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PVC aus dem Rührkessel
AFB I–IIPVC wird überwiegend durch Suspensionspolymerisation hergestellt: Flüssiges Chlorethen (Vinylchlorid, Sdt. −13 °C) wird unter Druck in Wasser zu feinen Tröpfchen verrührt. Ein im Monomer gelöster Starter (ein organisches Peroxid \(\ce{R-O-O-R}\)) zerfällt bei etwa 55 °C in Radikale. Die Reaktion ist stark exotherm; der Reaktor wird über einen Kühlmantel gekühlt. Daten zeigt M1.
M1Daten zur PVC-Herstellung
| Größe | Wert |
|---|---|
| Polymerisationsenthalpie Chlorethen | \(\Delta_{\mathrm{pol}}H = -72\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) |
| \(M(\ce{C2H3Cl})\) | \(62{,}50\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\) |
| Ansatz je Reaktorfüllung | 25 t Chlorethen, 45 t Wasser |
| spez. Wärmekapazität Wasser | \(4{,}19\,\mathrm{J\,g^{-1}\,K^{-1}}\) |
- Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Bildung von PVC aus Chlorethen.
- Beschreiben Sie den Reaktionsmechanismus mit Starterzerfall, Kettenstart, Kettenwachstum und Kettenabbruch in Formelschreibweise.
- Berechnen Sie die Wärme, die bei vollständigem Umsatz einer Reaktorfüllung frei wird, und die Temperaturerhöhung, die sich ohne Kühlung ergäbe, wenn nur das Wasser die Wärme aufnähme.
- Begründen Sie, warum man die Polymerisation in Wasser und mit Kühlung durchführt.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Die Doppelbindung wird zur Einfachbindung; Faktor \(n\).
Hinweis zu Aufgabe b)
Zeichnen Sie das ungepaarte Elektron in jedem Schritt mit; das Radikal greift das CH₂-Ende an.
Hinweis zu Aufgabe c)
\(n = m/M\), \(Q = n\cdot|\Delta_{\mathrm{pol}}H|\), \(\Delta T = Q/(c\cdot m)\).
Hinweis zu Aufgabe d)
Was geschähe mit der Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Temperatur steigt?