Die Umstellung von Batch- auf kontinuierliche Prozesse bringt aus verfahrenstechnischer Sicht viele Vorteile mit sich. Die Herausforderung besteht darin, dass kontinuierliche Prozesse in Rohrreaktoren im Labormaßstab aufgrund kleinerer Volumenströme in der Regel unter laminaren Strömungsbedingungen ablaufen. Zudem tritt bei der Polymerisation leicht Fouling – Polymerablagerungen an der Reaktorwand – auf. Ziel ist es daher, die additive Fertigung als Möglichkeit zu nutzen, Geometrien zu entwerfen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht ohne weiteres möglich sind. Computergestützte Entwürfe (CAD) werden gezeichnet, dann gedruckt und für Polymerisationen im Fluss verwendet. Dies ermöglicht ein Fast Prototyping und eine flexible Gestaltung von Geometrien.

Die Kombination von 3D-Druck mit Computational Fluid Dynamic (CFD)-Berechnungen ermöglicht zudem eine gezielte Designoptimierung. Um das Strömungsverhalten in der Reaktorgeometrie zu verstehen und zu optimieren, können in einem ersten Schritt die Durchmischungseffizienz und die Verweilzeitverteilung mittels CFD-Berechnungen ermittelt werden. Anschließend werden die CFD-Berechnungen mit kinetischen Modellierungen kombiniert, um das Verständnis des gekoppelten Strömungsverhaltens und der Polymerisationskinetik zu verbessern. Die optimierten Geometrien werden dann mittels Stereolithographie (SLA) in transparentem Harz gedruckt, um das Misch- und Verweilzeitverhalten in einem Experiment zu überprüfen. Auf diese Weise lassen sich die Simulationsergebnisse validieren und gegebenenfalls zum Entwurfs- und Optimierungsschritt zurückkehren. Schließlich wird eine optimierte Geometrie in Lösungs- oder Emulsionspolymerisationsreaktionen eingesetzt.

[1]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cite.202200005