Umfassende Auslegung eines membranbasierten Polymerisationsreaktors für Gas-Flüssig-Feststoff Reaktionssysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Wessling
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504129678

Mit der Anforderung an Prozesse immer energieeffizienter und nachhaltiger zu werden und dabei die Produktqualität gleichzeitig zu verbessern müssen auch etablierte chemische Prozesse neu bewertet und konzipiert werden. Obwohl kontinuierliche Reaktoren im Vergleich zu Batch-Reaktoren eine deutlich höhere Wärme- und Stoffübertragungskapazität bieten, werden in vielen Prozessen immer noch Batch-Reaktoren eingesetzt. Insbesondere Gas-Flüssig-Reaktionen, die häufig durch Wärme- und Stoffübergang begrenzt sind, könnten vom kontinuierlichen Betrieb profitieren. Normalerweise werden Gas-Flüssig-Reaktionen durch Dispergieren von Gasblasen in einem Rührkesselreaktor realisiert. Ein Rührwerk zerschlägt die Gasblasen, um die Grenzfläche zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase zu vergrößern. Diese Methode ist zwar gängige Praxis, hat aber einen sehr geringen mechanischen Wirkungsgrad und kann keine definierten Grenzflächenbereich schaffen. Membrankontaktoren hingegen können eine stabile Grenzfläche zwischen der Gas- und der Flüssigphase in Kombination mit einem hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnis schaffen. Daher sind Membrankontaktoren vielversprechende Reaktorsysteme für viele Gas-Flüssig-Reaktionen.In diesem Projekt soll ein kontinuierlicher membranbasierter Reaktor für Gas-Flüssig-Reaktionen entwickelt werden. Als erste Reaktion wird die Emulsionspolymerisation von Vinylidenfluorid, das als gasförmiges Edukt zugeführt wird, zu Polyvinylidenfluorid (PVDF), das sich als feste Partikel in der flüssigen Phase bildet, durchgeführt. Neben der Energieeinsparung würde eine kontinuierliche Polymerisation von PVDF auch mit dem Einsatz weniger schädlicher Tenside und einer Reduzierung des Abwassers einhergehen.Außerdem findet die Polymerisationsreaktion bei der Emulsionspolymerisation von VDF in Mizellen statt, die durch Tenside gebildet werden, da die Konzentration der Monomermoleküle in der kontinuierlichen flüssigen Phase für Kettenwachstumsreaktionen nicht ausreicht. Daher werden in diesem Projekt die detaillierten Mechanismen und Limitationen des Stofftransports eines gasförmigen Monomers durch eine Membran in eine flüssige Phase mit Mizellen untersucht und Methoden zur Überwindung solcher Beschränkungen entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen