DD294429A5 - RUHRKESSELREAKTOR FOR THE PRODUCTION HIGH VISCOSER POLYMERER - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ruehrkesselreaktor zur Durchfuehrung von Polymerisationsreaktionen in hochviskosen Reaktionsmedien und bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten. Durch die Verwendung eines kuehlbaren Einsteckrohres in einem beidseitig mit Foerderelementen ausgeruesteten Hohlzylinder-Ruehrer mit der erfindungsgemaeszen Verwendung eines rotationssymmetrischen Verdraengerkoerpers am Ruehrerzylinder mit Durchtrittsoeffnungen wird die Durchmischung und Homogenitaet der Reaktionsmasse sowie die Waermeabfuhr verbessert. Die Polymerisation wird sicher beherrscht; es werden Polymere hoher Einheitlichkeit erzeugt.{Reaktor; Polymerisation; Waermeabfuhr; Styren-Acrylnitril-Copolymerisat; Molekulargewichtsverteilung; Hohlzylinder; Einsteckrohr; Verdraengerkoerper; Durchtrittsoeffnung; Durchmischung}The invention relates to a stirred tank reactor for carrying out polymerization reactions in highly viscous reaction media and at high reaction rates. The use of a coolable plug-in tube in a hollow cylinder agitator equipped with conveying elements on both sides with the use according to the invention of a rotationally symmetrical Verdraengerkoerpers on Ruehrerzylinder with Durchtrittsoeffnungen the mixing and homogeneity of the reaction mass and the heat removal is improved. The polymerization is safely controlled; polymers of high uniformity are produced {reactor; polymerization; Waermeabfuhr; Styrene-acrylonitrile copolymer; Molecular weight distribution; Hollow cylinder; spigot; displacement; Durchtrittsoeffnung; Mixing}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Rührkesselreaktor zur Herstellung hochviskoser Polymerer aus ungesättigten Monomeren, gegebenenfalls in Gegenwart von Elasten und Η!"-"οίίβη, durch Masse- oder Lösungspolymerisation.The invention relates to a stirred tank reactor for the preparation of highly viscous polymers of unsaturated monomers, optionally in the presence of elastomers and Η! "-" οίίβη, by bulk or solution polymerization.

Charakteristik de« bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Ee ist bekannt, daß bei der Herstellung von Polymerisaten nach der Massepoiymerisations-Technologie ohne bzw. unter Verwendung von wenig Lösungsmittel bei hohen Umsätzen infolge der stark ansteigenden Viskosität der Reaktionsmischung Schwierigkeiten bezüglich dar Durchmischung, der Förderung, der Wärmeabfuhr und der schnellen Einmischung der im allgemeinen niederviskoseren Einsatzstoffe auftreten, die die Beherrschung des Prozesses erschweren. Zur Lösung dieser Probleme werden z. B. Rührkesselreaktoren mit kühlbarem Einsteckrohr und Rohrbündelwärmeübertrager im Ringraum zwischen Rührer und Reaktorwand vorgeschlagen, bei denen die Rührerschnecken mit Leitrohr als Mischorgane verwendet werdon (US 3679651, GB 1238943, GB 1404163). Diese Reaktoren ermöglichen zwar wärmetechnisch hohe Umsätze, können aber die Ausbildung stagnierender Bereiche, insbesondere in den Rückförderräumen zwischen Reaktormantel und Leitrohr nicht vermeiden.It is known that in the preparation of polymers according to the mass polymerization technology without or with the use of low solvent at high conversions owing to the rapidly increasing viscosity of the reaction mixture, difficulties with mixing, delivery, heat removal and rapid mixing generally occur lower-viscosity feedstocks occur, which complicate the mastery of the process. To solve these problems z. B. stirred tank reactors with coolable insert tube and tube bundle heat exchanger in the annulus between stirrer and reactor wall proposed in which the stirrer screws with guide tube used as mixing organs werdon (US 3679651, GB 1238943, GB 1404163). Although these reactors allow high heat conversions, but can not avoid the formation of stagnant areas, especially in the return flow spaces between the reactor jacket and draft tube.

Speziaireaktoren mit einer oder mehreren Schnecken werden mit wachsender Produktviskosität immer extruderfthnlicher und damit teurer (DD 57700, DE-AS 1719321, DE-OS 2160410, US 3953002, EP 0202826, EP 0222599, EP 0160570, EP 0189507, EP 0274663).Speziaireaktoren with one or more screws with increasing product viscosity always extruderfthnlicher and therefore more expensive (DD 57700, DE-AS 1719321, DE-OS 2160410, US 3953002, EP 0202826, EP 0222599, EP 0160570, EP 0189507, EP 0274663).

Diese Reaktoren gewährleisten zwar eine gute Einmischung der niederviskosen Einsatzstoffe in die hochviskose Reaktionsmasse, besitzen jedoch nur ein begrenztes Reaktionsvolumen und sind wegen der fehlenden Rückvermischung für zahlreiche Polymerisate aus Qualitätsgründen nur bedingt geeignet.Although these reactors ensure a good mixing of the low-viscosity starting materials in the highly viscous reaction mass, but have only a limited reaction volume and are due to the lack of backmixing for numerous polymers for reasons of quality only partially suitable.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Einmischung der Einsatzstoffe in die Reaktionsmasse und zur Verbesserung der Wärmeabfuhr, bei dem die Einsatzstoffe und kondensierte Monomerbrüden mit einem Teil des Reaktionsproduktes außerhalb des Rührkesselreaktors in einem statischen oder dynamischen Mischer homogenisiert werden und das so erhaltene Gemisch dem Reaktor zugeführt wird (DE OS 2343871). Nachteilig Ist hierbei, daß eine zusätzliche Schmelzpumpe nebst Rohrleitungen und Mischvorrichtungen für das Auskreisen und Wiedereinspeisen eines Teils des Reaktionsproduktes benötigt werden und daß die Siedekühlung speziell bei Monomergemischen zu einer Beeinträchtigung der Produktqualität wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung von Reaktion&^esse und Gasraum führt.Also known is a process for mixing the starting materials in the reaction mass and to improve heat dissipation, in which the starting materials and condensed monomer vapors are homogenized with a portion of the reaction product outside of the stirred tank reactor in a static or dynamic mixer and the resulting mixture is fed to the reactor (DE OS 2343871). The disadvantage here is that an additional melt pump along with piping and mixing devices for the circling and re-feeding of a portion of the reaction product are needed and that the Siedekühlung especially in monomer mixtures to a deterioration in product quality due to the different composition of reaction and gas space leads.

In DD144064 wird ein Reaktor beschrieben, der mit einem wandgängigen Wendelrührer und zentralem Rückströmkanal (Hohlwelle) ausgerüstet ist. In US 4007016 ist gleichfalls ein Reaktor mit zentralem Rückströmkanal beschrieben, wobei sich bei diesem zusätzliche wendeiförmige Statikmischer im Rückströmkanal befinden. Beide Reaktoren besitzen mit den Rückströmkanälen schlecht durchmischte Gebiete.In DD144064 a reactor is described which is equipped with a reversible helical stirrer and central return flow channel (hollow shaft). US Pat. No. 4,007,016 likewise describes a reactor with a central return flow channel, with additional helical static mixers being located in the return flow channel. Both reactors have poorly mixed areas with the return passages.

EP 0202706 beschreibt einen Rührkesselreaktor für kontinuierliche Massepolymerisationen mit Einsteckrohr, der einen Schneckenband· und einen Propellerrührer für die Kreislauf- und Mischprozesse besitzt. Dieser Reaktor ist für kontinuierliche Polymerisationsprozesse mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit, hoher Wärmeentwicklung und kurzen Verweilzeiten wegen größerer, nicht gerührter Volumenanteile und der damit verbundenen Nachteile in der Wärmeabführung über die Wand, der Gefahr der Bildung von Ausscheidungen in diesen Bereichen sowie einer nicht homogenen heaktionsmasse nicht bzw. nur sehr begrenzt geeignet.EP 0202706 describes a stirred tank reactor for continuous bulk polymerizations with a plug-in tube which has a screw conveyor and a propeller stirrer for the circulation and mixing processes. This reactor is for continuous polymerization with high reaction rate, high heat and short residence times due to larger, unstirred volume fractions and the associated disadvantages in heat dissipation through the wall, the risk of formation of precipitates in these areas and a non-homogeneous heaktionsmasse not or only very limited.

Aus gleichen Gründen ungeeignet für schnelle Polymerisationsprozesse in hochviskosen Reaktionsmischungen sind Rührreaktoren mit an der Welle angebrachten Rührerarmen, die in Wandnähe des Reaktors an diesen Armen angebrachte Rührelemente besitzen (DE 3332069) bzw. zur Zirkulation hei entsprechend komplizierter Rührerkonfiguration noch einen separaten Propellerrührer aufweisen (DD 230157).For the same reasons unsuitable for rapid polymerization in highly viscous reaction mixtures are stirred reactors mounted on the shaft stirrer arms, which have in the vicinity of the reactor attached to these arms stirring elements (DE 3332069) or for circulation hei correspondingly complicated stirrer configuration still have a separate propeller stirrer (DD 230157 ).

Der in DD 246038 beschriebene Reaktor ist grundsätzlich zur Herstellung von Polymeren in hochviskosen Reaktionsgemischen bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten geeignet, besitzt aber noch Mängel bezüglich einer genügend schnellen Einmischung der niedrigviskosen Einsatzmischung in die hochviskose Reaktionsmasse.The reactor described in DD 246038 is fundamentally suitable for the preparation of polymers in highly viscous reaction mixtures at high reaction rates, but still has shortcomings with respect to a sufficiently rapid mixing of the low-viscosity starting mixture into the highly viscous reaction mass.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Bedingungen bei der Herstellung von Polymeren aus Monomeren unterschiedlicher Reaktivitäten nach der Masse- oder Lösungspolymerisationstechnologie so zu verbessern, daß auch bei hohen Polymerisationsgeschwindigkeiten die Polymerisation sicher beherrscht wird und molekular einheitliche Copolymere mit gewünschten Eigenschaften erhalten werden.The object of the invention is to improve the conditions in the preparation of polymers of monomers of different reactivities by the bulk or Lösungspolymerisationstechnologie so that even at high polymerization rates, the polymerization is reliably controlled and molecularly uniform copolymers are obtained with desired properties.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rührkesselreaktor zur kontinuierlichen Herstellung von Polymeren, bestehend aus temperierbarem Reaktormantel, feststehendem Einsteckrohr und einem zentralsymmetrisch angeordnetem Rotor, der aus einer Rotorwelle, einem Joch und einem Rührerzylinder besteht, oben und unten offen ist, sich in Achsrichtung der Rotorwelle vom Reaktorboden bis zum Reaktordeckel erstreckt, und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Reaktormantel und im Ringraum zwischen dem Rührarzylinder und dem Einsteckrohr Rührerwendeln aufweist und der Einlaßöffnungen an Reaktordeckel, Reaktorboden, Rotorwelle und/oder Einsteckrohr und Auslaßöffnungen besitzt, so zu gestalten, daß auch bei Viskositäten der Reaktionsmasse bis 1000 Pas und kleinen mittleren Verweilzeiten die niedrigviskosen Ausgangsstoffe besonders schnell in die hochviskose Reaktionsmasse eingemischt werden, eine verbesserte Durchmischung und Isothermie der Reaktionsmasse, eine sichere Ableitung der Reaktionswärme und ein ausscheidungsfreier Betrieb gewährleistet sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Rotorwelle und Rührerzylinder ein rotationssymmetrischer Verdrängerkörper eo angeordnet ist, daß jeweils zwischen Deckel und Verdrängerkörper und Deckel des Einsteckrohres und Verdrängerkörper ein Spalt von maximal Vu des Durchmessers der Rührerzylinders besteht und der Verdrängerkörper Durchtrittsöffnungen für den Zirkulationsstrom aufweist, die sich vorzugsweise vom Innendurchmesser des Reaktormantels bis zum Außendurchmesser des Einsteckrohres erstrecken.The invention is based on the object, a stirred tank reactor for the continuous production of polymers consisting of temperature-controllable reactor jacket, fixed plug-in tube and a centrally symmetrically arranged rotor, which consists of a rotor shaft, a yoke and a stirrer cylinder is open at the top and bottom, in the axial direction of the Rotor shaft extends from the reactor bottom to the reactor cover, and in the annular space between the stirrer cylinder and the reactor jacket and in the annulus between the Rührarzylinder and the plug has Rührerwendeln and the inlet openings on the reactor cover, reactor bottom, rotor shaft and / or plug-in tube and outlet openings, so to make even with viscosities of the reaction mass up to 1000 Pas and small mean residence times, the low-viscosity starting materials are mixed very quickly into the highly viscous reaction mass, improved mixing and isothermy of the reaction mass, a safe Abl tion of the heat of reaction and a precipitation-free operation are guaranteed. This object is achieved in that between the rotor shaft and stirrer cylinder, a rotationally symmetrical displacement body eo is arranged, that in each case between the cover and the displacement body and cover of the plug-in tube and displacer a gap of at most Vu of the diameter of the stirrer cylinder and the displacer has passage openings for the circulation flow, preferably extending from the inner diameter of the reactor shell to the outer diameter of the plug-in tube.

Durch die Verwendung mehrerer Ein- und Auslaßöffnungen in Verbindung mit dem Verdrängerkörper und der Ge'.amtkonfiguration des Reaktors wird erreicht, daß auch bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, kurzen Verweilzeiten und d imit hohen Durchsatzleistungen im Reaktor ständig eine weitgehend homogene und isothermo Reaktionsmasse vorliegt. Schlieren· und Kanalbildung niedrigviskoser Zulaufgemischanteile oder große Temperaturgradienten mit der Folge der Verschlechterung der molekularen Einheitlichkeit sowie der Gefahr der Bildung lokaler Ausscheidungen im Reaktor werden vermieden. Die für die Wärmebilanz solcher Reaktoren wichtige Kühlkapazität des kalten Zulaufe des Einsatzgemisches wird vollständiger ausgenutzt, ohne daß Anteile direkt an der heißen Reaktorwand erwärmt werden bzw. die Erzeugung von Polymeren mit veränderten Molmassen verursachen.By using a plurality of inlet and outlet ports in conjunction with the displacer and the ge'.amtkonfiguration the reactor is achieved that even at high reaction rates, short residence times and d imit high throughput in the reactor constantly present a largely homogeneous and isothermal reaction mass. Stratification and channeling of low-viscosity feed mixture components or large temperature gradients with the consequence of the deterioration of the molecular uniformity and the risk of formation of local precipitates in the reactor are avoided. The important for the heat balance of such reactors cooling capacity of the cold feed of the feed mixture is fully utilized without shares are heated directly on the hot reactor wall or cause the generation of polymers with altered molecular weights.

AusfuhrungtbeltplelAusfuhrungtbeltplel

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below. In the accompanying drawing show

Fig. 1: Seitenansicht RührkesselreaktorFig. 1: Side view stirred tank reactor

Fig. 2: Verdrängerkörper im Rührkesselreaktor.Fig. 2: Displacer in the stirred tank reactor.

Fig. 1 zeigt einen temperierbaren Rührkesselreaktor mit einem aus Rotorwelle 1, Joch 2, Rührzylinder 3 und inneren und äußeren Wendeln 4,5 bestehenden Rotor.1 shows a temperature-controllable stirred-tank reactor with a rotor consisting of rotor shaft 1, yoke 2, stirring cylinder 3 and inner and outer spirals 4, 5.

In Fig. 2 ist das als Verdrängerkörper ausgebildete Joch dargestellt. Durch die spezifische Anordnung des Verdrängerkörpers werden Toträume bzw. schlecht durchmischte Gebiete in diesem Bereich weitestgehend vermieden.In Fig. 2, the yoke designed as a displacement body is shown. Due to the specific arrangement of the displacer dead spaces or poorly mixed areas in this area are largely avoided.

Claims (2)

Rührkesselreaktor zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Herstellung von Polymeren aus ungesättigten Monomeren unterschiedlicher Reaktivitäten, ggf. in Gegenwart von Elasten und Hilfsstoffen nach der Massepolymerisationstechnologie bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, hohen Zähigkeiten und kurzen mittleren Verweilzeiten der Reaktionsmasse im Reaktor, bestehend aus temperierbarem Reaktormantel, feststehendem Einsteckrohrund einem zentralsymmetrisch angeordnetem Rotor, der aus einer Rotorwelle, einem Joch und einem Rührerzylinder besteht, oben und unten offen ist, sich in Achsrichtung der Rotorwelle vom Reaktorboden bis zum Reaktordeckel erstreckt, und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Reaktormantel und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Einsteckrohr Rührerwendeln »ufweist und der Einlaßöffnungen an Reaktordeckel, Reaktorboden, Rotorwelle und/oder Einsteckrohr und Auslaßöffnungen besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Rotorwelle und Rührerzylinder ein rotationssymmetrischer Verdrängerkörper so angeordnet ist, daß jeweils zwischen Deckel und Verdrängerkörper ein Spalt von maximal Vgo des Durchmessers des Rührerzylinders besteht und der Verdrängerkörper Durchtrittsöffnungen für den Zirkulationsstrom aufweist, die sich vom Innendurchmesser des Reaktormantels bis zum Außendurchmesser des Einsteckrohres erstrecken.Rührkesselreaktor for continuous or semi-continuous production of polymers of unsaturated monomers of different reactivities, optionally in the presence of elastomers and auxiliaries after the bulk polymerization at high reaction rates, high toughness and short average residence times of the reaction mass in the reactor, consisting of temperature-controllable reactor jacket, fixed Einsteckrohrund a centrally arranged symmetrically Rotor, which consists of a rotor shaft, a yoke and a stirrer cylinder, open at the top and bottom, extending in the axial direction of the rotor shaft from the reactor bottom to the reactor lid, and in the annular space between the stirrer cylinder and the reactor jacket and in the annular space between the stirrer cylinder and the plug-in tube Rührerwendeln »ufweist and has the inlet openings on the reactor cover, reactor bottom, rotor shaft and / or plug-in tube and outlet openings, characterized in that between rotor shaft un d stirrer cylinder, a rotationally symmetrical displacement body is arranged so that in each case between the cover and displacer a gap of Vgo maximum of the diameter of the stirrer cylinder and the displacement body has passage openings for the circulation flow, which extend from the inner diameter of the reactor shell to the outer diameter of the Einsteckrohres. HierzuFor this 2 Seiten Zeichnungen2 pages drawings