A Contribution to Observation and Time-optimal Control of Emulsion Co-Polymerization Reactions
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Beschreibung
Emulsionspolymerisation ist die wahrscheinlich vielseitigste Polymerisationstechnik. SiewirdüblicherWeisezurProduktionvonFarben,Klebstoffen,etc. genutzt,womitsie einenMarktanteilvonca.7%anderweltweitenPolymerproduktionerreicht.AufGrund dieserwirtschaftlichenBedeutungwurdeimletztenJahrhundertvielandieserTechnik geforscht. LeidergibtesheutzutageimmernochvieleoffeneFragen,besondersinden BereichenModellierung,BeobachtungundRegelung.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein zeitoptimales Prozessführungskonzept erarbeitet und validiert, welches auf der Idee basiert, dass der Prozess nur dann so schnell wie möglich betrieben werden kann, wenn er an seinen Grenzen betrieben wird. Die wesentlicheBeschränkungbestehtdabeiausderlimitiertenWärmeabfuhrkapazitätdes Reaktors. Des Weiteren werden Prozessbedingungen formuliert, welche die ProduktioneinergewünschtenCopolymerzusammensetzungundMolekulargewichtsverteilung sicherstellen. DieNeuheitdesKonzeptsbestehtinderBerechnungderWärmeabfuhrkapazität des Reaktors. Während bisherige Ansätze eine feste Trajektorie vorgegeben haben,wirddiesehierinEchtzeitmitgeschätzt.
Da die Echtzeitschätzung der wesentliche Aspekt dieses Konzepts ist, wurden verschiedene Methoden untersucht und verbessert. Temperaturoszillationskalorimetrie (TOC)wirdbeikleinenLaborreaktorenangewendet,derenhoherManteldurchflusseine Schätzung des Wärmedurchgangs durch die Mantelwärmebilanz verbietet. Bei der bisherigenMethodekonntenallerdingsnurSinussignale,diedenReaktor-undManteltemperaturtrajektorienüberlagertwurden,sinnvollausgewertetwerden.IndieserArbeit wurdenneueAnsätzeentwickelt,mitdenenbeliebige,beobachtbare,dynamischeTrajektorienauswertetwerdenkönnen.UmvonderneugewonnenenFreiheit,einbeliebiges dynamisches Signal zu nutzen, zu profitieren, wurde das dynamische Signal berechnet,welchesdieoptimaleSchätzungdesWärmeübergangskoeffizientenerlaubt. WeiterhinwirdeinBeobachtervorgeschlagen,welcherTOCund’konventionelle’Kalorimetrie verbindet,umdieSchätzungdesWärmedurchgangskoeffizientenzuverbessern.
Des Weiteren wurde die Schallgeschwindigkeitsmessung untersucht, welche zur SchätzungderMonomerkonzentrationverwendetwerdenkann. DainderLiteraturnur wenigeModelleverfügbarsind, welcheWasser-, Monomer-undPolymerkonzentration mit der Schallgeschwindigkeit koppeln, wurde in dieser Arbeit ein neues Modell, das keine freien Parameter besitzt, entwickelt und validiert. In einer Pilotstudie wurde außerdem die Ionen Mobilitäts Spektroskopie untersucht. Es wurde gezeigt, dass sie prinzipiellzurdirektenMessungderMonomerkonzentrationgenutztwerdenkann.Auch dieKombinationvonRaman-SpektroskopieundKalorimetriewurdestudiert.
Autor*in
Wolfgang Mauntz
Themen in »A Contribution to Observation and Time-optimal Control of Emulsion Co-Polymerization Reactions«
Calorimetry Control Monitoring Necessary Conditions of optimality Emulsion Polymerization Observation