DE1495665A1

DE1495665A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen durch eine Reaktionsvorrichtung bei der Herstellung von Polykondensationsprodukten

Info

Publication number: DE1495665A1
Application number: DE19621495665
Authority: DE
Inventors: Bachmann Dr Ditmar; Paszthory Dr Emmerich; Helmut Gerstenberg; Karlheinz Grafen
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1962-02-02
Filing date: 1962-02-02
Publication date: 1969-04-10
Also published as: NL288338A; CH423243A; DE1495665B2; US3337508A; NL136678C; BE627956A; GB1038942A; AT245264B

Description

E HOECHST AC. vormals Meister Lucius Λ Iriini.ng Aktenzeichen: P 14 95 665.1 - ^w 3722 - Gm Ίο'» Da t um:

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Verfeihren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Durchsatz voxi Schmolzen durch eine TCeakt ionsvorricli tung bei der Herstellung von Polykondensationsprodukten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen durch eine Peaktionsvorriehtung bei dor Tiers te1 lung von Polykondensationsprodukten, insbesondere bei der Herstellung von linearen gesättigten und ungesättigten Polyestern, Polyethern und Polyamiden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, einem Reaktionsgemisch zur Einleitung und Fortführung der Polykondensation Wärm*¹ zuzuführen und das Gemisch gleichzeitig einem erniedrigten Druck und der Einwirkung eines Rührorgans auszusetzen. Solche Verfahren worden meistens chargonweise in Rührwerksbehältern von 5 bis 10 m" nutzbarem Inhalt durchgeführt. Der chargenweiseri Polykondensation haften Mangel an, die durch die thermischen und rheologi sehen Eigenschafteil des reagierenden Gemisches bedingt sind. Die durchweg geringe Wärmeleitfähigkeit des Gemisches und die mit fortschreitender Polykondensation zunehmende Viskosität hemmen die gleichmäßige Durchwiirmimg und Durchmischung; sie führen daher zu Produkten uneinheitlichen Polykondensationsgr'ades. Hierzu kommen noch die Nachteile, die der chargenweisen Produktion gegenüber der kontinuierlichen allgemein anhaften und im ungleichmäßigen Ausfall der einzelnen Chargen zueinander bestehen.

Es sind auch Verfahren bekannt geworden, die kontinuierlich ablaufen. Bei diesen bekannten kontinuierlichen Verfahren stehen dLe bereits erwähnte geringe Wärmeleitfähigkeit und das sich während d'er Polykondensation verschlechternde Fliessverhalten des Gemisches der Erzielung eines Produktes von hohem Polymerisationsgrad und der geforderten Gleichmäßigkeit oft noch störender entgegen. Soweit bei diesen Verfahren die Förderung des Gemisches ausschließlich unter dem Einfluß der Schwerkraft

erfolgt, wie bei Verwendung von Kolonnen- oder Fallfilmapparaten, ist dem Kondynsati onsgrad eine besonders niedrige Grenze gesetzt, * die oft schon mit Zähigkeiten in der Größenordnung von 80 Poise, erreicht wird. . .-

Durch Verwendung von Apparaturen, bei denen der Transport der Mischung in besonderer Weise durch mechanische Hilfsmittel, wie Schnecken, Walzen oder andere Fördereinrichtungen, erzwungen wird, können der Scherwiderstand im Stoffgemisch und die hemmenden Adhäsionskräfte zwar besser überwunden werden, doch sind unex'wünsch te TTngleichmäßigkei ten der Durchmischung und örtliche Überhitzimgen nicht zu vermeiden. Dabei einmal entstandene Inhomogenitäten werden aber erfahrungsgemäß beim Ablauf dieser Verfahren umso weniger ausgeglichen, je strenger das Gemisch geführt wird.

In extruderähnlichen Sclineckeiiuppara türen besteht zwischen Schiiekkenkamm und dem als Heizfläche dienenden Trog eine dem,Spiel entsprechende dünne Gemischschicht; die Schicht zwischen Schneckenkern und Trogwand ist dagegen ungleich größer. Dadurch besteht bei der gelingen Värmeleitfähigkeit des Rtoffgemisches die Gefahr dar Überhitzung für die trognahen Schichten oder aber die der ungenügenden Erwärmung für die kernnahen Gemischanteile. Der schwache Mischeffekt der Schnecke vermag diese unterschiedlichen Bedingungen nicht auszugleichen. Auch die Verwendung von Walzen, deren wirksame Fläche eine Relativbewegung zur Gehäuse- oder Trogwand ausführt, bringt erhebliche Nachteile mit sich» Bei weitem Spalt zwischen Gehäuse und Walze ist die Mischwirkung gering. Bei allseitig relativ engem Spalt kann eine bessere Durchmischung erfolgen, doch ist die dann Für die Entgasung zur Verfügung stehende Oberfläche mehr oder weniger unzureichend.

Bei bekannten Verfahren, bei denen andere mechanische Hilfsmittel, wie Schaber oder Kratzer verwendet werden, um den ganzen zulaufenden Gemischstrom in sehr dünner Schicht In einem Durch-» gajig über die Heizfläche zu fördern, besteht große Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen, so daß schon Abweichungen, die im,

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Bereich der Regelgenauigkeit automatisch gesteuerter Heizungen liegen, zu unerwünschten Nebenprodukten führen. Auch die Schaber und Kratzer sind Quellen für das Entstehen solcher Nebenprodukte. An ihnen bleiben - gemessen an dem geringen Oemischinhalt der Apparaturen - erhebliche Geinischanteile haften, die immer wieder an der Heizfläche vorbeigeschmiert und rasch zersetzt werden.

Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen durch eine Reaktionsvorrichtung bei der Herstellung von Polykondensationsprodukten in technischem Maßstab unter Vermeidung der geschilderten Nachteile zu ermöglichen.

Die I.ö&ung besteht in einem Verfahren zum kontinuierlichen Durchsatz von solchen Schmelzen durch ein in mehrere Stanzonen unterteiltes zylinder- oder kugelförmiges, allseitig beheiztes, mit einer Rührvorrichtung versehenes Reaktionsgehäuse; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,daß aus den einzelnen Stauzonen mit auf der rotierenden Mittelwelle der Rührvorrichtung befestigten blatt- oder rollenförmigen Streichvorrichtungen laufend Schmelzanteile entnorammen, über den jeder Stauzone zugeordneten Flächenabschnitt ausgebreitet, anschließend mit blattförmigen rotierenden Schabevorrichtungen in die Stauzone zurückbefördert und mit dem Schmelzfluß vermischt werden.

Der Schmelzefluß wird durch die entnommenen Teil ströme immer wieder gestört sowie intensiv vermischt und unter dem Schub des Zulaufes über die einzelnen Gefälle hinweg gefördert. Dabei ist es vorteilhaft, die Schmelze mit fortschreitender Polykondensation steigenden Temperaturen auszusetzen.

Die Anpassung an den fortschreitenden Polykondensationsgrad kann noch dadurch verbessert werden, daß der Schmelzefluß hintereinander in mehreren Reaktionsvorrichtungen stufenweise angestaut . wird und dabei mit fortschreitender Polykondensation fallenden

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Drücken und steigenden Temperaturen ausgesetzt wird. Die - ' Drücke können beispielsweise von Vorrichtung zu Vorrichtung ·»' nach einer geometrischen Reihe abgestuft werden,- wahrend die V ' ' Temperaturen in Richtung der Strömung linear steigend göhalten werden können.

Eine weitere Anpassungsmöglichkeit liegt in der Variation der Schichtstärke; so können die in der ersten Staustufe entnommenen Schmelzanteile in dünner, die der folgenden Stufen in relativ stärkeren Schichten aufgetragen und verstrichen werden. Schließlich können auch die Tiefe und Breite dex^ Staustufen oder deren ^: Schmelzeinhalt, ϊ".Β. zur Erzielung eines bestimmten Verweilzeitverlaufes, gestaffelt sein.

Das Verfahren gemäß der Erfindung sichert eine gute Raum-, Flächen- und Zeitausnutzurig. Die Produktschichten an den Heizflächen werden zur Vermeidung von Überhitzungen ständig erneuert und stets von neuem mit dem Tnhalt der Staustufen durchmischt. Durch Überquellen beim Mischen wird ein Teil der Schmelze auch in die benachbarten Stufen verdrängt. Keinesfalls kann sich aber das zulaufende Gemisch unmittelbar mit der auslaufende¹^ Schmelze vermischen. So entsteht bei der Polykondensation ein Produkt von hoher Gleichmäßigkeit und Güte. ,

Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die aus einem vakuumfesten, allseitig behoizbarerr zylindrischen oder kegelförmigen, in mehrere Zonen unterteil ton Reaktionsgehäuse mit im Tnnenraum angebrachten Rührern bestellt, das vorzugsweise horizontal ausgerichtet und dadurch gekeiinzci ebnet ist, daß die Rührer aus parallel 7ur Rührwelle angebrachten Blättern oder .Rollen, bestellen, die an mi !rotierenden ringförmigen Sta,u,elementeu befestigt sind., ... . . ,

Tn den beigefügten Zeichnungen ist eine derartige Vorrichtung in beispielsweisen Ausf ührungen darges tel 11. Fig., 1 zeigt, einen , Schnitt durch die Längsachse, ,Figuren 2 und 3 entsprechen 7uge_r -

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hörigen Querschnitten in den Ebenen T-T und TI - TI. Tn Fig. h ist eine Variante der Vorrichtung wiedergegeben; Fig. 5 entspricht einem Querschnitt in der Ebene TTI - ITT. Fig. 6 zeigt zwei parallel geschaltete Vorrichtungen.

Aus Fig. 1 ist zu ei'sehen, wie in einem zylindrischen, horizontal angeordneten Gehäuse (1) ringförmige Stauolemente (2) durch blattförmige Verteil», Verstreich- und Schabeeinrichtungen (3) miteinander und mit einer Antriebswelle (H) verbunden sind. Die verbindenden Blätter können x*adtal gerichtet sein; sie können aber auch, wie am besten aus Fig. 2 zu erkennen, zu einer am äußeren Ende der Blätter an die Stauelemente gelegten Tangente geneigt sein. Die Antriebswelle (h) besteht hier nur in einem Stummel, an dem vier Blätter (3) über eine Nabe (3) befestigt sind. Beim Drehen der Welle werden die Nabe (5)» die Blätter (3) und die Stauringe (2) mitgenommen. Das Gehäuse (i) ist mit einem Heizmantel (6) umgeben, der in mehrere Abschnitte unterteilt ist.

Die Heizeinrichtung bzw. der Heizmantel kann mittels Dampf oder mittelts eines flüssigen Värmeübertrügers betrieben werden. Vorteilhaft ist es jedoch, eine elektrische Beheizung anzuordnen; solche elektrische Beheizungen können leicht in einzelne Abschnitte unterteilt werden, die unabhängig voneinander tretreibbar sind. Beispielsweise kann jeder Stauzone ein Heizungsabschnitt zugeordnet werden (Pig. H)₉ Es können aber auch mehrere benachbarte Stauzonen zu einer Heizgruppe zusammengefaßt werden (Fig. 1).

Die ringförmigen Stauelemente (2) können so angeordnet werden, daß sie das Gehäuse in mehrere gleichlange Kammern aufteilen; es ist jedoch zweckmäßiger, die Kammern .in ihrer Länge abzustufen, so daß die Kammern vom Einlauf (7) zum Auslauf (8) hin länger werden. Die Außendurchmesser der Stauelemente (2) sollen zur Erzielung eines guten Staueffektes nur geringes Spiel gegenüber der Gehäusewand aufweisen. Die Innendurchmesser der Stauelemente können gleiche Größe aufweisen. Ein eindeutig zum Auslaß (8) hin abgestufter Stau wird sicherer erzielt, wenn die Innendurchmesser der ringförmigen Stauelemente zum Auslaß hin größer werden.

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Die Verteil·, Verstreich- und Schabeblätter (3) einer Kammer werden ihrer Aufgabe entsprechend zweckmäßig mit verschiedenem Spiel zur Gehäusewand angeordnet. Auf diese Weise wird neben der Durchmischung im Stau eine zusätzliche Durchmischung an der Wandung erreicht. Ebenso kann zur Erzielung steigender Schichthöhen das Spiel der Verütreichblütter in den letzten Kainmern größer sein LiIs in den ersten. Lediglich die als Schaber dienenden Blätter weisen ein gleich geringes Spiel zur Wand auf.

Zum Verteilen und Verstreichen der Schmelze können anstelle von Blattern mit Vorteil auch Walzen odär Rollen angeordnet werden, die in den Stauelementen (2) gelagert oder geführt sind. Zur Erklärung einer derartigen Anordnung ist in die mittlere Kammer (Fig. 1 und Fig. 3) ein Walzenpaar eingezeichnet. Es ist zu erkennen, wie die Walzen (3) in Bohrungen (li) der Stauelemente (2) drehbar gelagert werden können; die Achsen der Walzen führen hierbei keine Relativbewegung zu den die Stauelemente verbindenden Blättern aus. Die Walzen können jedoch auch, in Leisten (I.?) «ler Stauelemente (2) drehbar gefühx't werden (Fig. '* und Fig. 5)·

Bei konisch ausgeführtem Gehäuse müssen die Rollen oder Walzen ebenfalls kegelig ausgebildet sein, damit ihr Mantel gegenüber der Wand ein gleichmäßiges Spiel beibehül t. Tn Fig. '♦ und Fig. sind u.a. derartige Ausführungsformen wiedergegeben. Die rollenförmigen Verteileinrichtungen (3) der Staukammerii (15) und (16) sind in Bohrungen (11) der Stauelemente (2) gelagert, die der Kammer (lh) in Wulsten (12). Die Kammern (13) und (1?) enthalten nur blattförmige Verteileinrichtungen. Die verschiedenen Arten der Verteil- und Verstreicheinrichtungen sind hier nur zum Vergleich nebeneinander gezeigt. Bei der praktischen Ausführung einer suchen Vorrichtung werden die Kammern vorzugsweise mit gleichartig ausgebildeten Verteil-, Verstreich- und Schabeeinrichtungen ausgestattet, beispielsweise mit paarweise einander gegenüber liegenden Blättern und Walzen in jeder Kammer.

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Je nach Spiel und Winkel zur Gehäusewand können die Blätter unterschiedliche Funktionen übernehmen, z.B. wirken praktisch' spielfreie Blätter als Schaber, während Blätter mit weiterem Spiel als Verteiler, Verstreicher öder Schöpfer wirken. Durch entsprechende Neigung der Blätter kann die ihnen zugedachte Funktion vorbessert werden; vorwärts geneigte Blätter begünstigen die Schabe- und Misehwirküng, rückwärts geneigte die Schöpfwirkung und Verteilung.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung können mehrere Vorrichtungen dur beschriebenen Art hintereinander geschaltet werden. Es können aber auch mehrere Vorrichtungen parallel arbeiten; hierzu können beispielsweise zwei Vellenjje mit Staiielementen (2) sowie Verteil-, Verstreich- und Schabeeinrichtungen (3) in einem Gehäuse (1) untergebracht werden. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 6 dargestellt;

Bei spiel ' .

Polyethylenterephthalat, das bereits eine Viskosität von ^tO Poise besaß und in einem Mengenstrom von 100 kg/h mit einer Temperatur von 3CO G anfiel, sollte zu einem höheren Polykondensationsgrad aufgearbeitet werden.

Hierzu wurde unter Verwendung einer Vorrichtung der beschriebenen Art von 1 ,5 m Gehätiselänge, 0,8 m Gehäusedurchmesser und mit '< Stauelementen dip anfallende Schmelze im Gehäuse fünffach gestaut. Die inneren Durchmesser der ringförmigen Stauelemente waren zwischer JtOO und 5OO mm gleichförmig abgestuft. Aus dem Schmelzefluß wurden in jeder Stufe Schmelzanteile entnommen und mittels Blättern auf den zugehörigen Heizflächenabachnitten verteilt» verstrichen^ in die Staustufe zurückgefordert und dort mit dem- Schmelzefluß· ...·._ vermischt. Die Well« und damit., die ,Stauelemente und Blätter : ■· ■ drehten sich 16mal pro Minute. Der Betriebsdruck im Gehäuse betrug 0,5 Tori·. Die. Verweilzeit der. Sclanel ze lag bei 60 Minuten. Das- , abgezogene Polykondensat hatte eine Temperatur von 3^5°C und eine Viskosität von 'iOO Poise. Gleichzeitig fielen 2 kg/h Äthylenglykol dampfförmig an.

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Claims

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Pa t en tan sprüche:

erfahren zum kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen bei der Herstellung von Polykondensationsprodukten durch ein in mehrere Stauzonen unterteiltes, zylinder- oder kegelförmiges, allseitig beheiztes, mit einer Rührvorrichtung versehenes Reaktionsgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß aus den einzelnen Stauzonen mit auf der rotierenden Mittelwelle der Rühz'vorrichtung befestigten blatt- oder rollenförmigen Streichvorrichtungen laufend Schmelzeanteile entnommen, über den jeder Stauzone zugeordneten Flächenabschnitt ausgebreitet, anschließend mit blattförmigen rotierenden Schabe vorrichtungen in die Stauzone zuriickbefördert und mit dem Schmelzefluß vermischt werden.

?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mit fortschreitender Polykondensation steigenden Temperaturen ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzefluß hintereinander in mehreren Reaktionsvorrichtungen stufenweise angestaut wird, wobei die Schmelze mit fortschreitender Polykondensation fallenden Drücken und steigenden Temperaturen ausgesetzt wird.

k. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in mit fortschreitender Polykondensation stärker werdenden Schichten auf den Heizflächen ausgebreitet und verstrichen wird.

5. Vorrichtung zum kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen bei der Herstellung von Polykondensationsprodukten, bestehend aus einem vakuumfesten allseitig beheizbaren zylindrischen oder kegelförmigen in mehrere Zonen unterteilten Roaktionsgehäuse mit im Innenraum angebrachten Rührern, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührer aus parallel zur Rührwelle angebrachten Blättern oder Rollen bestehen, die an mitrotierenden ringförmigen Staue!cmenten befestigt sind.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch abschnittsweise angeordnete und unabhängig voneinander betreibbare Einrichtungen zur beheizung des Gehäuses.

7· Vorrichtung nach Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch Stauelemente, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der gleichliegenden Gehäusequerschnitte entsprechen und deren Innendurchmesser zum Auslauf hin größer werden.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 his 7» gekennzeichnet durch Verteil· und Verstreicheinrichtungen, die in Blättern bestehen, die unterschiedliche Abstände zur Gehnusewand aufweisen.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 his 7t gekennzeichnet durch Verteileinrichtungen, die in Walzen oder Rollen bestehen und in den ringförmigen Stauelementen drehbar gelagert oder geführt sind.

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