Entwicklung eines destillationsbasierten Verfahrens zur Herstellung von Trioxan

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Trioxan (CH2O)3, das zyklische Trimere des Formaldehyds, ist ein bedeutendes Folgeprodukt, das als wertvolle Formaldehydspeicherverbindung fungiert. Es ermöglicht die wasserfreie Speicherung von Formaldehyd, was besonders für Reaktionen von Bedeutung ist, bei denen wässrige Lösungen nicht verwendet werden können, wie in der Produktion von Poly(oxymethylenen) (POM). Die Herstellung erfolgt durch Trimerisierung von Formaldehyd aus wässriger Lösung, jedoch fehlten bislang zuverlässige Daten zu Gleichgewicht und Kinetik dieser Reaktion, was auf das komplexe Verhalten wässriger Formaldehydlösungen zurückzuführen ist. Um diese Lücken zu schließen, wurden das Gleichgewicht und die Kinetik der Trioxanbildung sowie wichtiger Nebenreaktionen experimentell untersucht, wobei NMR-Spektroskopie zum Einsatz kam. Ein neues Verfahren zur Quantifizierung wurde entwickelt, das eine „virtuelle Referenz“ verwendet. Basierend auf den Ergebnissen wurde ein reaktionskinetisches Modell erstellt, das die Trioxanbildung und Nebenreaktionen beschreibt. Für die Verfahrensentwicklung wurden auch physikalische Stoffdaten benötigt, und Modelle zur Beschreibung der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichte wurden um die Komponente Trioxan erweitert. Die Modellierung ermöglichte eine rechnergestützte konzeptionelle Verfahrensentwicklung, und Destillationsliniendiagramme zeigten komplexe Verhaltensweisen mit mehreren Azeotropen. Durch die Analyse wurden Verfahrensvaria