的如在DIN ISO 668中具体说明的1C型标准运输集装箱10的内部在纵向方向上具有LL = 5867 mm的大小，在横向方向上具有LQ = 2300 mm的大小，并且具有LH = 2197 mm的高度。纵向方向上的大小LL被分成NL = 10个基本上等大的名义逻辑单元，以此方式使得对于每个逻辑单元来说在纵向方向上都得到了基本上dL,min = 570 mm的段。横向方向上的大小LQ被分成NQ = 4个基本上等大的名义逻辑单元，以此方式使得对于每个逻辑单元在横向方向上都同样得到了基本上dQ,min = 570 mm的段。如在图2中所示，标准运输集装箱10的内部中，可布置多个处理单元12，它们被根据标准运输集装箱10的名义阶梯式增量来定向。这意味着所提供的处理单元12中的每一个都在纵向方向上具有大小dL，并且在横向方向上具有大小dQ，在每种情况下它们都分别基本上是dL,min或dQ,min的整数倍。对于处理单元12，还有预定的最小高度dH,min = 570 mm，以这种方式使得最小的处理单元12具有边缘长度为570 mm的立方体高度。所使用的更大的处理单元12的尺寸基本上对应这个立方体的整数倍。
通过将处理单元12的最小高度选择为dH,min = 570 mm使得对于处理单元12最大高度是dH,min的ZH = 3倍时仍然能安装到标准运输集装箱10的内部内。因此，在所示出的示例性实施例中，保留有高度为460mm的上部区域。这个区域足够大以在那里提供供应网络14，该供应网络能从上面给位于标准运输集装箱10内的几乎任一期望位置处的相应处理单元12供应材料、能量和/或信息。该上部区域尤其没有处理单元12的部分。不过，供应网络14可以在上部区域内留下足够的空余容积，处理单元12可伸入到该上部区域中的被留出的空余容积内。供应网络尤其在标准运输集装箱10的端面16处的对应预先确定的阶梯式增量的容积上延伸，或者可具有在纵向方向上与此偏离的大小。在标准运输集装箱10的这个端面16处，可提供连接到供应网络的多路联接器18，通过该多路联接器标准运输集装箱10可被对接到对接站20。对接站20可进而被连接到主干结构，通过该主干结构可通过多路联接器18和对接站20交换材料、能量和/或信息。尤其是，标准运输集装箱10可由此被供应足够的材料、能量和/或信息以使用提供在标准运输集装箱10内的处理单元12进行化学反应。产品和/或残余物和废物可在该化学反应被执行之后任选地通过多路联接器18给送到分开的连接装置和主干结构的对接站20和/或给送到多路联接器18在给送到分开的连接装置和主干结构的对接站20。尤其是，可以在标准运输集装箱10内自主地执行化学反应，也就是说，标准运输集装箱10可在执行化学反应，尤其是化学间歇反应和/或连续反应时，被定位成与对接站20分开。
在图3中示出的处理单元12具有框架22，该框架限定了处理单元12在纵向方向和横向方向上的大小。操作单元24被插入到框架22，该操作单元24例如被构造为反应器或搅拌罐。在操作单元24下方，在操作单元24和连接到框架22的基部26之间设置支撑区域28，在该支撑区域中布置有支撑装置，例如测量仪器30以监测和/或控制操作单元24的操作参数。脚部32被连接到基部26和/或框架22，通过该脚部框架22且由此处理单元12可被固定在标准运输集装箱10内。在操作单元24上方设置接口模块34，通过该接口模块操作单元24可被连接到供应网络14。尤其是，接口模块34包含了为操作操作单元24而提供的控制器和过程控制技术，其中尤其是，关于操作单元24的状态的信息可通过接口模块被传输到供应网络14，以允许另外的处理单元12接触该信息。在操作单元24和供应网络14之间的质量转移例如可通过管子36进行，管子36可被彼此连接。
如在图4中所示，在支撑区域28中，尤其可提供废水导管38，该废水导管不一定被连接到所示出的处理单元12的操作单元24。废水导管38可在两个或更多位置具有管凸缘40，通过管凸缘废水导管38可被连接到邻近的处理单元12的对应废水导管38。这允许了废水、产品或其它材料被从处理单元12通过多个处理单元12经由连接到彼此的废水导管38运输到期望地点。如在图5中所示，为此目的，处理单元12，尤其是提供在标准运输集装箱10内的多个处理单元或者设置是全部的这些处理单元具有传输单元42，例如泵。传输单元42能尤其补偿在废水导管38中临时发生的压降。而且，在支撑区域28中，可提供过滤器器械44形式的支撑单元，例如以使产品没有不想要的固体微粒。