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Anwendungen von Reaktoren für heterogene Reaktionen

Niederdruck-Ethylenpolymerisation

Polyethylen kann durch Hoch- und Niederdruckverfahren hergestellt werden. Die Produkte unterscheiden sich hauptsächlich hinsichtlich ihres Verzweigungsgrades und damit in ihrem Kristallisationsgrad und ihrer Dichte. Man unterscheidet zwischen drei verschieden Arten von Polyethylen je nach molekularer Struktur der Polymerketten:

  • Low-Density-Polyethylen (LDPE): willkürlich, komplex, langverzweigte Ketten
  • Linear-Low-Density-Polyethylen (LLDPE): einheitliche Verzweigung der Ketten
  • High-Density-Polyethylen (HDPE): nicht verzweigte Struktur der Ketten mit Kristallisation

Während bei der radikalischen Polymerisation unter hohem Druck vorwiegend LDPE entsteht, können mit dem Niederdruckverfahren LLDPE und HDPE gebildet werden, die sich durch verbesserte Festigkeit und Streckbarkeit auszeichnen und deshalb bevorzugt hergestellt werden.

Gasphasen-Wirbelschichtverfahren

Die technische Durchführung des Niederdruckverfahrens zur Ethylenpolymerisation wird in unterschiedlichen Prozessen durchgeführt:

  • Suspensionsverfahren in Rührkesseln
  • Lösungsverfahren in Rührkesseln
  • Gasphasenverfahren im Wirbelschichtreaktor

Beim Gasphasenverfahren in Wirbelschichtreaktoren (50-120 °C; 5-50 bar) wird Ethylen von unten in so großer Menge eingespeist, dass das entstehende Polyethylen ständig im Gasstrom verwirbelt und durchmischt wird. Der Katalysator wird seitlich in das Wirbelbett eindosiert. Durch eine seitliche Austragsvorrichtung wird regelmäßig das fertige Polyethylenpulver entnommen und von Monomer befreit. Das nicht umgesetzte Ethylen wird im Kreislauf geführt und übernimmt den Abtransport der Reaktionswärme. Nach Komprimierung, Abkühlung und Zusatz von frischem Ethylen wird das Kreislaufgas dem Reaktor erneut zugeführt. Eine weitere Darstellung des Gasphasenverfahrens

Abb.1
Ethylenpolymerisation im Gasphasenwirbelschichtverfahren

Das Polyethylen-Rohpulver wird mit Antioxidanzien und Verarbeitungs-Additiven versetzt, mit Hilfe eines Extruders durch Aufschmelzen homogenisiert und in Granulat überführt. In dieser Form wird es an Kunststoff verarbeitende Betriebe geliefert.

Weiterführende Lerneinheiten zur Polyehtylen-Herstellung sind über die nachfolgenden Links einzusehen:

Gasphasenpolymerisation am Beispiel LDPE

Herstellung von Polyethylen

Lerneinheit Polyethylen

Koordinative Polymerisationen - Ziegler-Natta-Katalyse

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