Reaktionstechnische Studien zum Einfluss von Wasser auf die Stabilität von Acrylsäure

Acrylsäure ist ein bedeutendes Zwischenprodukt der chemischen Industrie. Aufgrund ihrer Neigung zur Spontanpolymerisation ist der Zusatz von Stabilisatoren während der Produktion sowie während der Lagerung und dem Transport notwendig. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit kinetischen Untersuchungen zum Verbrauch der Stabilisatoren Sauerstoff und p-Methoxyphenol während der Inhibierungsperiode. Mittels einer mathematischen Simulation war es möglich die Inhibierungs-mechanismen näher zu beschreiben. Weiterhin wurden Stabilitätsuntersuchungen von Acrylsäure und deren wässrigen Mischungen durchgeführt, welche die Basis für die Ermittlung von sicherheitstechnischen Kennzahlen darstellen. Für die Stabilitätsuntersuchungen wurde ein neuartiges isoperibol betriebenes Kalorimeter entwickelt. In weiterführenden Untersuchungen war es möglich, speziell den Einfluss von Wasser auf die Stabilität von Acrylsäure zu quantifizieren. Mittels Raman-Spektroskopie konnte die Ausbildung von Acrylsäure- / Lösungsmittelassoziaten näher studiert werden. Die Simulation der Raman-Spektren erlaubte eine Quantifizierung der in Lösung vorliegenden Assoziatstrukturen sowie in Kombination mit weiteren Stabilitätsuntersuchungen eine Reaktivitätsanalyse der vorliegenden Assoziate. Abschließend wurde die Bildungskinetik von Diacrylsäure in Acrylsäure und Acrylsäure- / Wasser-Mischungen sowie deren Einfluss auf die Stabilität von Acrylsäure näher untersucht. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ermöglichen die Optimierung der Stabilisierungsprozesse in Acrylsäure und deren wässrigen Mischungen, die Bestimmung von sicherheitstechnischen Kennzahlen sowie die Abschätzung des Qualitätsverlustes von Acrylsäure in wässriger Lösung während Lagerung und Transport. Weiterhin tragen die durchgeführten Untersuchungen zum Verständnis der beschleunigten Polymerisation von Acrylsäure in Wasser bei.

Acrylic acid is an important intermediate in the chemical industry. Because of the tendency of the spontaneous polymerization the addition of stabilizers during production, transport and storage is necessary. In this PhD-Thesis the consumption kinetics of the stabilizers p-methoxypenole and oxygen were investigated via experiment and simulation. With the help of simulation it was possible to describe the inhibition mechanisms more precisely. Furthermore, it was possible to determine safety values for the handling of pure and water diluted acrylic acid based on stability determinations. For these investigations an isoperibolic calorimeter was developed. In ongoing investigations it was possible to quantify the influence of water on the stability of acrylic acid. The formation of acrylic acid / solvent associates was studied via Raman spectroscopy. The simulation of the measured Raman spectra allows the quantification of the existing associate structures. A reactivity analyse of the associate structures was possible with combining Raman spectroscopy and further stability investigations. At least the formation kinetic of diacrylic acid, in acrylic acid and aqueous acrylic acid was studied. The influence of diacrylic acid on the stability of acrylic acid was reviewed. The results of this work allows the optimization of the stabilizing process of (aqueous) acrylic acid, the determination of safety values and the estimation of the quality loss during storage and transport of (aqueous) acrylic acid. Furthermore, the results allow a more detailed comprehension of the accelerated polymerization of acrylic acid in water.