Sprühpolymerisation: Modellierung der Mikropolymerisation im Turmreaktor

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Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen Mikropolymerisationsprozess im Sprühturmreaktor zu analysieren. Der Schwerpunkt der Arbeit wurde auf die Modellierung gelegt, um das komplexe Verfahren, bei dem mehrere Teilprozesse simultan ablaufen, quantitativ zu beschreiben. Es wurde ein mathematisches Modell der Mikroemulsionspolymerisation im Turmreaktor entwickelt und mithilfe eines Computerprogramms gelöst. Alle relevanten Phänomene und Prozesse wurden berücksichtigt und in Form eines geeigneten Differentialgleichungssystems abgebildet. Dabei wurde der Trocknungs-prozess (1. und 2. Trocknungsstufe) mit den für die Mikroemulsionspolymerisation spezifischen Teilreaktionen (Initiatorzerfall, Kettenwachstum, Kettenabbruch, Übertragung) zusammengefasst. Zur Quantifizierung des Gesamtvorgangs wurden sowohl Diffusionsprozesse innerhalb der Sprühtropfen als auch Wärme- und Stofftransport zwischen den Tropfen und der Gasphase berücksichtigt. Die Ergebnisse wurden als zeitliche Verläufe relevanter Zielgrößen wie Monomerumsatz und Restfeuchte der Polymerpartikel in Abhängigkeit von allen wichtigen Parametern dargestellt. Das Modell soll dazu dienen, geeignete Prozessfenster zu finden, die eine schnelle Reaktion ermöglichen und gleichzeitig den Monomerverlust durch Verdunstung (was oft ein Hauptproblem bei der Sprühpolymerisation ist) zu minimieren. Dabei sind die Simulationsergebnisse anhand experimenteller Befunde verifiziert worden.