Projekt

Ziel ist die Entwicklung eines energieoptimierten, ressourcensparenden Gesamtkonzepts für die Herstellung von Spezialpolymeren. Mittels Inline-Messtechniken zur Prozesskontrolle und -steuerung soll ein sicherer, ressourcenschonender und wirtschaftlicher Betrieb ermöglicht werden und eine konstante Produktqualität garantiert werden. Massenkunststoffe (PE, PP, PVC€) werden heute in energie- und ressourceneffizienten kontinuierlichen Verfahren hergestellt. Komplett anders gestaltet sich dagegen die Herstellung von Polymeren für Spezialanwendungen mit nur 500 bis 10.000 t/a. Diese werden aufgrund der größeren Flexibilität in Mehrzweck-Rührkesselreaktoren hergestellt, die allerdings hinsichtlich Energie-, Ressourcen- und Zeiteinsatz Optimierungsbedarf haben. Dazu wurden im Projekt Milli-Reaktoren als Lösungsansatz eingesetzt. Milli-Reaktoren sind kontinuierlich betriebene Reaktionsapparate mit Strömungskanälen, deren charakteristische Dimension im Millimeterbereich liegt. Die Apparate zeichnen sich durch sehr hohe Wärmeübertragungsflächen pro Volumeneinheit aus. Gleichzeitig weisen Milli-Reaktoren eine definierte, enge Misch- und Verweilzeitcharakteristik auf und sind im Vergleich zu anderen Mikro-Reaktoren weniger verstopfungsanfällig und zeigen ein robusteres Betriebsverhalten. Ziel des Projektes war es, ein durchgängiges Apparatekonzept zu erarbeiten, mit dem eine direkte Übertragung von Laborergebnissen in den Produktionsmaßstab möglich ist.

Im Zuge der Produktionsüberwachung und der Qualitätskontrolle wurden Softsensoren eingesetzt. Diese ermöglichen die Schätzung von nicht direkt messbaren Prozessgrößen auf Basis zugänglicher Messgrößen anhand von Modellen bzw. Korrelationen. Dies wurde mittels eigens entwickelter Messtechnik und CFD-Simulationen erreicht.

Für die Polymerisation von N-Vinylpyrrolidon (NVP) konnte das Verfahren in einem Miniplant-Maßstab demonstriert werden. Ein Aufarbeitungsverfahren wurde erarbeitet. Das kontinuierliche Verfahren zeichnet sich durch eine drastische Energieeinsparung aus. Darüber hinaus wurde ein mehrstufiger Ansatz für optimales Reaktordesign angewandt, um ausgehend von einem Prozessmodell Designvarianten für kontinuierliche Reaktoren zu generieren. Hierdurch konnten Vorschläge abgeleitet werden, um die bestehenden Reaktoren bezüglich einer gewählten Zielfunktion weiter zu verbessern.