Polyamide-6 polymerization and its melt flow in the VK tube reactor with optimized baffle structure

Abstract

The flow mechanism of Polyamide-6 (PA6) melt over conical perforated baffles in the VK tube is elucidated by computerized analysis based on a rational assumption of Stokes' flow. The governing equations for a two-dimensional flow are solved by the finite difference method to generate the stream function profile, velocity field and residence time distribution. Optimization of the geometries of the baffle structure brings about a uniform residence time distribution, so as to ensure a homogeneous extent of reaction for the final product. The complete mathematical model for PA6 polymerization while flowing through the VK tube was established according to PA6 hydrolytic polymerization kinetics. The optimized baffle structure was shown to be compatible with the desired polymerization variables. Der Fließmechanismus einer Polyamid-6-Schmelze über konische perforierte Stauelemente in einem VK-Rohr wurde mittels Computeranalyse unter der Annahme Stokesschen Fließens berechnet. Das Gleichungssystem für zweidimensionales Fließen wurde mit der Finite-Differenz-Methode gelöst, um das Strömungsprofil, das Geschwindigkeitsfeld und die Verweilzeitverteilung zu generieren. Die Optimierung der Stauelementgeometrie führt zu einer gleichförmigen Verweilzeitverteilung, womit ein homogener Reaktionsumfang für das Endprodukt erreicht wird. Das vollständige mathematische Modell für die PA6-Polymerisation im VK-Rohr wurde auf der Grundlage der Kinetik der hydrolytischen PA6-Polymerisation aufgestellt. Die optimierte Stauelementstruktur erwies sich als kompatibel mit den erwünschten Polymerisationsvariablen.