Bitte wählen Sie ihr Lieferland und ihre Kundengruppe
In der vorliegenden Arbeit wurde der Taylor-Couette-Reaktor (TCR) hinsichtlich seiner Anwendbarkeit im kontinuierlichen Herstellungsprozess von Polymethylmethacrylat (PMMA) grundlegend charakterisiert. Ziel der Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der Vermischung auf ein polymerisierendes Reaktionssystem, bei dem es im kontinuierlichen Prozess zum Viskositätsanstieg kommt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde der Umsatzverlauf der radikalischen Polymerisation von Methylmethacrylat (MMA) in Xylol mit 2,2-Azoisobutyronitril (AIBN) als Initiator bei 80°C entlang der Reaktorlänge modelliert. Zur Beschreibung der Taylor-Couette-Strömung wurde das Zellenmodell mit Rückvermischung verwendet. In diesem Modell wird die Taylor-Couette-Strömung als eine Reihe hintereinander geschalteter Reaktionseinheiten von CSTRs (Continuous Stirred Tank Reactor), d.h. als Rührkesselkaskade, betrachtet. Dabei wurden die folgenden vier Phänomene zur Berechnung des Umsatzes im TCR betrachtet: Zum einen wurde der Massentransport zwischen zwei benachbarten Wirbelzellen im Spalt zwischen zwei Zylindern, die sogenannte Makrovermischung, durch ein axiales Dispersionsmodell beschrieben. Daraus entstanden Korrelationen, die es ermöglichen, den axialen Dispersionskoeffizienten in Abhängigkeit von der axialen und der Rotations-Reynoldszahl darzustellen. Im zweiten Schritt der Modellierung wurde eine Korrelation zwischen der kinematischen Viskosität und der Polymerkonzentration in der Polymerlösung auf Basis des empirischen Modells von Lyons und Tobolsky erarbeitet. Drittens wurde die Polymerisation von MMA im Batch-Verfahren untersucht, um Kenntnisse über die Reaktionskinetik und die Strömungseigenschaften während der Polymerisation im TCR zu gewinnen. Der Umsatz des Polymers ist von der Rotationsgeschwindigkeit des Innenzylinders und dem Massenanteil des Lösemittels abhängig. Dies bedeutet, dass die Reaktionskinetik von der Scherrate beeinflusst wird. Dieser Effekt wurde als "hydrodynamische Aktivierung" bezeichnet. Mit Hilfe der hydrodynamischen Aktivierung ist es möglich, eine Korrelation aufzustellen, die an die experimentellen Daten angepasst werden kann. Darüber lässt sich dann die Reaktionskonstante direkt aus der Scherrate im TCR errechnen. Im vierten Schritt wurde der Segregationsgrad aus dem Diffusionsmodell von Villermaux mit Hilfe der Hypothese von Toor für die Charakterisierung der Mikrovermischung eingeführt. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt den Einfluss der Prozessparameter und der Reaktorgeometrie auf die Molmassenverteilung des Polymers. Ein Vergleich der Molmassenverteilung bei verschiedenen mittleren Verweilzeiten und Drehgeschwindigkeiten ergab, dass das mittlere Molekulargewicht mit abnehmender mittlerer Verweilzeit und Drehgeschwindigkeit ansteigt. Dabei wird die Molmassenverteilung von der mittleren Verweilzeit stark beeinflusst. In dieser Arbeit wurde eine neue dimensionslose Korrelation entwickelt, in der das Massenmittel der Molmasse als Funktion der Taylor-Zahl und Damköhler-Zahl beschrieben werden kann. Diese Korrelation kann eventuell in Zukunft beim Scale-up eines TCRs verwendet werden.