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Chemie| Chemische Analytik | Reaktionsüberwachung bei der Herstellung von Polysterol

Echtzeit-Überwachung der Partikelgröße und des Umwandlungsgrades bei der Herstellung von expandierbarem Polystyrol

Polystyrol kommt in vielen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz

Polystyrol ist ein weit verbreiteter, kostengünstiger Kunststoff und vielseitig einsetzbar. Je nach Herstellungsart wird zwischen dem feinporigen extrudierten Polystyrol (XPS) und dem eher grobporigen expandiertem Polystyrol (EPS) unterschieden, das charakteristischerweise aus kleinen Kunststoffperlen besteht, die miteinander verschmolzen sind. Aufgrund seines geringen Gewichts, seiner Steifigkeit und Formbarkeit kann expandiertes Polystyrol in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als schockdämpfendes Verpackungsmaterial oder zur Wärmedämmung für Gebäude.

Während des Herstellungsprozesses von expandierbaren Polystyrolkügelchen ist für den italienischen Chemiehersteller Versalis S.p.A die kontinuierliche Überwachung der Polymerisationsreaktion von grundlegender Bedeutung, um ein qualitativ hochwertiges Produkt und eine hohe Ausbeute zu erhalten und um die optimale Steuerung der Produktionsanlage zu gewährleisten. Wichtige Parameter, die während der Suspensionspolymerisation von EPS kontrolliert werden müssen, sind die Größe der Polymerpartikel sowie der Umwandlungsgrad des Styrolmonomers in das Polymer.

Herausforderung

Genaue Endpunktbestimmung bei der Polymerisationsreaktion von expandierbarem Polystyrol natürlicher Rohstoffe

 

 

Einsatzbereich

Kontinuierliche Überwachung kritischer Parameter bei der Herstellung von Polystyrolkügelchen

 

 

Anwendungsbereich

  • Industrielle Herstellung von Polymeren
  • Kunststoffherstellung
  • Polymer Industrie

Verfahren

  • Prozessanalysentechnik (PAT)

  • NIR Spektroskopie

  • Online Spektroskopie

Lösung

  • NIR-Spektroskopie

  • Inline-Messung

  • Reflexionsmessung

Vorteile

  • Genaue Prozesskontrolle
  • Hohe Prozess-Sicherheit
  • Effizienzsteigerung
  • Prozessoptimierung

Die Herausforderung

Der Endpunkt der Polymerisationsreaktion muss genau bestimmt werden können

Polystyrol ist ein amorpher, transparenter Thermoplast und wird in zwei Prozessschritten in Kettenpolymerisation aus dem Monomer Styrol hergestellt. Während dieser beiden Prozessschritte müssen die Partikelgröße sowie der Fortschritt des Umwandlungsgrads des Styrolmonomers kontinuierlich überwacht werden. Der Umwandlungsgrad ist ausschlaggebend für die Bestimmung des Endpunktes der Reaktion. Die Umwandlungsreaktion der Monomere erfolgt sehr schnell. Die Reaktion muss daher sehr genau und in Echtzeit verfolgt werden.

Wird der Endpunkt der Polymerisation nicht rechtzeitig detektiert, kann es passieren, dass sich die im Verlauf der Reaktion zu Pellet-ähnlichen Kügelchen entwickelnden Styrolmonomere zu einer großen Kugel verklumpen und eine Blockade am Reaktorausgang verursachen. Eine große Kugel kann so im schlimmsten Fall die gesamte Anlage blockieren.

Kritische Prozessparameter müssen kontinuierlich überwacht werden

Das bisherige Verfahren umfasst die manuelle Probenentnahme und Schätzung der Partikelgröße vor einem Lichtstrahl. Dieses Verfahren erfordert sehr viel Expertise und ist nur schwer reproduzierbar.

Für eine präzisere Überwachung dieser Kontrollparameter in der heterogenen Phase wird ein Verfahren benötigt, das reproduzierbar ist und keine häufigen Wartungseingriffe an der Anlage erfordert. Die zum Einsatz kommende Messtechnik darf außerdem die Fluiddynamik des Reaktors nicht stören, nicht anfällig für Verschmutzungen und für den Einsatz in der ATEX Zone 2 IIB T3 geeignet sein.   

Die Applikation

In zwei Reaktionsschritten entsteht expandierbares Polysterolgranulat, dass vielseitig einsetzbar ist

Bei der Polymerisation wird in einem ersten Reaktor das Monomer mit Additiven versetzt. Im zweiten Reaktor findet der Umwandlungsprozess von Styrol zu Polysterol statt. Die Gesamtzeit des Prozesses beträgt vier Stunden. Während dem Polymerisationsprozess entstehen Gaseinschlüsse. Mit Hilfe von Pentan als Treibmittel und reinem Wasserdampf kann das Polystyrolgranulat expandieren. Für die Weiterverarbeitung des Granulats kann die Expandierung des Gases genutzt werden. Die Kügelchen weiten sich bis zum 50-fachen des Eigenvolumens auf. Bei diesem Endschritt kann das Polystyrolgranulat in beliebige geometrische Formen gebracht werden.

 

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80 Skyline Drive
11803 Plainview, NY
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Tel.: +1 5169 3908 88
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