zum Directory-modus

Tutorial MenueStoff- und WärmetransportLerneinheit 8 von 11

Temperaturkontrolle bei Polymerisationsreaktionen

Methoden der Kühlung

Polymerisationsreaktionen verlaufen meistens stark exotherm. Im Normalfall wird in der Technik jedoch eine isotherme Fahrweise angestrebt (Carnot-Maschine). Es müssen also intensive Maßnahmen ergriffen werden, um die anfallende Reaktionswärme abzuführen. Der Wärmetransport muss möglichst effektiv sein. Hierzu wird gekühlt.

Genutzt wird nahezu immer die Kühlung durch die Reaktorwand, seltener werden Kühlschlangen eingebaut. Unter anderem wegen der hohen Viskosität des polymerisierenden Reaktionsgemisches kann es nämlich zu Toträumen, also zu Inhomogenitäten des resultierenden Polymerisates kommen. In den Toträumen können andere Temperatur- und Mischungs-Verhältnisse als im restlichen Reaktor vorliegen. Dabei entstehen zum Beispiel andere mittlere Polymerisationsgrade und damit andere Eigenschaften des resultierenden Polymerisats. Häufig werden auch eingebaute Elemente wie Rührer und Strömungsbrecher gekühlt. In allen Fällen ist jedoch zu beachten, dass sich auf den Flächen von Reaktorinnenwand, Rührer oder Strömungsbrecher im Verlauf der Reaktion Polymerisat ablagert. Neben dieser Kontaktkühlung gibt es eine andere Möglichkeit zur Wärmeabfuhr, die direkte Kühlung der Reaktionsteilnehmer oder des Lösemittels, die kalt in den Reaktor eingefahren werden. Allerdings ist diese Variante durch die geringen spezifischen Wärmekapazitäten der Monomere und der Lösemittel (Toluol 157,3 kJ/(mol·K), n-Hexan 195,6 kJ/(mol·K), Styrol 182,0 kJ/(mol·K) begrenzt. Auch kann gegebenenfalls ein Eisbrei (Gemisch aus flüssigem und festem Monomer oder Lösemittel) eingefahren werden und so zusätzlich die Schmelzwärme zur Wärmeabfuhr genutzt werden.

Eine weitere Möglichkeit ist die Siedekühlung, bei der die Verdampfungswärme genutzt wird (Vinylchlorid 26,2 kJ/mol, Ethen 14,4 kJ/mol, Styrol 40,3 kJ/mol, Vinylacetat 35,5 kJ/mol, Methylmethacrylat 37,6 kJ/mol). Hier können Probleme beim Wiedereinmischen des Kondensats in das viskose Reaktionsmedium entstehen. Im Falle zu hoher Dampfgeschwindigkeiten (Brüdengeschwindigkeiten) kann es zu Schaumbildung kommen, die jedoch durch Schaumhemmer verhindert werden kann.

Abb.1
Kontaktkühlung (Kühlschlangen, Reaktorwand) und Siedekühlung
Seite 2 von 5