Modelluntersuchungen zur Restentgasung von Kunststoffschmelzen mit gasförmigen Schleppmitteln
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das geforderte Vorhaben konzentrierte sich auf den Schäumprozess in statischen Schäumapparaten. Dabei wurde speziell die Trennung unter anderem von flüchtigen Komponenten in diesen statischen Apparaten durch reine Verdampfung aus fallenden Filmen, Strängen oder aufschäumenden Fluiden untersucht. Durch den Zusatz von dispergierten Schleppmitteln, wie leicht flüchtigen Flüssigkeiten oder inerten Gasen wird das Aufschäumen bewusst hervorgerufen bzw. verstärkt. Die Dynamik des Schäumens wird von einer Vielzahl von Prozess- und Stoffgrößen, wie dem Druck, der Temperatur und der Art, Menge und Dispergierung des Schleppmittels bestimmt. Ziel des Vorhabens war, den Aufschäumprozeß einer hochviskosen Flüssigkeit mit dispergierten, gasförmigen Schleppmitteln experimentell sowie mit den Methoden der mathematisch-physikalischen Modellierung und numerischen Simulation zu untersuchen. Mit experimentellen Untersuchungen wurden die Anfangs- und Randbedingungen für die Modellierung ermittelt und das theoretische Schäummodell verifiziert. Auf Basis des hergeleiteten mathematisch-physikalischen Modells kann der zeitliche Verlauf der Konzentration der gelösten Komponenten in der hochviskosen Flüssigkeit und damit den Stofftransport der flüchtigen Komponente in Abhängigkeit der relevanten Prozess- und Stoffgrößen berechnet werden. Damit wird ein besseres Verständnis für die zeitlichen Abläufe des Schäumvorganges und für die den Stofftransport bestimmenden thermophysikalischen Eigenschaften der gelösten Komponente in der hochviskosen Flüssigkeit erhalten. Mit Hilfe dieses hergeleiteten Modells kann anhand von Parameterstudien unter realen Randbedingungen der Einfluss einzelner Größen gezielt untersucht und eine Optimierung des Schäumprozesses durchgeführt werden. Schaumbildende Prozesse spielen außer in der Kunststoffindustrie auch in anderen Bereichen der Chemie und Verfahrenstechnik eine wichtige Rolle. Bei der Schaumstoffproduktion wurde in der Vergangenheit Fluorchlorkohlenwasserstoffe als Treibmittel eingesetzt. Heute wird auf die Produktion dieser Ozon abbauenden Lösungsmittel verzichtet. In den betreffenden Industriezweigen wird seitdem intensiv nach I geeigneten Ersatzstoffsystemen gesucht. Das entwickelte mathematisch-physikalische Modell zur Beschreibung von Schäumprozessen kann auf der Suche nach geeigneten Substitutionen einen wichtigen Beitrag leisten. Mit Hilfe der Simulation können die einzelnen Teilmechanismen der Polymerschäumung unter spezieller Berücksichtigung der thermophysikalischen Stoffdaten analysiert werden und Vergleiche mit bisherigen Treibmitteln gezogen werden. Die Suche nach potentiellen Ersatzstoffen schließt dabei die Ausarbeitung einer angepassten Prozessführung mit ein. In Ergänzung zu den bisher im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen kommen dem Wärmetransport und der Abkühlung der Schmelze dabei entscheidende Bedeutung zu.
